КАК БЫ ТО НИ БЫЛО, ГОЛУБОЙ ЦВЕТ МОРЯ КРУГЛОГО МИРА вовсе не был химическим. По крайней мере не в обыденном понимании слова. Это было скопление так называемых цианобактерий, или сине-зеленых водорослей. Название может ввести в заблуждение, поскольку современные нам сине-зеленые водоросли красные или коричневые. Однако в древности они, вероятнее всего, были именно сине-зелеными. На самом деле, конечно, это бактерии, а не водоросли, которые состоят из клеток с ядрами и потому бактериями отнюдь не являются. Сине-зеленый цвет образуется благодаря хлорофиллу, отличающемуся, правда, от хлорофилла растительного и смешанному с желто-оранжевым пигментом каротиноидом.
Бактерии появились на Земле как минимум 3,5 миллиарда лет назад, то есть всего лишь через несколько сотен миллионов лет после того, как Земля остыла до температуры, при которой могли выжить живые существа. Мы узнали об этом благодаря особенным слоистым структурам, найденным в осадочных породах. Такие слои могут быть плоскими и неровными, могут образовывать разветвленные колонны или быть скручены, словно кочаны капусты. Толщина некоторых отложений составляет полмили, и они тянутся на сотни километров. Возраст большинства из них датируется двумя миллиардами лет. Однако группа Варравуна, обнаруженная в Австралии, имеет возраст 3,5 миллиарда лет.
Сначала никто не знал, что это такое, пока в 50–60‑х годах ХХ века отложения не были идентифицированы как остатки бактериальных колоний, в основном цианобактерий.
Цианобактерии собираются на мелководье, образуя огромный плавающий ковер, похожий на войлочный мат. Для защиты от ультрафиолетового излучения они выделяют липкую субстанцию, к которой пристают минеральные остатки. Когда пласт осадка становится настолько плотным, что блокирует свет, бактерии образуют поверху новый слой, и так далее, и так далее. Отвердевшие слои превращаются в строматолиты, похожие на большие диванные валики.
Волшебники совершенно не готовы были обнаружить в Круглом мире жизнь. Ведь он следует жестким правилам, а жизнь, как им представляется, их не признает. Они думают, что между живым и не-живым существует непреодоломая пропасть. Это все та же самая проблема: стремление отыскать границы в превращении, связанное с идеей, что все окружающее можно легко разделить на живое и неживое. Между тем это невозможно, даже если не забыть о времени, в течение которого живое превращается в мертвое, и наоборот. Так, облетевший и как бы мертвый лист больше не является частью живого дерева, но вполне может содержать несколько жизнеспособных клеток.
Митохондрия, бывшая ранее самостоятельным организмом, ныне является той частью клетки, которая генерирует химическую энергию. Жив ли вирус? Он не может размножаться без бактерии-носителя, но ведь и ДНК не в состоянии репродуцироваться без химической лаборатории клетки.
Люди создавали простые химические модели для имитации процессов в живой природе, в надежде, что некая химическая система разовьется, став самодостаточной и самовоспроизводящейся. Вспомните концепцию первичного бульона: множество простых химических веществ, растворенных в океане, беспорядочно сталкиваясь друг с другом, случайно соединяются во что-то более сложное. Впрочем, оказалось, что все было не совсем так. Не нужно пытаться усложнить химические процессы в реальном мире, они и без того сложны. Изготовить сложные химические вещества просто, и в природе их полным полно. Проблема в том, чтобы поддерживать организацию на сложном уровне.
Так что же такое жизнь? Каждый биолог зазубривал список ее характеристик: способность к воспроизводству, восприятию окружающей среды, использованию внешней энергии и так далее. Затем мы пошли дальше. Аутопоэзис, то есть способность создавать химические вещества и структуры, ответственные за воспроизводство, – неплохое определение жизни, за исключением того, что современная жизнь переросла свои древние потребности. Сейчас биологи предпочитают избегать этого вопроса и определяют жизнь как некое свойство молекулы ДНК, что, в свою очередь, поднимает куда более глубокий вопрос, касающийся определения жизни как общей категории процесса. В итоге может получиться, что нынешнее определение жизни подобно определению научной фантастики: это всего лишь то, что мы решим назвать этим термином.
