Текст книги "Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей"

Автор книги: Нил Шубин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

Глава 5
От малого к большому

2,4 миллиарда лет

Около 4,6 миллиарда лет назад юное Солнце вытолкнуло материю нашей будущей планеты на нынешнюю земную орбиту. Катаклизм, подаривший нам Луну, был далеко не единственным. Если судить по возрасту лунных кратеров и обнаруженных на Земле обломков метеоритов, такие столкновения происходили достаточно часто. Период относительного затишья наступил около 3,9 миллиарда лет назад.

Здесь кроется загадка, долгое время ставившая ученых в тупик. В самых верхних, молодых слоях горных пород содержатся окаменелости – раковины и кости, которые можно увидеть в любом музее естественной истории. А в более глубоких и древних слоях нет ни костей животных, ни спор растений – нет вообще никаких остатков жизни. И это лишенное признаков жизни основание гор – не тонкая прослойка, а многокилометровые слои. Вся история человечества, да и вообще вся история жизни на Земле, уместилась в тонком верхнем слое земной коры. Если историю планеты сжать в один календарный год, то можно сказать, что до середины ноября (около четырех миллиардов лет) Земля была необитаемой. Для Чарльза Дарвина это внезапное появление жизни было «необъяснимой загадкой». Ответ на эту загадку, а также объяснение происхождения современного мира пришли из совершенно неожиданного источника.

Сталелитейные заводы города Гэри в Индиане напоминают гигантские скелеты древних животных. В 50-х годах XX века эти заводы поддерживали автомобильное производство, активно развивавшееся на Среднем Западе. Америке нужно было железо, и Стэнли Тайлер, подобно многим геологам, изучал железосодержащие руды региона. Поскольку в этой местности железо обычно содержится в самых старых породах, в поисках руды геологи чаще всего обращали внимание на основания гор. Тайлеру было известно, что эти камни могут оказаться полезными для геологов, но неинтересны для палеонтологов.

В середине 50-х годов Тайлер изучал образцы, собранные им в глубокой шахте на севере Мичигана. Образцы камней, поднятые с разных глубин, были перевезены в лабораторию в Мэдисоне, штат Висконсин. Тайлер перемалывал каждый образец в порошок и наносил на предметное стекло микроскопа для изучения тонкой структуры минералов и зерен. Сидя за микроскопом, Тайлер занимался обычным делом, а именно описывал цвет, размер зерен и состав каждого образца, что составляет рутинную, но необходимую часть любого геологического исследования.

На одном из стекол Тайлер вдруг обнаружил нечто очень знакомое, но совершенно неуместное в данных образцах – уголь. Он знал, конечно, что уголь представляет собой остатки древних растений и что большая часть угля в то время была обнаружена в слоях горных пород не старше трехсот пятидесяти миллионов лет, когда на Земле активно развивалась растительность. Однако возраст горной породы из Мичигана был совсем другим: ей было почти два миллиарда лет!

Элсо Баргхорн

Тайлер передал образцы другим экспертам. В итоге они попали в руки Элсо С. Баргхорна – куратора отдела ранних растений в Гарвардском музее сравнительной зоологии. Изучив образцы под микроскопом, Баргхорн немедленно подтвердил догадку Тайлера: это были остатки самых ранних из известных на тот момент живых организмов – углеобразующих водорослей и других микроорганизмов.

Это открытие вызвало новые вопросы. Чем дольше Баргхорн разглядывал образцы Тайлера, тем больше древних видов он обнаруживал. В каждом образце было множество спор, филаментов и остатков тысяч одноклеточных животных. Основания гор нашей планеты вовсе не лишены признаков жизни: они буквально переполнены ими!

Теперь «необъяснимая загадка» состояла не в отсутствии жизни, а в невероятном многообразии живых организмов, прежде скрытых от наших глаз. Когда на планете появилась жизнь? Как выглядели первые живые существа? Поиск ответов на эти вопросы и попытки обнаружить другие древние организмы привели к возникновению нового раздела палеонтологии, занимающегося изучением микроскопических окаменелостей в горных породах, возраст которых составляет миллиарды лет.

