Текст книги "Инопланетяне и инопланетные общества. Руководство для писателя по созданию внеземных форм жизни (ЛП)"

Автор книги: Стенли Шмидт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 20 страниц)

РИСУНОК 3-5 Наклон оси вращения планеты является основной причиной смены времён года. Здесь мы видим (не в масштабе!) планету, вращающуюся вокруг своего солнца; ось её вращения наклонена вправо на угол θ от перпендикуляра к плоскости орбиты. Показана одна линия широты в северном («верхнем») полушарии. Когда планета находится в крайнем правом положении, эта линия большую часть времени проводит в тёмной области (зима), а в крайнем левом положении большую часть времени она проводит на солнце (лето). В промежуточных положениях все части планеты проводят равные части суток в свете и темноте (весеннее и осеннее равноденствия). В южном полушарии времена года противоположны таковым в северном, но по тем же причинам.

Наклон оси Земли составляет 23,5°; у других планет в Солнечной системе его значения колеблются от практически 0 до более чем 90°. (Планета «90+», Уран, фактически лежит на боку и кружится «в обратную сторону».) Если вы представите себе наклоны оси, отличные от показанных на рис. 3-5, то поймёте, почему изменение наклона оси было бы настолько важным. Без наклона каждая часть планеты получала бы поровну дневного света и ночи, а солнце поднималось бы под одним и тем же максимальным углом над горизонтом все дни в году. Не существовало бы времён года, и это положение дел могло бы повлечь за собой побочные эффекты вроде засушливых условий в средних широтах, которые являются нашими умеренными зонами, поскольку наши запасы воды в умеренном поясе сильно зависят от весеннего таяния зимнего снега.

Если вы удвоите наклон Земли до 47°, то дело не ограничится тем, что сезонные изменения будут гораздо более резкими: с климатическими зонами также случится нечто странное. Аналоги наших тропиков Рака и Козерога (самые высокие широты, на которых солнце всегда находится прямо над головой) сместятся к 47° северной и южной широты, и одновременно северный и южный полярные круги (самые низкие широты, на которых солнце всегда находится прямо над горизонтом или за ним в течение целого дня или более) сдвинутся до широты 43°. Таким образом, умеренных зон вообще не было бы, а пояс между 43° и 47° в каждом из полушарий сочетал бы в себе некоторые из самых суровых особенностей тропических и полярных областей!

Эти примеры служат хорошим напоминанием об одной из самых распространённых ошибок, которых следует избегать при создании мира: мира, состоящего из «сплошных джунглей», или «сплошных болот», или «вечной весны повсюду». Даже такая маленькая планета, как Земля, по человеческим меркам очень большая и чрезвычайно разнообразная. Таким же будет любой реальный мир, и любой вымышленный мир, который, по вашей задумке, должен быть воспринят всерьёз. Даже планета, ось которой не наклонена, и где из-за этого отсутствуют времена года в том виде, какими мы их знаем, будет далеко не однородной. Солнечный свет может падать на любую из точек поверхности каждый день под одним и тем же углом, но этот угол будет меняться в широких пределах в зависимости от широты. При прочих равных условиях, экватор по-прежнему окажется самым жарким местом, а полюса – самым холодным.

Разумеется, другие вещи не обязательно будут однообразными. Климат различных регионов также будет меняться в зависимости от таких факторов, как высота над уровнем моря, картина циркуляции атмосферы, расположение и природа водоёмов, геотермальная активность, а также размер и форма горных хребтов. На них, в свою очередь, влияют такие вещи, как поверхностная гравитация и вторая космическая скорость, которые хотя и связаны друг с другом, не совпадают и даже не пропорциональны. (Поверхностная гравитация, если вновь принять земные значения за единицу, равна g = dD, где d – средняя плотность, а D – диаметр планеты. Вторая космическая скорость, или минимальная скорость, с которой вы должны запустить какой-то объект, чтобы гравитация не притянула его обратно, составляет примерно

[M в данном случае относится к планете.])

