Дэвид Кристиан - Большая история [С чего все начиналось и что будет дальше]

Это примитивное оборудование для обработки информации, но здесь уже есть три основных компонента этого процесса: входящие данные, обработка, исходящие данные.

Благодаря управлению информацией прокариоты получили больше контроля над локальными потоками энергии. Со временем они научились получать, контролировать энергию и управлять ею во многих разнообразных средах океанов Земли. Первые прокариоты, скорее всего, были хемотрофами. Это значит, что они получали энергию из геохимических реакций между водой и горными породами, продуктами которых были простые вещества, такие как сероводород и метан – химическая энергия, к потоку которой они могли подключиться [85] См.: Andrew Knoll . Life on a Young Planet: The First Three Billion Years of Evolution on Earth. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2003. P. 20; в книге превосходно описано поразительное разнообразие систем метаболизма у прокариот. Об энергетических потоках, которыми пользовались первые организмы, см.: Olivia P. Judson. The Energy Expansions of Evolution // Nature: Ecology and Evolution 28, April 2017. P. 1–9. . Но количество легко усваиваемых химикатов, которые по капельке обеспечивали бы вливания энергии, в древних океанах было ограничено, в свободном доступе они встречались лишь изредка, например в условиях глубоководных гидротермальных источников. Эти ограничения могли бы сузить возможности для жизни на Земле. Некоторые прокариоты достаточно быстро научились есть других прокариот. Это были первые гетеротрофы в биосфере, одноклеточный аналог хищников, таких как тираннозавр. Мы с вами тоже гетеротрофы: мы получаем пищевую энергию, потребляя другие организмы, а не едим химикаты. Но даже питаясь другими организмами, придется столкнуться с ограничениями, если энергетическая цепь, на которой держится вся биосфера, как на якоре, привязана к океану.

Около 3,5 млрд лет назад новейшая эволюционная разработка, фотосинтез, позволила некоторым организмам освоить потоки солнечной энергии. Для живых существ это была первая энергетическая золотая жила, и в мире прокариот она вызвала соответствующий эффект.

В фотонах солнечного света энергии в тысячи раз больше, чем в старых усталых фотонах космического фонового излучения. Доступ к этому колоссальному энергетическому потоку радикально изменил ход игры. С этого момента, хотя живое по-прежнему перерабатывало все используемые вещества (отсюда интерес ученых к потокам углерода, азота и фосфора), стало казаться, что количество энергии более-менее бесконечно [86] Tim Lenton . Earth Systems Science: A Very Short Introduction. Oxford: Oxford University Press, 2016. P. 18. . С ней живые клетки могли уже совершенно на другом уровне перестраивать самих себя и свое окружение. Они распространились шире, и их количество, несомненно, выросло на несколько порядков.

Как живые организмы использовали солнечный свет? Есть несколько типов фотосинтетических реакций, в которых он преобразуется в биологическую энергию с разной степенью эффективности и с разными побочными продуктами. Во всех типах только что прибывшие с Солнца полные энергии фотоны используются, чтобы дать пинок электронам в светочувствительных молекулах вроде хлорофилла. Электроны оказываются настолько шокированы, что выскакивают из своих атомов, и их, непрестанно извивающихся, похищают белки. Они передают электроны высокой энергии через клеточные мембраны по принципу пожарной цепочки [87] Здесь имеется в виду способ передавать ведра с водой по цепочке от человека к человеку при пожаре. . Получается, что через мембрану проходит градиент электрического поля, с помощью которого можно зарядить молекулы – переносчики энергии, например АТФ. Это снова хемиосмос, но теперь энергия, заряжающая молекулы АТФ, поступает не из молекул пищи, а от гигантского небесного генератора – Солнца.

Это первая стадия любой формы фотосинтеза. На второй стадии захваченная энергия используется в ряде сложных химических реакций очень разной производительности, чтобы выполнять работу внутри клетки или формировать такие молекулы, как углеводы, в которых можно хранить энергию на будущее. Кислород не был побочным продуктом первых форм фотосинтеза, и они хорошо работали в мире без свободного кислорода. Они могли использовать энергию солнечного света, чтобы похищать электроны из сероводорода (газа с запахом тухлого яйца) или из атомов железа, растворенного в древних океанах.

Даже самые простые первые формы фотосинтеза оказались новым революционным источником энергии, и количество живых существ в древних океанах, возможно, выросло до целых 10 % от нынешнего уровня [88] Ibid., loc. 1344, Kindle. . Прокариотам, жившим за счет фотосинтеза, нужно было находиться у поверхности океанов или на побережье. Многие образовывали похожие на кораллы структуры, которые называются строматолитами и которые превращались в рифы по краям континентов, когда миллиарды организмов собирались на все утолщающейся подстилке из своих мертвых предков. В нескольких местах с особыми условиями строматолиты есть и сегодня, например в заливе Шарк на побережье Западной Австралии. Теперь это редкость, но с момента своего возникновения более 3,5 млрд лет назад до отметки примерно в 500 млн лет назад, то есть значительно больше половины истории нашей планеты, они, вероятно, были самой заметной формой жизни на Земле. Если инопланетяне заглядывали к нам в поисках живых существ, они нашли строматолиты. Не исключено, что и мы найдем их, когда впервые обнаружим жизнь на каменистых планетах в системах других звезд.