Охота за столь древними окаменелостями связана с целым рядом трудностей. Горные породы такого типа с высокой вероятностью давно подверглись эрозии, изменились под действием внутреннего жара Земли и других факторов. Но допустим, что вы нашли породу нужного типа. На основании чего вы можете утверждать, что микроскопический пузырек или прожилка в образце – это остатки живых существ, а не вкрапления минерала? Поиск ранних форм жизни основан на привлечении разного рода доказательств – от формы и структуры образцов до их химического состава. Древние организмы не просто выглядят как одноклеточные существа, но и имеют химические следы метаболизма.

Тайлер, Баргхорн и их последователи нашли в камнях доказательства: возраст старейших из известных окаменелостей превышает 3,4 миллиарда лет. Жизнь возникла на ранних этапах развития нашей планеты и стала быстро распространяться в форме бактерий, водорослей и их родственников.

Несмотря на невероятное разнообразие, организмы, преобладавшие на планете в первые миллиарды лет, обладали общим признаком: все они имели микроскопические размеры и состояли всего из одной клетки. Некоторые из них склеивались, образуя колонии, однако ни один организм на Земле в первые три миллиарда лет ее существования не превышал по размеру зернышко риса. Крупным организмам еще только предстояло появиться.

Через увеличительное стекло

«Мертва!» – прокричал Томас Барбур, директор Гарвардского музея сравнительной зоологии, глядя на тельце лягушки в траве у своих ног. Над головой Барбура, на крыше пятиэтажного здания, стоял его коллега, профессор Филип Дж. Дарлингтон, с ведром. Он доставал из ведра лягушек и бросал вниз.

Когда очередная лягушка ударялась оземь и замирала, Барбур кивал. Наконец Дарлингтон спустился с пустым ведром и поинтересовался, как животные перенесли встречу с землей. Барбур кивнул на лягушачьи тушки: «Все мертвы».

Дарлингтон был исследователем старой закалки: в свободное от преподавания в Гарварде время он отправлялся в джунгли на поиски новых видов животных – особенно жуков. О его похождениях рассказывают легенды. Однажды его схватил крокодил и утащил на дно реки, но Дарлингтону удалось отбиться. Истерзанному ученому пришлось совершить дальний переход за помощью. В тот же день он написал жене, что «встретился с крокодилом».

В то время, в 30-х годах XX века, шли дебаты по поводу механизмов расселения животных по планете. Тогда еще не знали о движении литосферных плит. Существовали две основные точки зрения, объяснявшие распространение животных: либо раньше между материками имелись «мосты», что позволяло животным перебираться с одного места на другое, либо животные перемещались благодаря воде и ветру. Дарлингтон яростно отстаивал вторую гипотезу, а его начальник Томас Барбур склонялся к первой.

Эксперимент с лягушками (сейчас нам даже трудно себе такое представить) был проведен с целью проверки одной из гипотез. За кофе в послеобеденные часы в музее двое ученых поспорили и наконец заключили пари. Барбур утверждал, что животные не могли перемещаться с помощью ветра, поскольку при ударе о землю они погибают. Дарлингтон возражал, что ветер может переносить мелких животных на значительное расстояние. Решили проверить теорию экспериментально.

А что же с мертвыми лягушками? Через несколько минут они ожили. В траве прыгало множество лягушек. Дарлингтон доказал справедливость своей гипотезы.

Конечно, в том, что лягушки не разбились, нет ничего сверхъестественного. Это связано с размером животных. Более легкие животные при падении ускоряются медленнее, чем тяжелые, потому что сталкиваются с более сильным сопротивлением воздуха в расчете на массу. Описывая это явление, один из основателей эволюционной генетики Джон Бердон Сандерсон Холдейн заметил: «Можно сбросить мышь в шахту глубиной тысячу ярдов, и… оправившись от легкого шока, она убежит. Крыса погибнет, человек разобьется, а от лошади останется мокрое место».