К настоящему моменту вы уже должны хорошо понимать, насколько сложно устроен мир. Я дал вам некоторые элементарные инструменты для определения самых основных его особенностей, и немного показал вам, как они взаимосвязаны, поэтому вы не можете выбирать их в случайных комбинациях. Если вы хотите проработать свой мир глубже (а я надеюсь, что вы станете это делать, как минимум, время от времени), вам понадобится больше подробностей и больше инструментов, чем я могу предложить вам здесь. В разделе «Источники» есть целый ряд полезных первоисточников. Две статьи Андерсона особенно полезны тем, что в них собрано сразу несколько удобных инструментов в одном месте (графики в одной статье, соответствующие формулы в другой), и там же проработан конкретный пример, который был использован в реальном научно-фантастическом рассказе. В статье Хола Клемента «Планета-юла» аналогичным образом разобрана разработка планеты Месклин для романа «Экспедиция «Тяготение»».

Из-за того, что эти области знания меняются очень быстро, более поздние открытия придут на смену некоторым материалам в любой из этих книг. Вероятно, самым полезным источником в моих «Источниках» будет книга «Строительство миров» (“World-Building”) Стивена Л. Джиллетта, написание которой происходит одновременно с данной книгой. Этот источник – самый современный, самый полный и точнее всего ориентированный на потребности писателей-фантастов. Я также обращаю ваше внимание на приведённый список программных пакетов и призываю вас следить за появлением новых программ. Если у вас есть доступ к компьютеру (как у многих писателей в наши дни), он может позволить вам легко производить точные расчёты, которые всего лишь несколько лет назад можно было бы осуществить лишь на уровне обоснованных догадок. Некоторые из них даже позволяют вам поэкспериментировать с возможностями – например, пробовать немного отличные друг от друга значения местоположения, размера и массы планеты, и быстро просматривать множество вариантов развития событий.

Аспекты создания миров, о которых я говорил в этой главе, не зависят от того, кто в них живёт (если вообще живёт) – а это, как вам известно, является нашей главной целью в этой книге. Кто может жить на планете, во многом определяется теми физическими параметрами, о которых мы говорили, – инсоляцией, температурой планеты, гравитацией на её поверхности и т. д. С этого момента мы будем считать, что вы определили их значения в меру своих способностей и интересов, и далее мы рассмотрим, как особенности вашей планеты определяют облик её обитателей.

И наоборот: раз уж на планете есть жизнь, эта жизнь может сыграть важную роль в определении путей дальнейшего развития мира. Например, большое количество свободного кислорода в атмосфере Земли почти однозначно является следствием, а не причиной жизни. А то воздействие, которые оказывает на планету самопровозглашённый разумный вид (мы сами), в настоящее время вызывает серьёзную озабоченность как у учёных, так и у политиков.

Итак, следующее, что мы должны сделать, – это взглянуть на саму жизнь. Что же она представляет собой, и какие формы она может принимать в мире с теми или иными особенностями? Этот вопрос состоит как минимум из двух частей – химической и механической, и химическая часть стоит здесь на первом месте.

ГЛАВА 4

Биохимические основы

В этой книге мы примем за фундаментальное допущение, что развитые формы жизни должны либо эволюционировать из более примитивных, и в конечном счёте, из изначально безжизненного мира, либо должны быть созданы другими развитыми организмами, которые это и сделали. Таким образом, на какой-то иной планете у вас не может быть людей или их аналогов без всей той сети взаимозависимых растений и животных, которые их окружают, – и без целой череды предков, которая привела от первозданной планеты к этой экосистеме. Вы можете представить себе то, что кажется исключением – мир, в котором один вид уничтожил все другие естественные формы жизни и изобрёл полностью искусственные средства для поддержания своего существования (похоже, что некоторые люди стремятся поступать именно так), – однако исключение это только кажущееся. Если бы там изначально не существовало иных естественных частей экосистемы, то и выживших видов там бы тоже не было.

ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ

Размышляя о том, как зарождается и развивается жизнь, мы будем вынуждены в значительной степени отталкиваться от единственного известного нам примера планеты, на которой это произошло. Как и в случае с эволюцией звёзд, у нас нет очевидцев, которые наблюдали этот процесс, поэтому нам придётся в значительной степени полагаться на выводы и эксперименты с химией, потенциально применимой к данному случаю. И ещё (что ещё хуже, чем в случае со звёздами!) у нас нет прямых свидетельств, показывающих, насколько типично то, что случилось в нашем мире. Тем не менее, это всё, что у нас есть.

