Вернувшись в кабинет Беннетт после экскурсии, я заметил висевший на стене плакат с нарисованным художником и не лишенным фантазии красочным изображением Земли, как она могла выглядеть три с половиной миллиарда лет назад, как раз когда предстояло зарождение жизни, в древнюю эру, известную в геологии как архей. На плакате чуждый ландшафт с огромными, весьма активно действующими вулканами и испаряющимся, отливающим медью морем под режущим глаз красным небом. Мелководья на переднем плане заполнены строматолитами, каменными продуктами жизнедеятельности бактерий. Все это не очень похоже на место, подходящее для сотворения и взращивания жизни. Я спросил Беннетт, корректно ли изображение.
«Как сказать, одна школа придерживается мнения, что в действительности тогда было прохладно, поскольку Солнце грело намного слабее». (Позднее я узнал, что биологи, когда у них игривое настроение, называют это явление «проблемой китайского ресторана» – имея в виду полумрак из-за более тусклого Солнца в те времена[316].) «Без атмосферы ультрафиолетовые лучи даже более слабого Солнца вели бы к разрушению любых появляющихся связей между молекулами. И тем не менее как раз здесь, – она постучала пальцем по строматолитам, – живые организмы обитают почти на поверхности. Загадка». – «Значит, мы не знаем, каким тогда был мир?» – «М-м-м», – задумчиво согласилась она. «В любом случае он не выглядит особенно подходящим для жизни». Она мирно кивнула: «Но все-таки там должно было быть что-то подходящее для жизни. Иначе мы не стояли бы здесь».
Нам он наверняка бы не подошел. Если бы вы вышли из машины времени в этот древний архейский мир, то очень быстро юркнули бы обратно, потому что необходимого для дыхания кислорода на Земле тогда было не больше, чем теперь на Марсе. На ней также было полно ядовитых паров соляной и серной кислот, достаточно насыщенных, чтобы проникнуть сквозь одежду и покрыть волдырями кожу. Не открывались бы и яркие отчетливые перспективы, изображенные на плакате в кабинете Виктории Беннетт. Химическое варево, которым была в то время атмосфера, пропускало на Землю очень мало солнечного света. То малое, что мы могли бы увидеть, только на короткое время освещалось бы частыми ослепительными вспышками молний. Словом, это была Земля, но такая, какую мы не признали бы своей.
В архейском мире важные события случались редко. На протяжении двух миллиардов лет единственной формой жизни были микроорганизмы. Они жили, размножались, кишели, но не проявляли особой склонности переходить на другой, более перспективный уровень существования. В какой-то момент в первый миллиард лет существования жизни цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, научились извлекать широкодоступный источник питания – водород, содержащийся в поразительном изобилии в воде. Они поглощали молекулы воды, под действием солнечной энергии извлекали из нее водород, а кислород шел в отходы; тем самым был изобретен фотосинтез. Как отмечают Маргулис и Саган, фотосинтез, «несомненно, является важнейшим нововведением в области обмена веществ за всю историю жизни на планете» – и его придумали не растения, а микроорганизмы.
По мере быстрого размножения цианобактерий мир стал наполняться О2, к ужасу организмов, которые находили его ядовитым, – в те времена такими были все. В анаэробном (не потребляющем кислород) мире кислород чрезвычайно ядовит. Наши белые кровяные тельца для уничтожения вторгающихся микробов фактически используют кислород. Что кислород по сути своей токсичен, часто вызывает удивление у тех из нас, кто считает его таким благотворным для нашего здоровья, но это только потому, что мы эволюционировали таким образом, чтобы использовать его. Для других он страшен. Именно от него горкнет масло и ржавеет железо. Даже мы переносим его лишь до определенной точки. Его содержание в клетках нашего организма составляет лишь десятую часть от содержания в атмосфере[317].
У новых, потреблявших кислород организмов было два преимущества. Кислород был более эффективным источником энергии и к тому же поражал соперничавшие организмы. Часть из них отступила в илистый анаэробный мир на дне болот и озер. Другие поступили сходным образом, но позднее (намного позднее), переселившись в пищеварительные тракты существ, подобных нам с вами. Довольно много таких первозданных организмов живут в вашем теле прямо сейчас, помогая вам переваривать пищу, и они терпеть не могут даже намека на О2. Бессчетное количество других не смогло адаптироваться и погибло.
Цианобактериям страшно повезло. Поначалу выделяемый ими лишний кислород не скапливался в атмосфере, а соединялся с железом, образуя оксиды, которые оседали на дно первобытных морей. Миллионы лет мир буквально ржавел – явление, отчетливо увековеченное в ленточных железистых отложениях, которые в наши дни дают столько добываемой в мире железной руды. Многие десятки миллионов лет происходило не так уж много более существенного. Если вернетесь в этот мир раннего протерозоя, то найдете мало признаков будущей жизни на Земле. Возможно, кое-где в тихих водоемах встретите пленку живого вещества или едва заметный зеленовато-бурый налет на прибрежных камнях, но больше жизнь никак себя не проявляет.