Представьте себе, что вы хотите предсказать свойства некоего животного (сколь долго оно живет, как передвигается, какова форма его тела), которого вы никогда не видели. Для этого нужно учесть несколько параметров: способ питания, условия обитания, положение в пищевой цепи и так далее. Люди используют этот подход, занося в каталоги измеряемые параметры животных и анализируя данные с помощью ряда статистических инструментов (это позволяет выявить наиболее значимые параметры, определяющие видимые различия). Выясняется, что важнейшим предсказательным параметром является размер животного. Если вам известен размер животного, вы многое сможете сказать о его физиологии: частоте сердечных сокращений в покое (у мелких животных сердце бьется чаще), чувстве опасности (чем крупнее животное, тем меньше страха оно испытывает) и даже продолжительности жизни (крупные животные нередко живут дольше).

Буквально все проявления внешнего мира воспринимаются нами в соответствии с нашим размером, включая оценку размера как такового. Размер и форма зрачков, глазных яблок и хрусталиков определяют остроту зрения, так же как форма и структура различных элементов слухового аппарата определяют частоту воспринимаемого звука. Поскольку в прошлом мы были вынуждены спасаться от хищников и отыскивать добычу, человек похож на радиоприемник, настроенный на узкий диапазон длин волн: значительная часть окружающего мира остается скрытой от нас. Чтобы расширить восприятие, ограниченное нашей биологией, нужно научиться иначе воспринимать свой размер и самих себя.

Антони ван Левенгук (1632–1723) долгое время торговал тканями, и для определения качества товара ему были нужны увеличительные стекла. Очарованный свойствами стекла, он придумал новые линзы, увеличивавшие объекты гораздо сильнее тех, которыми пользовались коллеги. Он вновь и вновь изменял форму стекла и с каждым разом видел все более мелкие объекты, в итоге добившись двухсоткратного увеличения. Каждое новое стекло позволяло увидеть мир чуть иным.

Левенгук тщательно берег свой секрет изготовления линз. Несколько столетий считалось, что он добивался тонкости стекла полировкой. В 1957 году в журнале «Сайентифик американ» появилась статья о том, что для изготовления линз Левенгук нагревал стеклянные палочки и растягивал их в стороны, так что они разрывались в самом тонком месте. При повторном нагревании на обломанных концах палочек образовывались крошечные шарики. Левенгук отделял шарик от палочки и вставлял его в оправу, с помощью которой стеклышко и образец удерживались на нужном расстоянии. Такое изогнутое стекло обладало свойствами лупы.

Левенгук рассматривал через лупу абсолютно все. Как известно, однажды он исследовал под микроскопом зубной налет изо рта одного пожилого господина. В нем Левенгук обнаружил «невероятную компанию ловко плавающих анималькулей… Их было так много, что слюна казалась живой». Считается, что это одно из первых описаний бактерий. Левенгук рассматривал воду из пруда и обнаружил множество форм жизни (от водорослей до микробов), а позднее записал, что в человеческой сперме содержатся маленькие существа, похожие на головастиков.

Толпы любопытных набивались в кабинет Левенгука в Делфте, чтобы посмотреть на чудеса. Так люди впервые увидели незнакомый новый мир. На протяжении тысячелетий все человеческое знание концентрировалось вокруг мира, доступного нашему зрению, слуху и осязанию. Позволив нам выйти за пределы, ограниченные биологической наследственностью, Левенгук показал, что мы являемся одними из крупных созданий среди бесчисленного множества микроскопических существ.

Антони ван Левенгук и его микроскоп

Всего за несколько десятилетий до экспериментов Левенгука с микроскопом Галилео Галилей (1564–1642) занимался противоположной задачей: он шлифовал стекла для изготовления телескопа. Самый мощный телескоп того времени, эквивалент сегодняшнего бинокля, позволил Галилею изучить фазы Венеры, увидеть вращающиеся вокруг Юпитера спутники и обнаружить на небе гигантские туманности.

Левенгук пытался с помощью микроскопа разглядеть микроскопический мир. Галилей глядел на небо и видел гигантский мир с невероятно огромными планетами и невообразимыми расстояниями. Взглянув на мир глазами Левенгука, мы были неприятно поражены обилием микроскопической жизни вокруг и внутри нас, а взглянув глазами Галилея, обнаружили, что вокруг нас и над нами существует другой необъятный мир. Этим переосмыслением мы обязаны новому способу использования стекол.