На первый взгляд может показаться, что эта маленькая планета демонстрирует огромный спектр форм жизни, многие из которых отличаются друг от друга настолько резко, что можно подумать, будто они представляют собой большую выборку не связанных друг с другом примеров. Среди земных форм жизни – бактерии стрептококки, ящерицы-василиски, ландыши, зебры, трубкозубы, меч-рыба, гремучие змеи, гигантские секвойи, голубые киты, колибри, грибы-сморчки, Большой барьерный риф, пауки «чёрная вдова», аллигаторы и мы сами – и это лишь малая часть из них. В холодных пустошах Антарктиды растут лишайники, а рыбы обитают в горячих источниках, где «нормальную» рыбу можно сварить. В прошлом существовало множество иных форм вроде тираннозавров, трилобитов и гигантских стрекоз. Вне всяких сомнений, они очень разнообразны, но на фундаментальном уровне все они настолько схожи, что, вероятно, являются продуктами единственного акта «биогенеза». Вся земная жизнь – это, в прямом и важном смысле, всего лишь один пример с множеством вариаций на основную тему.

Это утверждение может показаться бескомпромиссным, однако в его пользу говорит множество свидетельств, большая часть которых обнаружилась всего лишь в последние несколько десятилетий. Какими бы разношёрстными ни выглядели мои примеры, каждый из них состоит из одной или нескольких клеток. Эти клетки демонстрируют большое сходство в своём строении и функционировании. У организмов, которые, казалось бы, совершенно не родственны друг другу, протекают одни и те же химические реакции для извлечения энергии из пищи. Когда важные молекулы существуют в двух вариантах (стереоизомерах), которые являются зеркальными отражениями друг друга, без очевидного преимущества в выборе «левого» или «правого» изомера, все организмы предпочитают использовать только один – причём один и тот же. И для хранения и передачи информации, необходимой для создания собственных копий, все они используют один и тот же тип молекулы – ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту).

Дать определение жизни нелегко, особенно когда приходится работать всего лишь с одним примером. Попытки сделать это обычно сводились к фразе «Узнаю это, когда увижу; а теперь давайте попробуем выяснить, что общего у всех вариантов, которые я узнаю». Вероятно, мы можем согласиться с тем, что живые существа, вне зависимости от их конкретного облика,

1) представляют собой высокоупорядоченные структуры;

2) черпают энергию из своего окружения и используют её для поддержания своей структуры и организованности;

3) обладают способностью к самовоспроизведению, т.е. к созданию более или менее точных рабочих копий самих себя.

К каждому из этих утверждений необходимо сделать некоторые оговорки и разъяснения (например, на самом деле не каждая особь пользуется способностью к размножению, а потомство видов, размножающихся половым путём, редко бывает идентичным своим родителям), но, принимая их во внимание, всё перечисленное – это те особенности, проявления которых мы ожидаем от любой формы жизни на Земле (и вероятно, вне её). Другие особенности, вроде способности передвигаться или учиться на собственном опыте, носят менее общий характер. От некоторых организмов мы их ожидаем (например, от потенциального партнёра по теннису), а от других – нет (например, от стебля брокколи для подачи под голландским соусом).

Земные организмы получают энергию, необходимую им для поддержания своего существования, самыми различными способами. До недавнего времени предполагалось, что все они получают свою энергию от Солнца – прямо или косвенно. Зелёные растения используют солнечный свет напрямую, а вода, минералы и углекислый газ служат им сырьём; они производят углеводы, выделяя кислород и накапливая энергию в собственных тканях. Грибы или животные получают свою энергию, поедая эти ткани и усваивая углеводы, а также выделяя углекислый газ, который может повторно использоваться растениями. Однако другие животные (плотоядные) могут питаться животными, которые поедали растения; в конечном счёте более мелкие организмы перерабатывают их тела, возвращая их обратно в почву в качестве питательных веществ для растений. В этом кратком изложении вы видите начало экологии: ни один организм не существует изолированно, но все они взаимодействуют ради поддержания циклов химических реакций, протекающих вновь и вновь; при этом химические вещества многократно используются повторно, а извне поступает лишь энергия.

