Эта история настолько прочно закрепилась в моем сознании, что я был страшно возмущен, когда услышал по телевизору, что во время каменноугольного периода — примерно 300 млн лет назад — уровень кислорода поднимался до 35%. «Это невозможно! — подумал я. — Все бы сгорело! Растения не могли бы расти!» И я был не одинок в своем возмущении. Хотя эту идею выдвигали серьезные геохимики мирового уровня, поначалу ее осмеивало большинство биологов и геологов. И только когда я начал серьезно изучать этот вопрос, я убедился в правоте ревизионистов. Многие детали все еще остаются спорными, и многих элементов недостает, но одно могу сказать точно: за последние 20 лет мы вышли из царства «геопоэзии» и вошли в эпохи молекулярных доказательств, определяющих новые модели глобальных изменений. Я считаю новые доказательства достаточно убедительными, даже если современная версия событий сталкивается с проблемой кислородной токсичности и иногда противоречит интуиции.
Прежде чем проанализировать эти доказательства и их связь с нашей современной жизнью, мы должны переориентироваться в новой действительности. Почти все перечисленные выше тезисы были пересмотрены. Новая версия событий гласит, что жизнь вовсе не зародилась из первичного бульона, а возникла в горячих серных источниках, называемых черными курильщиками, расположенных в подводных срединных океанических хребтах
[8]. Парадоксально, но последний общий предок всех форм жизни, ласково называемый LUCA (Last Universal Common Ancestor), по-видимому, использовал для дыхания следовые количества кислорода еще до того, как его потомки обучились фотосинтезу. Оказывается, первые клетки не зависели от брожения, а умели извлекать энергию из самых разных неорганических элементов и соединений, включая нитрат, нитрит, сульфат и сульфит, а также кислород. В таком случае LUCA умел защищаться от кислорода еще до того, как свободный кислород появился в воздухе. Скорее всего, потомки этой клетки, такие как цианобактерии, тоже имели защиту от побочного продукта собственной жизнедеятельности и поэтому не пострадали от «кислородного холокоста».
На самом деле, не существует никаких неопровержимых доказательств того, что кислород когда-либо вызывал массовую гибель живых организмов. По-видимому, концентрация кислорода в атмосфере не сразу достигла контролируемого биосферой равновесия, а изменялась скачками под действием небиологических факторов, таких как движение тектонических плит и оледенение. И каждый подъем уровня кислорода сопровождался активным видообразованием, в результате которого различные формы жизни занимали все новые и новые вакантные экологические ниши — как пустые прерии способствовали колонизации Американского Запада. Накопление кислорода в атмосфере немедленно вызвало появление одноклеточных эукариот (ядерных клеток), являющихся предшественниками всех многочисленных организмов, включая человека. Аналогичные «вливания» кислорода предшествовали активному распространению многоклеточных растений и животных в начале кембрийского периода 543 млн лет назад и эволюции гигантских насекомых и растений во время каменноугольного периода и раннего пермского периода 320 — 270 млн лет назад и даже, возможно, предшествовали появлению динозавров. Напротив, несколько случаев массового вымирания живых организмов было отмечено при снижении уровня кислорода, в частности в конце пермского периода около 250 млн лет назад. Неизбежный вывод о том, что кислород есть Добро, кого-то может лишить сна, но, безусловно, будет способствовать развитию идей о роли кислорода в старении и развитии старческих заболеваний.
Первой принесенной в жертву священной коровой был состав земной атмосферы, который, как выяснилось, вовсе не напоминал состав атмосферы Юпитера. Оказывается, жизнь возникла в атмосфере, содержавшей сравнительно мало метана, водорода и аммиака. Прямые доказательства пришли из области геологии. Земля и Луна образовались чуть больше 4,5 млрд лет назад. Анализ привезенных американскими астронавтами минералов из лунных кратеров показывает, что наша планетарная система на протяжении как минимум 500 млн лет подвергалась бомбардировке метеоритами, закончившейся примерно 3,8 — 4 млрд лет назад. С достаточно высокой точностью можно утверждать, что самые старые осадочные породы на Земле, расположенные вдоль западного побережья современной Гренландии, имеют возраст 3,85 млрд лет. Это значит, что они возникли примерно через 700 млн лет после образования Земли, вскоре после прекращения бомбардировки метеоритами.
Несмотря на свой заслуженный возраст, эти древние горы доказывают, что атмосфера и гидрологический цикл той эпохи удивительным образом напоминали современные. Сам факт отложения этих пород указывает на наличие на планете большого количества воды. Эти отложения, вероятно, образовались в результате эрозии поверхности планеты под действием дождевой воды. Это означает, что температура атмосферы Земли способствовала таким процессам, как испарение, образование облаков и выпадение осадков. Минеральный состав пород позволяет делать выводы относительно состава атмосферы того времени. Там содержатся карбонаты, которые могли образоваться в результате реакции между диоксидом углерода (углекислым газом) и силикатами, как это происходит и сейчас. Так что мы вполне можем заключить, что в атмосфере присутствовал диоксид углерода. Кроме того, в составе этих пород есть разные оксиды железа, которые по законам химии не могли возникнуть ни в атмосфере, напоминающей атмосферу Юпитера, ни в атмосфере с высоким содержанием кислорода. Из этого следует, что в тот период в атмосфере Земли содержались лишь следовые количества кислорода. Наконец, можно заключить, что основным компонентом атмосферы тогда, как и теперь, был азот, поскольку этот почти инертный газ практически не образуется живыми организмами. Нам не известны химические или биологические процессы, которые могли бы создать атмосферу с таким высоким содержанием азота, так что азот должен был находиться в атмосфере Земли с самого начала. Итак, 4 млрд лет назад атмосфера Земли, скорее всего, состояла в основном из азота с примесью диоксида углерода и водяных паров, а также следовых количеств других газов, включая кислород. Но в ней практически не было метана, аммиака и водорода.
Эти выводы, основанные на анализе самых древних гор, подтверждаются и другими данными, позволяющими пролить свет на происхождение ранней атмосферы Земли. Речь идет о содержании в современной атмосфере редких инертных газов, в частности неона. Неон — седьмой по распространенности элемент во Вселенной. Он в изобилии наличествовал в облаках пыли и газа, из которых сформировалась Земля и другие планеты Солнечной системы. Это инертный газ, и, следовательно, он еще менее способен на реакции, чем азот. Если бы исходная атмосфера Земли пережила бомбардировку метеоритами, в ней бы содержалось примерно столько же неона, сколько азота. В действительности соотношение неона к азоту в нашей атмосфере составляет 1:60 000. Если когда-то у Земли и была атмосфера, напоминающая атмосферу Юпитера, она должна была исчезнуть в самом начале жесточайших метеоритных бомбардировок.
Так как же образовалась современная атмосфера? По-видимому, ее создали вулканы. Вулканы выбрасывают пары серы (которые осаждаются дождевой водой), азот и углекислый газ (примерно в «правильном» соотношении) и небольшое количество неона, но практически не выделяют метана, аммиака или кислорода.