В 1633 году, спустя двадцать лет после создания телескопа и описания вращения тел Солнечной системы, Галилей был обвинен в ереси и приговорен к пожизненному тюремному заключению. Ученому было уже семьдесят лет, и поэтому ему разрешили находиться под домашним арестом – сначала в Сиене, а потом в его собственном доме во Флоренции. Пять лет, будучи в заключении, Галилео писал труд по физике. Ему запретили печататься в Италии, поэтому голландский издатель Луис Эльзевир тайно вывез рукопись из страны.

Галилей и его рисунок: сопоставление костей слона и мыши.

Книга Галилея совершенно не похожа на современный научный текст: она представляет собой изложение беседы трех вымышленных персонажей, обсуждающих фундаментальные законы Вселенной. Их разговор передает красоту математики, описывающей окружающий нас мир. На второй день беседы эти трое начинают обсуждать законы, определяющие форму предметов. Что происходит с предметами по мере увеличения их размера? Чем мелкие предметы отличаются от крупных? Рассмотрим, говорят персонажи Галилея, деревья: невысокие могут иметь довольно тонкие стволы, но у высоких пропорции совсем иные. При одинаковых свойствах древесины, чтобы не гнуться и не ломаться, высокие деревья должны иметь пропорционально более толстые стволы, чем низкие деревья. Это простое соответствие между формой и размером распространяется на многие объекты вокруг. Посмотрите на литографию из книги Галилея. Бедро мыши и бедро слона во многих отношениях схожи: оба костяные, в обоих одинаковые суставы. Но бедренная кость слона пропорционально толще кости мыши. Как и в примере со стволами деревьев, более крупный размер требует новой формы. Этот закон справедлив для динозавров и для слонов, так же как для мостов и зданий. И, как определил Галилей, закон этот объясняется тем, что более крупным объектам приходится иметь дело с более значительной силой тяготения.

Галилей предположил, что силы гравитации, определяющие положение орбит небесных тел, влияют и на органы растений и животных. Тела притягиваются к Земле с силой, пропорциональной их массе. Более крупные создания притягиваются сильнее и поэтому вынуждены менять форму, чтобы поддерживать самих себя. Эта закономерность объясняет, кроме прочего, эксперимент Дарлингтона с лягушками. Легкие животные меньше ускоряются при падении, чем тяжелые. Сила земного притяжения играет в жизни таких крупных существ, как мы, чрезвычайно важную роль.

Но для существ, которых Левенгук разглядел под микроскопом, гравитация не так важна. Взгляните на муху или муравья на стене. Сила притяжения Земли, действующая на муху, ничтожна. Для мухи гораздо важнее силы взаимодействия между молекулами. Она удерживается на стене по той причине, что для легкого существа эти силы взаимодействия пропорционально гораздо более значительны, чем земное притяжение. А теперь представьте бегемота на стене: притяжение Земли намного превосходит силу взаимодействия поверхности его ног с поверхностью стены. Никакие молекулярные «липучки» не способны удержать на стене бегемота.

Мы сравнительно крупные существа и в будничной жизни редко задумываемся о межмолекулярном взаимодействии. Мы можем держаться на воде и чувствуем, что вода плотнее воздуха. Но если бы мы были маленькими существами, например, жуками длиной в четверть дюйма, то именно эти силы играли бы определяющую роль в нашей жизни: плавание в воде превратилось бы в плавание в желе. Поверхность воды приобрела бы совсем иное значение. При нашем нынешнем весе мы можем донырнуть до дна бассейна. А жук может буквально ходить по поверхности воды.