Ключевым моментом здесь является «энергия», но не «солнечная» энергия. Даже в случае Земли мы больше не можем утверждать, что основу всех энергетических циклов составляет Солнце. Недавние исследования глубоководных зон океана обнаружили целые экосистемы, основанные на химическом синтезе и находящиеся на дне океана, вне досягаемости Солнца. Здесь пищевая цепочка начинается с микроорганизмов, которые напрямую усваивают сероводород и минералы из тёплой воды, просачивающейся через горячие источники из недр Земли. (См. статью Балларда и Грассла в разделе «Источники».)

Химические подробности вы можете найти в стандартных справочниках, но основные факты, о которых вам следует помнить, таковы: в биохимических реакциях участвуют сложные соединения углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, в основном благодаря уникальной способности углерода образовывать крупные и сложные молекулы (такие, как сахара, нуклеиновые кислоты и белки). В случае земной жизни эти реакции обычно протекают в водном растворе – это жидкая среда, где химические «строительные блоки» могут свободно перемещаться и сталкиваться с другими «блоками», с которыми могут вступать в химическую реакцию.

Важность ДНК

Один из видов молекул обладает уникальной и исключительной важностью благодаря своей роли в размножении: это ДНК. К настоящему времени практически всем, как минимум, знакома «двойная спираль», состоящая из двух очень длинных молекулярных нитей, закрученных друг вокруг друга по спирали (см. рис. 4-1) таким образом, что она удивительно похожа на кадуцей, издавна используемый как символ медицины. Каждая из нитей представляет собой цепочку из строительных блоков под названием нуклеозидфосфаты. Каждый нуклеозидфосфат, в свою очередь, состоит из ещё более мелких составных частей, называемых сахарами, основаниями и фосфатами.

РИСУНОК 4-1 Структура ДНК (сильно упрощённая схема).

Ключевое значение ДНК объединяет три момента. Во-первых, она несёт полный набор инструкций по построению целого организма. Во-вторых, она может создавать точные копии самой себя. В-третьих, если по какой-то причине копия не будет точной (если в процессе репликации ДНК будет допущена «ошибка»), новая ДНК несёт изменённый набор инструкций и на её основе вырастет изменившийся организм. Первые две из этих особенностей являются молекулярной основой воспроизводства. Третья – это основа эволюции.

Я не планирую вдаваться в подробности того, как выполняются инструкции, закодированные в ДНК. Подробности размножения клеток земных организмов сложны и подробно рассматриваются в других источниках. Если они вам нужны для конкретного сюжета, вы можете найти их в разделе «Источники». Но вы должны чётко представлять себе в общих чертах картину того, как ДНК может нести информацию, как она создаёт копии и как копии могут изменяться.

В целом ключом ко всему этому является своеобразный механизм типа «замок-и-ключ». Изображение на рисунке 4-1 может показаться вам похожим на скрученную в спираль лестницу с перекладинами, состоящими из пар оснований, торчащих по одному из нуклеозидфосфата на каждой из двух нитей. Существуют четыре основания, которые могут использоваться для этого: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T). Из них могут складываться, образуя ступени лестницы ДНК, лишь строго определённые пары: аденин будет соединяться только с тимином, а цитозин – только с гуанином. Нуклеозидфосфаты, содержащие четыре основания, могут быть расположены вдоль одной нити молекулы ДНК в любом порядке, но как только вы задаёте последовательность оснований вдоль одной из нитей, их последовательность вдоль другой нити определяется автоматически. Например, если одна нить содержит последовательность A T T G C A, соответствующий участок другой нити должен быть T A A C G T. Таким образом, инструкция по выращиванию морского ежа или сенатора написана четырёхбуквенным кодом, который состоит просто из порядка расположения оснований вдоль одной нити ДНК.

Клетки размножаются путем деления, и в ходе этого процесса две нити ДНК разделяются, каждая перекладина разрывается там, где соединяются два её основания, несколько напоминая расстёгивающуюся молнию. У каждой нити есть ряд торчащих оснований, каждому из которых хотелось бы объединиться с другим основанием такого вида, какой ему подходит. Важной функцией упомянутых ранее «поддерживающих реакций» является создание нуклеозидфосфатов из более простого сырья, поступающего в виде пищи, так что каждая отдельная нить ДНК далее окажется в среде, в изобилии снабжённой строительными блоками для замены «недостающей» нити. Когда нуклеозидфосфат, содержащий аденин, натыкается на тимин, торчащий из одиночной нити, он может прицепиться к нему. В итоге к каждому из оснований вдоль каждой из двух нитей исходной двойной спирали будут прикрепляться комплементарные нуклеозидфосфаты. Когда этот процесс завершается, каждая нить превращается в новую двойную спираль – точно такую же, как исходная. Этот процесс является важнейшим событием во всех процессах воспроизводства земного типа.

