Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим - [13]

Взгляд над водой пробудил в рыбах любопытство, и некоторые из них выползли на мясистых плавниках на берег. Кое-кто вернулся потом обратно на глубину. Освоение нового мира не протекало линейно. Скорее, это движение туда-сюда. Прикидки природы, которая развивала новые формы, уже существующие модифицировала или отбрасывала, — и всё это чтобы следовать «зову кислорода», как выразился датский физиолог, лауреат Нобелевской премии Август Крог. Кислород был ключевым моментом. За каждым вымиранием следовало усовершенствование дыхательных органов. Однако концентрация кислорода в воздухе значительно колебалась. Вероятно, по этой причине эволюция бережно сохраняет свои наиболее успешные проекты: через две недели после зачатия на головке человеческого эмбриона наблюдаются четыре уплотнения. У рыб из таких же выпячиваний позже сформируется жаберный аппарат. Если однажды воздуха на Земле будет не хватать, мы, очевидно, успеем вернуться в море.

КИСЛОРОД НАГРАЖДАЕТ ГИГАНТСКИМИ КРЫЛЬЯМИ

Европа триста миллионов лет назад. Воздух густой и влажный, словно пудинг. В темных водах тропических болот гниют сломленные ветви окружающих чешуйчатых деревьев. Сорока метров в высоту достигают эти травовидные. Их раскидистые кроны затеняют даже гигантские хвощи у самой воды. Под папоротником высотой с человеческий рост что-то копошится: многоножка размером с малолитражку, защищенная чешуйчатым панцирем, рыщет в поисках жертвы — рептилии или яиц. Над ней гудит стрекоза, устремляясь к воде. Солнце переливается в ее филигранных крыльях всеми цветами радуги. Захватывающее зрелище. Размах крыльев этого насекомого равен размаху крыльев чайки. В нынешних условиях меганевры — так называют этих монстров — не могли бы подняться в воздух. Однако атмосфера каменноугольного периода сильно отличалась от нашей. Зеленый ковер водорослей и мхов обеспечивал повышенное содержание кислорода. Тридцать пять процентов против нынешних двадцати одного. Эти проценты обеспечивали насекомым подъемную силу. Они отличались многообразием, а с развитием — и строением крыльев. Их трахея была оптимально приспособлена к дыханию тем воздухом. Система воздухообмена снабжала клетки кислорода напрямую. Ни в легких, ни в кругах кровообращения не было необходимости. Огромные объемы энергии высвобождались в короткое время и позволяли ускользать от опасности. Трахеи, однако, имели существенный недостаток: они занимали слишком много места, иногда были непропорционально большими. Филигранным косточкам, которые тоже необходимо снабжать кровью, уже не оставалось пространства. Поэтому самый крупный из оставшихся насекомых, жук titanus giganteus, — размером всего лишь в семнадцать сантиметров. Нынешняя атмосфера не дает ему большего шанса.

Американский геохимик Джон Ванденбрук исследовал, как содержание кислорода влияет на различных насекомых. Он в своей лаборатории подвергал мучных червей, черных тараканов, жуков и стрекоз разнообразным атмосферным воздействиям. Трудоемкая работа. Личинки стрекозы — прожорливые охотницы, сухой корм есть не станут. Более двухсот особей он кормил ежедневно живой добычей. Но, несмотря на заботу, при двенадцатипроцентном содержании кислорода из личинок вылуплялись карлики. При тридцати одном проценте кислорода, наоборот, толстые монстры. Нынешние стрекозы, жуки и многоножки выглядели бы смехотворно в каменноугольном периоде. Позволяла вырастать до гигантских размеров или принуждала к этому насыщенная кислородом среда?

Кислород для организмов — обоюдоострое лезвие, топливо с побочным эффектом. Аэробное дыхание высвобождает в двадцать раз больше энергии, чем анаэробное. По этой причине живые существа лучше приспосабливаются. В клеточном дыхании митохондрий образуются токсичные формы кислорода — АФК. Здоровые клетки достаточно вооружены, чтобы обезвредить эти высокоактивные ядовитые молекулы. Однако, если речь идет об оксидативном стрессе, защита не срабатывает. Кислород играет решающую роль при старении и развитии различных заболеваний. Так, в лабораторном эксперименте клетки умирают быстрее, когда повышается уровень кислорода в окружающей среде. Уже в XVIII веке британский теолог и естествоиспытатель Джозеф Пристли, слывущий первооткрывателем кислорода, предполагал, что тот может истощить организм: «Как свеча скорее сгорает в кислородной среде, чем в обычном воздухе, так и мы в ней быстрее сжигаем свою жизнь и исчерпываем свои жизненные силы».

Взаимоотношения между потребностью в дыхании живого существа и его жизненным пространством — очень интимная связь. Недостаток кислорода заставил рыб выбраться на сушу. Их тела, почти невесомые в воде, в этой неизведанной среде были буквально придавлены своим весом к земле. Каждый шаг давался с трудом, каждый вдох стоил мучений. Большая концентрация кислорода в воздухе означала меньшее число вдохов, облегчала ползанье и предохраняла от быстрого высыхания. Только вот изобилие кислорода заставляло исполинские растения мгновенно вспыхивать ярким неукротимым пламенем от каждого удара молнии. Каждый помнит школьный опыт урока химии с горящей щепкой: в кислородной среде она сгорает быстрее. Пожары каменноугольного периода были куда более разрушительны. То, что уже выбралось на сушу, не успевало вернуться в воду. В нынешних условиях подобные естественные пожары надолго изменили бы состав воздуха: каждое горящее или тлеющее на земле дерево потребляет неимоверное количество кислорода. Однако упадку противостояли болота, которые «проглатывали» древесину и головешки, избавляя их от дряхлости. Массивные залежи угля в Великобритании — реликты этих ушедших под воду лесов. Именно они дали толчок индустриальной революции, и они, сгорев в топках, опустились удушающим смогом на города. В смоговой катастрофе 1952 года, накрывшей Лондон на пять дней, воздух был настолько насыщен пеплом, что пешеход не видел своих ног. По последним данным, от отравления ядовитым сернистым газом тогда погибло более двенадцати тысяч человек. И сегодня город продолжает бороться с pea-souper