С точки зрения многих людей, идея, что жизнь может каким-то образом самозародиться, выглядит спорной. Тем не менее протоптать тропинку от неживой материи к живой не так уж сложно. Можно насчитать по крайней мере тридцать подобных путей. Однако разобраться, какой из них воплотился в реальность, довольно затруднительно, поскольку позднейшие формы жизни уничтожили почти все материальные доказательства. Впрочем, особого значения это не имеет: так или иначе жизнь все равно зародилась и развивалась каким-то способом, до которого мы, возможно, еще и не додумались.
Один из сценариев появления жизни из неорганической материи был предложен Грэмом Кернс-Смитом. Ключевую роль в нем играет глина. Глина может образовывать сложные микроструктуры, зачастую копируя предыдущие путем добавления нового слоя. Впоследствии слой отпадает, становясь новым отправным элементом для последующей структуры. Углеродные соединения могли прилипать к поверхности глины и становиться основой сложных молекул того типа, который мы наблюдаем у живых объектов: белков и даже ДНК. Нынешние организмы вполне могли оседлать глиняного коня, провезшего их по скользкому пути эволюции.
Альтернативная теория принадлежит Гюнтеру Вехтерхойзеру, по мнению которого, энергию для развития бактерии могли получить из пирита – соединения железа и серы. И сегодня на глубине нескольких миль под землей или неподалеку от жерл подводных вулканов можно обнаружить бактерии, существующие за счет сульфидно-железного метаболизма. Именно они являлись тем источником поднимающегося со дна «ядовитого минерального потока», который заметил Ринсвинд. В целом эта гипотеза происхождения жизни выглядит на редкость убедительно.
Однако одной из возможных проблем с кратерами вулканов является то, что как только закрывается один, где-то прорывается второй. Могли ли первичные организмы благополучно перебраться по холодной воде на новое место обитания? В 1988 году Кевин Спир открыл, что вращение Земли создает завихрения потоков горячей воды, поднимающейся от жерл вулканов, формируя подводные горячие торнадо, перемещающиеся в глубинах океана. Бактерии вполне могли двигаться в них и попадать в новые кратеры. Конечно, не все они смогут выжить в пути, но это и неважно: главное, чтобы их было достаточно для воспроизводства колонии.
Нужно отметить, что еще в меловом периоде, когда море было много теплее, чем сейчас, эти горячие потоки могли даже подниматься на поверхность океана, возможно, вызывая гиперганы, то есть ураганы, при которых скорость ветра близка к скорости звука. Это должно было привести к резким климатическим изменениям на планете, которая, как мы еще увидим, была вовсе не таким идиллическим местом, как нам хочется думать.
Бактерии относятся к категории организмов, известных как прокариоты. Их часто называют «одноклеточными», хотя многие одноклеточные существа гораздо сложнее и сильно отличаются от бактерий. Последние не являются полноценными клетками, они устроены куда проще; у них нет ни клеточной стенки, ни ядра. Настоящие клетки, как одноклеточные, так и многоклеточные организмы, появились позже и называются эукариотами. Вероятно, они возникли тогда, когда несколько эукариотов объединились ради взаимной выгоды; подобный фокус известен как симбиоз. Наиболее древними окаменелостями многоклеточных организмов являются водоросли, их возраст около 1 миллиарда лет, а может быть, даже 1,8 миллиарда.
Вот как ученые до 1998 года представляли себе историю развития жизни: членистоногие и иные сложноорганизованные существа появились только 600 миллионов лет назад, причем еще 540 миллионов лет назад Землю населяли сплошь странные и совершенно непривычные нам существа.