В 1968 году Фритс У. Вент опубликовал в журнале «Сайентифик американ» ставшую классической статью о значении размера человеческого тела. Он задался, казалось бы, абсурдным вопросом: может ли муравей начать рабочий день как человек? Заметьте, Вент не был чудаком. Он открыл важнейший растительный гормон, был членом Национальной академии наук США, работал в Калифорнийском технологическом институте, а позднее возглавлял ботанический сад в Миссури, да и вообще был одним из образованнейших людей своего времени. Очевидный ответ на вопрос Вента основан на множестве глубоких биологических принципов. Например, муравей не мог бы принять душ, поскольку капли воды для него сравнимы с пушечными ядрами. Он не мог бы выкурить утреннюю сигарету (статья была напечатана до сообщения Главного врача США о негативном влиянии курения на здоровье). Мельчайшая контролируемая частичка огня сопоставима с размером самого муравья. Прощание с женой и детками тоже выглядело бы по-другому. Способность слышать низкие тона – медленные вибрации воздуха – доступна лишь более крупным существам. Возможность выполнять работу тоже зависит от размера тела. Чтобы иметь мозг, пригодный для сложной умственной деятельности, планирования и памяти, существо должно обладать определенными размерами. Таким образом, из примера с муравьем становится ясно: многие из наших способностей – речь, использование орудий труда, конструирование машин, овладение огнем и так далее – возможны только благодаря тому, что наше тело имеет совершенно определенный размер. Наши возможности в значительной степени связаны с размером нашего тела.

Свыше миллиарда лет назад, когда наши предки перешли из микроскопического мира Левенгука в мир Галилея, они приобрели новые возможности. Они покинули мир, в котором правит межмолекулярное взаимодействие, и вошли в мир, в котором доминируют законы гравитации. Этот важнейший момент в нашем прошлом отразился в наших клетках, в камнях – и в том, как многие из нас умирают.

Воздух!

Отпечатки дисков, полос и ветвей на 600-миллионнолетних камнях кажутся малопримечательной группой окаменелостей, но это впечатление обманчиво. Это следы, оставленные настоящими революционерами: организмами совершенно нового типа, прежде невиданными. Это первые организмы, тело которых состояло не из одной, а из многих клеток.

«Изобретение» тел изменило нашу планету. Максимальный размер одноклеточного организма зависит от расстояния, на которое могут диффундировать молекулы, а оно определяется законами физики. Эти ограничения определяют способ питания, дыхания и воспроизводства организма. У маленьких животных транспорт кислорода может осуществляться просто за счет диффузии. При увеличении размера появляется необходимость в новых механизмах доставки питательных веществ и удаления отходов метаболизма. Как это делается? Более крупные животные имеют специализированные системы циркуляции крови, выведения отработанных веществ и снабжения тканей кислородом. Сердца, жабры и легкие нужны только крупным животным. Появление этих специализированных органов меняет правила игры. Все это сложное оборудование позволяет животным становиться еще больше и реализовывать многие новые возможности, недоступные муравью.

Окаменелые остатки многоклеточных животных появляются в ископаемой летописи довольно внезапно, но, судя по тем данным, которые можно получить из анализа генома современных организмов, переход от одноклеточных организмов к многоклеточным готовился длительное время. В первые два с половиной миллиарда лет существования наша планета была лишена крупных существ. Около миллиарда лет назад в морях начали появляться отдельные виды многоклеточных организмов, в том числе растения, грибы и животные. Появление тел произошло не по волшебству. Набор молекулярных инструментов – белков, жиров и других крупных молекул, позволяющих клеткам «склеиваться» и взаимодействовать – имеется не только у многоклеточных организмов. Варианты таких молекул встречаются и у маленьких одноклеточных существ, которые используют их для питания, перемещения и даже для передачи сигналов. Биологические механизмы, необходимые для «постройки» крупных существ, сформировались за миллиарды лет до того, как на планете появились сами эти существа.

Что же стимулировало этот процесс и позволило крупным существам воплотиться в реальной жизни? Ответ на этот вопрос опять-таки можно найти в горных породах, содержащих железо.

Невысокий, поджарый Престон Эрсель Клауд-младший (1912–1991) был одной из главных фигур в послевоенной палеонтологии. Окончив среднюю школу и имея тягу к путешествиям, он поступил на три года в ВМФ и стал чемпионом по боксу в легчайшем весе на Тихоокеанском флоте. Во время Великой депрессии он продолжил учебу и в итоге стал главным палеонтологом Геологической службы США. Он был чрезвычайно дотошным полевым исследователем и снискал уважение подчиненных. Проводя геологическое картирование, он нередко ползал по слоям горных пород, вглядываясь в них с расстояния в несколько сантиметров. Во время одного из таких походов в Техасе он в кустах можжевельника столкнулся буквально нос к носу с крупной гремучей змеей. Один из его коллег вспоминал: «Прес не из тех, кого легко напугать. После нескольких минут взаимного изучения змея уползла».