Если бы этот механизм всегда работал идеально, каждый организм был бы точно таким же, как любой другой организм – а поскольку первые организмы должны были быть чрезвычайно простыми, мы все были бы слишком простыми, чтобы написать или прочитать эту книгу. К счастью для нас как вида, пусть и к сожалению для некоторых индивидуумов, репликация ДНК не всегда работает идеально. Такие факторы, как радиация или химические вещества в окружающей среде, могут вызвать мутацию – изменение последовательности в цепочке ДНК. Основание может исчезнуть, замениться на другое или поменяться с ним местами. Например, если каким-то образом удалить второй тимин в последовательности моего образца A T T G C A, у вас останется A T G C A. Это другое генетическое «слово», и в организме, построенном на основе пересмотренных инструкций, что-то будет отличаться от оригинала – например, глаза могут быть карими вместо голубых. (Понять, что именно будет отличаться, – это куда более сложный вопрос, чем вы могли бы предположить, поскольку каждый сегмент ДНК может влиять больше, чем на один признак, и на один признак может оказывать влияние не один участок ДНК, а больше.)

Таким образом, ДНК при помощи повреждений под воздействием окружающей среды даёт нам не только механизм для создания идентичных копий в типичном случае, но и механизм, позволяющий изредка создавать что-то новое. Это первое, что требуется для эволюции. Как только случилась такая мутация, у нового организма появляется шанс воспроизводиться, потому что мутировавшая ДНК (обычно) будет реплицировать себя точно так же, как любая другая ДНК. Однако влияние иных факторов на уровне организмов может помешать мутировавшему организму в деле создания множества собственных копий.

Мутация – это, по сути, случайный процесс. Иногда возникающие в итоге изменения в организме повышают его шансы выживать достаточно долго, чтобы оставить потомство, но чаще всего эффект будет несущественным или вредным. Это немного напоминает попытку починить часы тонкой работы, сбросив их с высокого здания. Если вы сбрасываете достаточное количество часов с достаточно высоких зданий, в одном случае из множества одни из них могут упасть на землю как раз нужным образом, чтобы неисправность устранилась, – однако подавляющему большинству повезёт куда меньше.

Таким образом, мутация – это всего лишь одна из частей процесса эволюции. Она нужна для получения новых вариантов организмов, но после этого должен начать действовать естественный отбор. Мутации, которые препятствуют способности организма выживать или размножаться, будут показывать тенденцию к исчезновению. Те немногие мутации, которые улучшают эти способности, будут показывать тенденцию к распространению. Таким образом, мутации и то, что их вызывает, не являются ни благословением, ни проклятием в чистом виде. Если бы в прошлом их было слишком мало, нас бы здесь не было; если их будет слишком много в настоящем, то мы страдали бы от врождённых дефектов.

Эволюция и размножение

На эволюцию оказывают влияние многие другие факторы, и в следующей главе я расскажу о них подробнее. На данный момент есть только один из них, заслуживающий особого упоминания: половое размножение. В биологии половое размножение чрезвычайно важно, потому что благодаря ему у организмов появляется дополнительный действенный способ поэкспериментировать с новыми формами, даже при отсутствии мутаций.

Самые примитивные одноклеточные организмы на Земле, которые были единственными организмами на протяжении примерно трёх миллиардов лет, – это прокариоты (или доядерные), к которым относятся сине-зелёные водоросли и бактерии. Прокариотические клетки относительно просты и размножаются бесполым путём. Каждая клетка несёт в себе единственный набор хромосом («сборник генетических инструкций»), полностью состоящий из ДНК, и размножается просто путём создания дополнительной копии этой ДНК и деления.