Эти подозрительные создания получили имя «эдиакарская биота» по месту в Австралии, где они были обнаружены. Отдельные экземпляры достигали полуметра и даже более, но, насколько нам известно из палеонтологических исследований, они не имели внутренних органов или внешних отверстий вроде ротового и анального (видимо, они питались живущими внутри них симбиотическими бактериями, а может быть, и еще каким-либо способом, о котором нам остается лишь гадать). Некоторые из этих существ были плоскими и образовывали структуры, напоминающие стеганые одеяла. Мы понятия не имеем, были ли эдиакарские организмы нашими далекими предками или тупиковой ветвью эволюции, обреченной на вымирание. Это не имеет значения. Гораздо важнее то, что, насколько нам известно, кроме них, больше тогда никого не было. Открыты, правда, окаменелости, очень похожие на испражнения червей, а некоторые из ископаемых останков напоминают… Впрочем, не будем забегать вперед. Главное – это то, что почти все эдиакарские организмы совершенно не связаны с последующими формами жизни.
Около 540 миллионов лет назад докембрийская эдиакарская фауна уступила место существам кембрийского периода. В течение первых десяти миллионов лет эти гады тоже смотрелись довольно-таки дико, оставив нам на память фрагменты своих колючек и шипов, предположительно – прототипов скелетов, не составлявших тогда единого целого. Потом в какой-то момент природа внезапно «научилась» создавать и скелеты, и многое другое: наступило время, известное нам как кембрийский взрыв. Двадцать миллионов лет спустя появились практически все элементы тел, существующие у современных животных: оставалось только устранить мелкие недоделки. Однако главным нововведением кембрийского взрыва стало вовсе не изобретение скелетов, шипов, раковин и конечностей, а появление принципиально нового типа строения тела. Диплобласты уступили место триплобластам…
Ох, просим прощения, Аркканцлер! Мы всего-навсего хотели сказать, что животные начали создавать третий слой между собой и окружающей их средой. Эдиакарская фауна, как и современные медузы, – диплобласты: у них есть внешняя сторона и внутренняя, вроде как у бумажного пакета. Трехслойные создания, как мы с вами, да и почти все остальные, называются триплобластами: у нас есть наружный, внутренний и средний слой.
Средний слой явился большим скачком вперед, хотя не будем забывать, что скакать тогдашние существа еще не умели, только ползать. С помощью этого слоя вы можете защитить ваши внутренние органы. В каком-то смысле отныне вы перестаете быть частью окружающей среды и начинаете существовать сами по себе, а как отдельное существо вы приступаете к улучшению своей «собственности».
Конечно, это очередные «враки детям», но в сравнении с остальными враками они еще очень даже ничего.
Триплобласты сыграли важную роль в процессе эволюции не только потому, что обладали внутренними органами, но и потому, что могли переваривать пищу и выделять отходы. Их экскременты стали настоящим сокровищем для других. Для того чтобы мир стал замечательно сложным, просто жизненно необходимы разные дерьмовые штуки.
Трудно понять, как эдиакарская фауна могла породить таких существ. Ведь помимо дополнительного слоя ткани требовалась особая организация тела, которая должна была как-то возникнуть. Не говоря уже о том, что изредка встречаются отпечатки, которые соблазнительно интерпретировать как следы, оставленные докембрийскими триплобластами, хотя это даже не окаменелости, а ходы, которые черви могли оставить в жидкой грязи.
А может, все было не так.
И вот в феврале 1998‑го кое-что наконец прояснилось.
