В Габоне 2 млрд лет назад нескольких рек слились, образуя мелкие озера с придонными бактериальными матами (сообществами), подобными тем, что существуют до сих пор в гейзерах Национального парка Йеллоустон в США и в других местах. Некоторые бактерии из этих матов использовали в качестве источника энергии растворимые соли урана, превращая их в нерастворимые соли, которые осаждались на дне мелких водоемов. За последующие 200 млн лет бактериальные маты высадили тысячи тонн черной урановой руды.
Уран в основном встречается в виде двуx изотопов (оба радиоактивных), о чем знает большинство людей, переживших эпоху холодной войны. Период полураспада изотопа 238U составляет около 4,51 млрд лет. Это означает, что половина 238U, присутствовавшего в облаке радиоактивной пыли в момент зарождения Земли, все еще где-то существует. Изотоп 235U разлагается гораздо быстрее — с периодом полураспада около 750 млн лет, так что бóльшая часть 235U уже расщепилась на другие элементы в результате испускания нейтронов. Если один из нейтронов попадает в ядро соседнего атома 235U, это ядро распадается на крупные фрагменты примерно одинаковой массы и один или несколько дополнительных нейтронов, и при этом выделяется значительная энергия, эквивалентная потере массы. Вспомним, что связь энергии с массой описывается знаменитым уравнением Эйнштейна: Е = mc2. Если атомы 235U находятся в тесном контакте, с высокой вероятностью вновь испускаемые нейтроны попадают в другие ядра 235U. В таких условиях может происходить цепная реакция деления ядра, приводящая к ядерному взрыву.
Эта реакция происходит в том случае, если изотоп 235U достигает не менее 3% общей массы урана в образце. На сегодняшний день изотоп 235U составляет примерно 0,72% всего урана, поэтому для создания атомной станции или ядерной бомбы старого образца урановую руду нужно обогащать. Однако 2 млрд лет назад 235U было больше, и его содержание в урановых рудах как раз составляло около 3%. Поэтому бактерии — любительницы урана в Габоне сосредоточили вокруг себя достаточно обогащенной изотопом 235U руды, чтобы начать цепную ядерную реакцию. Во всяком случае, именно к такому выводу пришли французские спецслужбы в 1972 г. Однако содержание изотопа 235U в месторождениях в районе реки Окло оказалось гораздо ниже, и тут началась паника. В некоторых партиях руды содержание 235U было даже ниже 0,72%. Страшно подумать, что в Африке, только что сбросившей колониальное иго и периодически охватываемой волнами массовых беспорядков, какое-то племя могло выкрасть уран для изготовления ядерной бомбы. Французы немедленно занялись этой проблемой, и вскоре большая группа ученых из Комиссариата по атомной энергии Франции выяснила, в чем дело.
Образцы руд из района Окло хранили явные следы радиоактивного распада, хотя были экстрагированы из нетронутых пластов. Тонны 235U подвергались радиоактивному распаду в нескольких отдельных местах, производя в миллионы раз больше энергии, чем при естественном распаде. По-видимому, эти природные реакции на протяжении миллионов лет поддерживались непрерывным потоком воды, ручьями стекавшей в древние урановые озера. Вода замедляла скорость нейтронов, отражая их обратно в ядро реактора, поэтому она не гасила реакцию, а способствовала радиоактивному распаду. Однако вода делала не только это — она служила еще и защитным клапаном, предотвратившим ядерный взрыв. Как только цепная реакция достигала опасного порога, вода испарялась, и нейтроны рассеивались. Это останавливало цепную реакцию и отключало реактор до восстановления потока. Никаких свидетельств ядерных взрывов в этой местности обнаружено не было. В конечном итоге вся эта система оказалась погребена под слоем осадочных пород, где и оставалась в неизменном виде до прибытия французов. Это следы изобретательности бактерий, обитавших на Земле за 1,8 млрд лет до того, как Энрико Ферми и его группа в Чикаго применили человеческий разум для создания первой атомной бомбы. И следы эти можно воспринимать как завещание, свидетельствующее о возможности безопасного и долгосрочного захоронения ядерных отходов.
А что можно сказать о катастрофических массовых исчезновениях живых существ — о «кислородном холокосте», описанном Линн Маргулис (см. главу 2)? Никаких следов подобных событий в камнях не обнаружено. Скорее наоборот, появление кислорода стимулировало эволюцию новых форм метаболизма и новых ветвей на дереве жизни, о чем в 1960-х гг. заявлял Престон Клауд (глава 2). Но почему кислород так долго не накапливался, хотя цианобактерии выделяли его уже более миллиарда лет? Этот отрезок времени вдвое превосходит по длительности всю современную эру растений и животных (фанерозой) и в десять раз больше промежутка времени, прошедшего с момента исчезновения динозавров. Не указывает ли это на сложность адаптации к ядовитому газу? Мне это кажется маловероятным. Отсрочку можно объяснить по-разному. Например, пока на планете было железо, доминирующее положение могли занимать бактерии, которые питаются железом. Кроме того, цианобактерии могли обитать исключительно на мелководье в строматолитовых сообществах, которые поглощали ровно столько кислорода, сколько производили, поскольку среди них были и нефотосинтезирующие бактерии, дышащие кислородом. Простейшее объяснение заключается в том, что на протяжении миллиарда лет в экосистеме существовало устойчивое равновесие.
Наконец длительный застой был нарушен в результате апокалиптического изменения климата, произошедшего примерно 2,2 или 2,3 млрд лет назад. На Земле наступил первый ледниковый период. Но это был не банальный ледниковый период, сравнимый, например, с плейстоценовым похолоданием, а глобальное оледенение, когда тропические районы покрылись слоем льда километровой толщины. Специалист по палеомагнетизму Джозеф Киршвинк из Калифорнийского технологического института придумал название для этого явления — «Земля-снежок». Мы не знаем, почему так внезапно пришел конец спокойному климату докембрийского периода. Геохимик Джеймс Кастинг из НАСА считает, что причиной похолодания стал сам кислород. Накапливавшийся в атмосфере кислород мог взаимодействовать с метаном, который в большом количестве производили бактерии, и удалять этот важный парниковый газ из атмосферы. Ослабление парникового эффекта стало причиной понижения температуры, и Земля погрузилась в ледниковый период. Эту идею поддерживал и Джеймс Лавлок, который писал о важной роли метаногенных бактерий в книгах о Гее, но пока у нас нет веских доказательств этой гипотезы.
Итак, мы не знаем причин, но нам совершенно точно известно, что примерно 2,3 млрд лет назад на Земле начался долгий ледниковый период, длившийся 35 млн лет. А после него начался период повышенной тектонической активности, приведший к значительному континентальному рифтингу и подъему горных массивов, сравнимых по размеру с Андами.
Джозеф Киршвинк — один из самых активных сторонников теории «Земля-снежок» и ее самый серьезный знаток. Он считает, что камни и каменная крошка, оставшиеся после окончательного таяния ледников, наполнили океаны минералами и питательными веществами, которые стимулировали резкий подъем численности цианобактерий и увеличение содержания кислорода в воздухе. В качестве доказательства Киршвинк и его коллеги указывают на гигантские отложения марганцевой руды в пустыне Калахари на юге Африки, возникшие как раз после окончания оледенения. Месторождение в Калахари содержит около 13,5 млрд тонн марганцевой руды (примерно 4 млрд тони марганца); это самый крупный в мире источник данного элемента.
