Происхождение всего. От Большого взрыва до человеческой цивилизации - Дэвид Берковичи

Последнее крупное оледенение – плейстоцен – началось приблизительно 2,6 млн лет назад и закончилось на заре цивилизации около 12 000 лет назад (этот период включал короткие периоды потеплений). Но даже во время появления людей около 7 млн лет назад (к чему мы вернемся позже) на Земле доминировала стойкая тенденция к охлаждению, по существу, длился ледниковый период, и на протяжении всего существования человечества у планеты имелись ледяные шапки. Мы – творения ледникового периода, не приспособленные жить в условиях эоцена и подобных теплых эпох. Потому потеря льдов Антарктиды и Гренландии стала бы для нас катастрофой, и дело не только в резком повышении уровня океана: мы оказались бы на такой Земле, которую наш вид никогда не знал и вообще не должен был населять.

Причины стабильного климата и жизнепригодности, как и механизмы изменения климата, – важные и сложные темы для человечества. Мы столкнулись с кризисным изменением климата, вызванным деятельностью людей. Парниковое потепление, вызванное антропогенными выбросами углекислого газа из‑за сжигания ископаемого топлива, уже заметно. Оно было аргументированно предсказано более 100 лет назад шведским лауреатом Нобелевской премии Сванте Аррениусом. То, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли растет неестественными темпами, было доказано американским геохимиком Чарльзом Килингом на материале, собранном за 60 лет измерений у вершины гавайского вулкана Мауна‑Лоа. Специалисты по‑прежнему обсуждают детали потепления климата в ответ на выброс углекислого газа в атмосферу нашей планеты, но то, что на Земле точно станет значительно теплее, сомнений не вызывает.

Что стало причиной драматических изменений – выбросы углекислого газа или же климат изменился бы в любом случае, независимо от деятельности человека? Климат Земли менялся сам по себе, но, как правило, при изменении концентрации углекислого газа. Климат резко реагировал, когда большие и стабильные объемы углерода внезапно сжигались или высвобождались в результате вулканической деятельности. Нет никакой разумной причины полагать, что климат Земли отреагировал бы по‑другому, если бы мы выпустили большое количество углекислого газа из другого огромного источника. Размышлять, имеет ли значение наша деятельность при таком количестве естественных причин изменений климата, – все равно что спрашивать, повлияет ли игра в русскую рулетку во время артобстрела на ваши шансы выжить. Если цель – не умереть, ответ один: не играйте в русскую рулетку.

Вопрос антропогенного влияния на климат – это вопрос не о спасении планеты, а о нашем спасении, о сохранении узкой обитаемой зоны, которая подходит для нас (и некоторых других созданий), появившихся на Земле в ледниковом периоде. Как бы усердно ни ухудшали мы свое положение, с самой планетой все будет в порядке еще несколько миллиардов лет, рано или поздно тектоника плит удалит весь созданный нами углекислый газ, и все вернется на свои места. То, что мы не можем ждать так долго, – это наша проблема, а не проблема Земли.

Происхождение жизни, то, как она появилась, до сих пор остается святым Граалем науки, одним из главных вопросов, на которые ученые пока не знают ответа. Возникновение жизни из неорганической, неживой материи вполне логично, хоть и не так поэтично, называется абиогенезом.

Но прежде необходимо дать определение самому понятию жизни, поскольку надо понимать, что́ мы ищем. (Признаки жизни могут быть интуитивно понятны, однако говорить «узнаю, когда увижу» не слишком научно.) В самом простом смысле жизнь – это химическая реакция, которая прямо или опосредованно потребляет вещество и энергию из окружающей среды, чтобы расширять, распространять и воспроизводить себя. Такая реакция называется автокаталитической, потому что ее облегчают или даже ускоряют продукты реакции. Например, при фотосинтезе растения используют энергию солнечного света, чтобы соединить воду и углекислый газ для производства длинных цепочек молекул углеводов, которые составляют большую часть массы растения (в виде целлюлозы), что затем обеспечивает еще больше фотосинтеза. В отличие от растений аэробные, дышащие кислородом клетки и такие животные, как мы, поедают эти растения (или другие организмы, которые поедают эти растения) и используют их материю, содержащую солнечную энергию, чтобы создать больше клеток, которые будут поедать больше растений. Воспроизводя и размножая себя, жизнь активно распространяется в поисках источников материи и энергии.

Некоторые свойства жизни присущи химическим реакциям неживой материи, например горению. Как и аэробная жизнь, огонь потребляет материю и энергию и в ходе реакции горения, обратной фотосинтезу, образует воду и углекислый газ. Как и жизнь, огонь распространяется, потребляя топливо (например, дерево и траву), и катализирует себя, нагревая топливо, пока оно не воспламенится.

Тем не менее два других определения жизни отличают ее от огня. Во‑первых, реакция жизни не только потребляет материю, но и создает сложные молекулы, образующие «матрицу», с помощью которой катализируется больше таких же молекул, т. е. идет их воспроизводство. При этом не только ускоряются реакции, но и наследуется информация, полученная от предшествующих молекул. (Для сравнения: огонь не дублирует сложные молекулы, а создает простые – воду и углекислый газ.) Во‑вторых, жизнь развивается благодаря естественному отбору: если окружающая среда становится непригодной для поддержания химической реакции, существует вероятность, что жизнь сумеет к этому приспособиться (если изменение не произошло слишком быстро). Основано это на копировании предшествующих несовершенных организмов. Если новые поколения организмов выживают, значит, они чем‑то отличаются от своих прародителей, не являются их клонами. В этом суть дарвиновского естественного отбора: группа организмов или особей обладает достаточным внутренним разнообразием, в результате чего некоторые особи оказываются лучше приспособленными к неблагоприятным изменениям окружающей среды и выживают, а неприспособленные вымирают. Огонь не приводит к приспособлению, если окружающая среда слишком холодная или слишком влажная, он просто гаснет, не происходит отбора, в результате которого одни пожары приспосабливаются к холодной или влажной среде, а другие прекращают свое существование. Коротко говоря, жизнь – самоподдерживающаяся энергоемкая химическая реакция, чьи продукты – молекулы – катализируют или воспроизводят сами себя, и при этом они обладают достаточным разнообразием, чтобы эволюционировать путем естественного отбора, если окружающая среда станет непригодной (достаточно медленными темпами). Ну, получилось не совсем коротко.

Вся жизнь на нашей планете имеет клеточную природу, потому что химические реакции, поддерживающие жизнь, происходят внутри капсулы – клетки. Капсула окружена полужидкой мембраной, которая позволяет проникать внутрь питательным веществам и источникам энергии и защищает поддерживающие жизнь реакции от рассеяния или уничтожения (скажем, океанскими волнами). Возможно, самые ранние из таких капсул использовали для защиты пузырьки внутри лавовых пород вроде пемзы. Некоторые неклеточные формы жизни, такие как вирусы, представляют собой «свободно плавающий» генетический материал в защитной оболочке. Они обладают некоторыми признаками жизни, например подвержены действию естественного отбора, однако вирус может воспроизвести себя, лишь взломав клеточный механизм другого организма. Таким образом, являются ли вирусы живыми или нет – вопрос все еще не решенный.