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

Это была почти неминуемая гибель. Организмы, для которых кислород был ядовит, исчезли или спрятались глубоко в океанах. Но даже те, что могли его вынести, страдали в мире, где ледники покрыли и сушу и воду, не пропуская необходимый для фотосинтеза солнечный свет. Жизнь повисла на волоске, большинство ее форм удалились под лед и сгрудились у горячего очага глубоководных вулканов.

Но Земля не пошла по пути Марса и не стала слишком холодной для жизни. Этого не случилось благодаря геологическому термостату, основанному на тектонике плит, теперь с дополнениями в виде новых биологических механизмов, связанных с деятельностью фотосинтезирующих организмов. Ледники приостановили фотосинтез и урезали выработку кислорода. Тем временем глубоководные вулканы под ними продолжали накачивать в океаны углекислый и другие парниковые газы. Те стали скапливаться подо льдом, пока в конце концов не прорвались через него и поверхность Земли снова не нагрелась. Уровень кислорода в атмосфере упал до 1 или 2 %, и последовал длительный период, почти миллиард лет, когда он оставался низким, а климат – теплым. По-видимому, произошла перенастройка древних термостатов Земли, чтобы они могли справляться со значительным уровнем атмосферного кислорода, который вырабатывали цианобактерии.

Надолго ли хватило бы таких мер? Ведь под действием подобных механизмов условия в биосфере должны были бы опасно колебаться от экстремальной жары к экстремальному холоду и обратно. Если так, почему же климат оставался относительно стабильным в течение миллиарда лет (2–1 млрд лет назад)? Теперь на помощь пришла биология: она создала новые типы организмов, способных поддерживать термостаты Земли, высасывая из воздуха кислород. Эти существа, первые эукариотические клетки, не только помогли стабилизировать глобальную температуру, – с них началась биологическая революция, которая привела к появлению крупных организмов, таких как мы с вами.

До сих пор все живые организмы были одноклеточными прокариотами из домена архей или бактерий. Появление третьего домена живых существ, эукариот, важно для нас, потому что все крупные организмы, включая нас самих, состоят из эукариотических клеток. Это были первые клетки, способные систематически использовать кислород, эксплуатируя его мощную химическую энергию в процессе, который называется респирацией, – мы делаем то же самое, когда дышим. Дыхание обратно фотосинтезу и на самом деле представляет собой способ освобождать солнечную энергию, захваченную и хранимую в клетках в результате фотосинтеза. При фотосинтезе энергия солнечного света используется, чтобы превратить углекислый газ и воду в углеводы, где она запасается, а кислород при этом остается побочным продуктом. При дыхании же с помощью химической энергии кислорода энергию, запасенную в углеводах, удается из них стащить, а в качестве отходов остаются углекислый газ и вода. Общая формула дыхания такова: CH 2O (углеводы) + O 2→ CO 2+ H 2O + энергия.

Как и фотосинтез, дыхание эукариот можно считать энергетической золотой жилой, потому что с его помощью эти новые организмы получили доступ к гигантской химической энергии кислорода, но в малых, мягких дозах, которые не рвали их на части. Дыхание дает энергию огня без его разрушительности. Используя кислород с умом, с помощью дыхания из органических молекул можно выделить по крайней мере в 10 раз больше энергии, чем старыми способами, когда пищевые молекулы расщепляются без кислорода [90] Tim Lenton . Earth Systems Science, loc. 1418, Kindle. . Получая больше энергии для метаболизма, эукариоты могли увеличить уровень первичного производства – производства живых организмов – в любое число раз от 10 до 1000 [91] Donald E. Canfield . Oxygen: A Four Billion Year History. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2014, loc. 893, Kindle. .

Генетические данные говорят о том, что первые эукариоты появились около 1,8 млрд лет назад [92] Tim Lenton . Earth Systems Science, loc. 1438, Kindle. . Они размножались, поглощая все больше кислорода, и выделяли в атмосферу углекислый газ в качестве побочного продукта. Здесь мы видим зарождение нового планетарного термостата с биологическим управлением. Эукариоты стали удалять бóльшую часть атмосферного кислорода, выделенного цианобактериями. Этим можно объяснить, почему климат на протяжении протерозоя был относительно стабильным – на самом деле настолько, что некоторые палеонтологи называют период от 2 до 1 млрд лет назад «скучным миллиардом».