Но около трех с половиной миллиардов лет назад появилось нечто более бросающееся в глаза. Там, где море было помельче, стали возникать заметные глазу образования. Постепенно химически видоизменяясь, цианобактерии становились немного клейкими и благодаря этому стали улавливать микрочастицы ила и песка, связывать их, образуя причудливые, но прочные сооружения – строматолиты, те, что на плакате в кабинете Виктории Беннетт изображены на переднем плане на отмелях. Строматолиты были разных форм и размеров. Иногда они были похожи на огромные кочаны цветной капусты, иногда на пушистые матрацы («строматолит» происходит от греческого слова, означающего «матрац»); иногда они поднимались в виде колонн на десятки метров над поверхностью воды – в некоторых случаях даже до ста метров. Во всех своих проявлениях они были своего рода живыми камнями и представляли собой первое в мире совместное предприятие, где одни разновидности простейших организмов прямо на поверхности, а другие внизу пользовались удобствами, созданными сообща. Мир обрел первую экосистему.
Много лет ученые знали о строматолитах по ископаемым формациям, но в 1961 году настоящим сюрпризом для них стало открытие колонии живых строматолитов в заливе Шарк-бей на далеком северо-западном побережье Австралии. Оно оказалось настолько неожиданным, что только спустя несколько лет до ученых дошло, что же они на самом деле открыли. Сегодня Шаркбей стал туристической достопримечательностью – в той мере, в какой вообще может быть привлекательным место, расположенное за сотни миль от крупных городов и за десятки миль от ближайших проявлений цивилизации. В залив проложили дощатые мостки, чтобы посетители могли пройти над водой и хорошенько разглядеть строматолиты, спокойно дышащие как раз под поверхностью. Они тускло-серого цвета и, как я писал в одной из предыдущих книг, похожи на очень большие коровьи лепешки. Но испытываешь поразительное ощущение, когда подумаешь, что видишь живых обитателей Земли, какими они были три с половиной миллиарда лет назад. Как сказал Ричард Форти: «Это настоящее путешествие во времени, и, если бы мир был приучен ценить подлинные чудеса, это место было бы таким же знаменитым, как пирамиды Гизы». Хотя вы никогда бы не догадались, эти неприметные камни кишат живыми существами, на каждый квадратный метр камня предположительно приходится три миллиарда отдельных микроорганизмов. Иногда, если посмотреть внимательнее, можно увидеть поднимающиеся к поверхности тоненькие цепочки пузырьков – это водоросли отдают кислород. За два миллиарда лет такие почти незаметные старания повысили уровень кислорода в атмосфере Земли до 20 процентов, подготавливая условия для открытия следующей, более сложной главы в истории жизни.
Полагают, что цианобактерии в заливе Шарк-бей могут быть самыми медленно эволюционирующими организмами на Земле, и, конечно, они сегодня одни из редчайших. Открыв путь более сложным формам жизни, они затем почти всюду были полностью съедены теми самыми организмами, чье существование они сделали возможным. (В Шарк-бей они сохранились благодаря тому, что вода в нем слишком соленая для существ, которые обычно ими питаются.)
Одна из причин того, что жизни для обретения сложных форм потребовалось так много времени, состояла в том, что миру пришлось ждать, пока более простые организмы достаточно насытят атмосферу кислородом. Как выразился Форти: «Животные были не в состоянии набрать энергии для своей деятельности». Потребовалось около двух миллиардов лет, приблизительно сорок процентов истории Земли, чтобы содержание кислорода в атмосфере достигло примерно нынешнего уровня. Но когда условия были подготовлены, видимо, довольно скоро возник совершенно новый вид клетки, содержавшей ядро и другие компоненты, обобщенно называемые органеллами (от греческого слова, означающего «маленькие инструменты»). Считают, что процесс начался, когда какая-то дефектная или склонная к риску бактерия либо захватила, либо сама была захвачена другой бактерией, и оказалось, что это устраивает их обеих. Считают, что захваченная бактерия стала митохондрией. Это внедрение митохондрии (или, как любят говорить биологи, эндосимбиотическое событие) сделало возможным существование сложных живых организмов. (В растениях аналогичное внедрение дало начало хлоропластам, которые позволяют осуществлять фотосинтез.)
Митохондрии манипулируют кислородом таким образом, что он высвобождает энергию из пищи. Без этого остроумного и эффективного приема жизнь на Земле сегодня была бы представлена не более чем грязными пятнами простейших микробов. Митохондрии очень малы – на одной песчинке их может поместиться миллиард