Оказалось, что все зависит не только от того, где искать окаменелости, но и как. Одним из путей появления ископаемых существ является петрификация. Изредка петрификация может происходить очень быстро, буквально за несколько дней. При этом мягкие ткани мертвого организма замещаются фосфатом кальция. К сожалению для палеонтологов, этот процесс работает только для организмов размером в одну десятую дюйма (2 мм). Впрочем, даже такие крошечные существа могут поведать нам много интересного. Начиная примерно с 1975 года ученые стали обнаруживать прекрасно сохранившиеся образцы крошечных древних членистоногих, похожих на многоножек, состоящих из большого числа сегментов. В 1994 году найдены окаменелые бластулы, то есть многоклеточные зародыши, находящиеся на ранних стадиях развития организма. Считается, что это – эмбрионы триплобластов. Тем не менее все они появились позже эдиакарской фауны. Но в 1998 году Шухай Сяо, Юнь Чжан и Эндрю Кнолл обнаружили в горных породах Китая окаменелости эмбрионов возрастом 570 миллионов лет, то есть в самом сердце эдиакарского периода. И это были именно эмбрионы триплобластов.
Таким образом, за сорок миллионов лет до кембрийского взрыва бок о бок с загадочной эдиакарской фауной на Земле жили триплобласты.
Кстати, мы с вами – тоже триплобласты. И наши предки возникли где-то в докембрийский период, со всех сторон окруженные эдиакариями, лишенными рта и внутренностей.
Ранее считалось, что жизнь – это хрупкий и очень необычный феномен: ее крайне трудно создать и очень легко разрушить. Но повсюду на Земле мы видим существ, живущих в условиях, которые никак нельзя назвать благоприятными. Похоже, что жизнь – очень прочное явление, способное существовать везде, где есть хотя бы минимальные для этого условия. Откуда же берется подобная стойкость?
Ранее мы упоминали о двух способах покинуть Землю: ракета и космический лифт. Ракета – это одноразовая штука, а лифт – своего рода процесс. Космический лифт требует огромных первоначальных вложений, но как только вы его соорудите, все остальное будет бесплатным. На первый взгляд это противоречит привычным законам экономики, назначающим некую разумную цену исходя из отдельных операций, вместо того чтобы подумать: а нельзя ли вообще устранить само понятие цены. Также кажется, это противоречит закону сохранения энергии, в переводе с языка физики означающему: нельзя получить что-то из ничего. Но как мы видели, это возможно за счет использования новых ресурсов, которые становятся доступны после того, как ваш космический лифт начнет работу.
Между космическим лифтом и жизнью можно провести аналогию. Жизнь противоречит всем обычным законам химии и физики, особенно второму принципу термодинамики, который утверждает, что система не может самопроизвольно усложниться. Жизнь же делает это постоянно, она, как и космический лифт, выходит на новый уровень организации, где можно получить доступ к вещам и процессам, о которых раньше не было и речи. В частности, прекрасным способом обойти проблемы изготовления по-настоящему сложных вещей является репродукция. Ведь достаточно построить одну, которая в дальнейшем будет просто воспроизводить саму себя. Создание первой невероятно трудно, зато все остальное произойдет без дополнительных усилий.
Что же является таким «лифтом» для жизни? Давайте исходя из основных подходов к вопросу о ее происхождении попытаемся дать некий общий ответ. Превалирующей идеей будет являться предположение о возможности возникновения необычных химических процессов в небольших водоемах, прилегающих к активным участкам земной поверхности. Отсюда еще очень далеко до современных организмов, даже до бактерий, которые гораздо сложнее своих предков. Они и должны были быть такими, чтобы выжить в куда более сложном мире. Под активными участками земной поверхности понимаются жерла подводных вулканов, разогретые горные породы или морские побережья. Просто представьте себе слои сложной, но неорганизованной (что тоже несложно) молекулярной слизи на скалах, смачиваемой приливами и облучаемой Солнцем. В таких условиях каждый, кто изобретет свой крошечный «космический лифт», автоматически выйдет на новый уровень. Например, фотосинтез: чем не «космический лифт»? Как только некий комочек слизи научился пользоваться солнечной энергией вместо собственной, производство сахаров было поставлено на поток. Очень может быть, что в процессе своего становления жизнь изобрела огромное множество таких «космических лифтов», шаг за шагом поднимавших ее ко все более и более усложняющейся химии.