Престон Клауд

У Клауда был особый талант: на основании детального рассмотрения слоев породы он мог восстановить общую картину событий. В его глазах планета представляла собой одну большую систему, в которой история жизни и изменение климата, океанов и континентов складывались в единое целое.

И если поиски железа привели к обнаружению первых живых существ, то само железо позволило понять их связь с планетой. Богатые железом слои горных пород начали появляться на всех континентах около двух миллиардов лет назад. В Австралии, Северной Америке и в Африке они образуют одинаковые красно-коричневые слоистые отложения. Каждый, кто хоть однажды оставлял в гараже влажные инструменты, знает: этот цвет связан с химическими свойствами железа. Железо взаимодействует с кислородом воздуха, и в результате образуется красно-коричневая ржавчина.

В самых древних породах планеты такой ржавчины нет. Четыре с половиной миллиарда лет назад, когда Земля образовалась, она сама являлась единственным существенным источником атмосферных газов. При извержении вулканов выделялись разнообразные газы, но только не кислород. Нам легче дышалось бы на вершине нынешнего Эвереста, чем на той древней Земле. Полосы ржавчины в более молодых слоях означают, что в атмосфере появился кислород.

Содержание кислорода в атмосфере определяется равновесием между процессами, в которых он образуется, и процессами, в которых он потребляется. Если вы откроете кран, но не заткнете ванну пробкой, уровень воды в ванне будет определяться скоростью притока и оттока. Скорость поступления кислорода в древнюю атмосферу определялась характером жизнедеятельности организмов. Большинство одноклеточных существ, живших в среде с низким содержанием кислорода, имело одну особенность. Если судить по их современным родственникам, они использовали фотосинтез. Фотосинтезирующие организмы превращают энергию Солнца в ту форму энергии, которую они способны использовать. Кислород им для этого не нужен, но они его производят. Единственным источником кислорода на первозданной Земле был тот же источник, что и сегодня – фотосинтезирующие организмы. Сегодня к этой группе организмов относятся также различные микробы и растения, но миллиарды лет назад это были только сине-зеленые водоросли. Именно их мы видим в камнях, которые разглядывали под микроскопом Тайлер и Баргхорн. Древние водоросли очень похожи на современные: у них есть клеточная стенка, они формируют колонии (от маленьких сгустков до грибоподобных образований). Именно водоросли, сотни миллионов лет синтезировавшие кислород, позволили Земле начать дышать.

Содержание кислорода в воздухе определяется балансом сил, которые его производят (метаболизм водорослей) и которые его потребляют (реакции в горных породах, в воде и в атмосфере).

Водоросли были источником кислорода в древней атмосфере. А кто же был его потребителем? Некоторые молекулы в атмосфере могут связывать кислород, образуя новые соединения. Например, подводные вулканы выбрасывают газообразные продукты, образующиеся при плавлении минералов на океаническом дне. Эти газы связывают кислород, удаляя его из воздуха. Таким же свойством обладают и другие реакции между минералами, водой и воздухом. Одна из гипотез, объясняющих повышение содержания кислорода в атмосфере, заключается в том, что около двух миллиардов лет назад произошло серьезное географическое изменение, приведшее к уменьшению площади океанов и числа подводных вулканов, газообразные продукты деятельности которых связывают кислород. При наличии водорослей, производящих кислород, и исчезновении механизмов его потребления уровень кислорода постепенно повышался.

Клауд смог в единой теории соединить все наблюдения: и полосы железа, и водоросли, производящие кислород, и появление крупных существ. Его теория вытекает из самой структуры атома кислорода. Кислород охотится за электронами, поскольку на его внешней электронной оболочке недостает двух электронов. На этом основан механизм действия домашних «электростанций» наших клеток – митохондрий, а также аэробных бактерий. В некоторых реакциях метаболизма, таких как дыхание, используется каскад передачи электронов между молекулами, причем на каждой стадии переноса электрона энергия либо запасается в новой форме, либо высвобождается. Чем больше вокруг свободного кислорода, тем больше топлива доступно живым существам.

Клауд также знал, что большие существа тратят больше энергии. Для синтеза коллагена и других белков, из которых состоит значительная часть нашего тела, нужно много энергии. Рост тела и поддержание его функций требуют более эффективных механизмов превращения энергии.

Ответить на многие вопросы о связи уровня кислорода с жизнью животных помогли наблюдения, сделанные еще в 1919 году одним из основоположников физиологии Шеком Августом Стинбергом Крогом (1874–1949). Он изучал физические и химические законы, определяющие физиологию животных. Один такой закон он открыл, исследуя зависимость между свойствами воды и живущими в ней существами. Размер тела примитивных морских существ, не имеющих сложной системы циркуляции или пищеварения, зависит от количества кислорода в воде. В среде с низким содержанием кислорода невозможно вырасти большим. При повышении уровня кислорода в воде увеличивается и размер ее обитателей.

Престон Клауд понял, что повышение содержания кислорода и связанные с ним новые механизмы превращения энергии открыли новые возможности развития жизни. Именно с кислородом связано возникновение крупных существ: он явился движущей силой, которая позволила осуществить переход от микроскопических существ, живущих в мире межмолекулярного взаимодействия, к новым, крупным существам. Но кислород принес и новые опасности.

Любое изменение – это палка о двух концах. Химическая природа кислорода, которая объясняет его высокую эффективность в производстве энергии, может превратить его в яд. Кислород отбирает электроны у других атомов. При этом выделяется энергия и образуются новые соединения. Эти соединения способны разрушать клетки и повреждать ДНК. На этом свойстве кислорода построен ряд теорий старения и патологических процессов в организме. Когда вы принимаете антиоксиданты вроде витамина С, вы пытаетесь подавить негативное воздействие этих кислородсодержащих молекул.

Жизнь крупного существа в богатой кислородом среде сопряжена и с другими трудностями. В теле человека примерно два триллиона клеток и тридцать тысяч генов, которые функционируют как единое целое: все органы, ткани и гены работают слаженно, обеспечивая целостность организма. Равновесие между отдельными частями определяется прямым и опосредованным взаимодействием клеток. Когда мы здоровы, каждый орган тела «знает», что ему делать. Клетки делятся и гибнут, но его форма и размеры остаются прежними. Глаза у всех людей примерно одинаковой величины, как и большие пальцы рук и ног. Селезенка и печень тоже имеют строго определенный размер. Это равновесие необходимо для нормального функционирования многоклеточного организма.

Механизм сохранения этого равновесия стал понятен в ходе изучения необычных дрозофил. В одной из исследовательских лабораторий Университета им. Джона Хопкинса в колонии дрозофил были обнаружены особи с очень крупными глазами – в пять раз крупнее обычных. Генетики стали изучать гены этих мутантов. Они выделили ДНК соответствующего гена, изучили ее функции и выяснили, что она участвует в серии реакций, останавливающих клеточный рост. Ограничение роста клеток за счет снижения скорости их деления или активации клеточной смерти является неотъемлемым условием гармоничного развития тела.

Зная структуру гена дрозофилы, ученые из Университета им. Джона Хопкинса смогли обнаружить тот же ген у мыши и человека. Мало того, что вариант гена дрозофилы есть и у млекопитающих: его мутации тоже приводят к изменению размера органов. Ген работает примерно одинаково у дрозофил, мышей и людей, участвуя в цепи реакций, поддерживающих равновесие между частями тела. Например, мутация этого гена у мыши может привести к увеличению печени в пять раз по сравнению с нормой.

Однако мутации таких генов могут иметь и другие последствия: они способствуют развитию рака. Если клетки не перестают делиться или не погибают в назначенное время, они могут разрастаться и образовывать опухоли. Таким образом, гены, позволяющие нашему телу достигать больших размеров, способны причинить и вред.

Престон Клауд и его единомышленники увидели гармоническую связь нашей планеты и населяющих ее существ. Взаимодействие между Землей и ее обитателями привело к повышению концентрации кислорода в атмосфере. Кислород, в свою очередь, изменил мир, обеспечив существование крупных многоклеточных организмов. Жизнь изменяет Землю, Земля изменяет жизнь, и все мы, живущие на планете, несем на себе следы этих процессов.