Эукариоты (или ядерные) обладают гораздо более сложным строением клетки, с внутренними мембранами и органоидами, в том числе с ядром, внутри которого сосредоточен генетический материал. Их хромосомы также представляют собой более сложные структуры (хотя генетическая информация по-прежнему закодирована в ДНК), и объединены в пары. Вот тут-то и возникает половое размножение. Новый организм, вместо того, чтобы развиваться на основе точной копии ДНК одного родителя, получает по одной хромосоме, управляющей определённым набором признаков, от каждого из двух родителей. Фактический облик потомства определяется совместным действием двух хромосом. Подробности этого слишком сложны, чтобы вдаваться в них здесь, но их легко можно найти в книгах и статьях по генетике (таких как Griffiths et al.). Важнейшим фактом здесь является то, что генетическая информация распределена между несколькими парами хромосом (у людей их двадцать три плюс одна «особая» пара^[10]), и вклад каждого из родителей случайно распределяется среди членов каждой из пар. Таким образом, половое размножение позволяет практически каждому новому организму опробовать новую схему через комбинацию старых признаков по-новому.

Зарождение жизни

Как же всё это началось? И вновь мы должны полагаться на обоснованные догадки о том, как это случилось. Было выдвинуто несколько теорий, и не все были приняты единогласно. С точки зрения писателя-фантаста важно помнить о том, что, даже если бы удалось доказать, что одна из этих теорий – именно То, Как Всё Это Случилось, это вовсе не означает, что все остальные следует отправить на свалку. В нашем мире жизнь, вероятно, зародилась лишь единожды и, следовательно, использовала лишь один из предложенных методов, но возможно, что в других местах она зародилась иными путями.

Одна из гипотез, касающихся происхождения жизни на Земле, состоит в том, что она возникла вообще не здесь. Панспермия – это идея о том, что мы эволюционировали из покоящихся спор, которые попали сюда из жизни, эволюционировавшей где-то в другом месте. Некоторые формы жизни образуют споры, которые могут сохранять жизнеспособность во время длительных периодов покоя даже в неблагоприятных условиях, с которыми они могут столкнуться в межпланетном или межзвёздном пространстве. Под влиянием некоторых условий такие споры могут вырваться из атмосферы планеты, оказаться унесёнными за пределы своей планетной системы «солнечным ветром» её солнца, и в итоге быть захваченными гравитацией достаточно удалённой планеты. Даже если в нашем мире этого не произошло, какого-то рода панспермия могла бы иметь место за его пределами. Нити из «Полёта драконов» Энн Маккафри (организмы, споры которых перемещаются внутри системы с одной планеты на другую, когда они находятся близко друг к другу) – это хороший вымышленный пример.

На самом деле панспермия не даёт ответа на вопрос о том, как жизнь возникает из не-жизни как таковая. Даже если жизнь на этой или какой-то другой планете развилась из спор, эволюционировавших в другом месте, у нас по-прежнему остаётся вопрос о том, как она возникла в том месте. Оказывается, представить, каким образом это могло бы случиться, настолько легко, что многие учёные считают ненужным усложнением поиск внеземного начала земной жизни. Любой из нескольких сценариев мог бы сработать здесь и сейчас.

Исходная атмосфера любой планеты, вероятно, приблизительно похожа по составу на атмосферу Юпитера с преобладанием водорода, гелия, метана, аммиака, углекислого газа и водяного пара. Массивная планета, удалённая от своего солнца, сохранит такую атмосферу, потому что молекулы её газов будут двигаться недостаточно быстро, чтобы вырваться из её сильного гравитационного поля. Маленькие и/или расположенные близко к звезде планеты (типа Земли) будут склонны терять большую часть этой атмосферы. В частности, водород и гелий настолько легки, что им нетрудно преодолеть относительно слабую гравитацию, особенно если они получают много тепловой энергии. Однако даже если первоначальная атмосфера будет полностью утрачена, её может заменить новая, состоящая из «дегазационного» материала, то есть, из газов, выделяющихся из недр планеты. Вулканы, например, выделяют значительное количество газов, и многие из них могут быть слишком тяжёлыми, чтобы преодолеть гравитацию планеты.

До недавнего времени обычно предполагалось, что такая вторичная (но по-прежнему ранняя) атмосфера будет во многом похожа на первичную атмосферу, но в ней будет мало чистого водорода и гелия – иными словами, она будет состоять из метана, аммиака, углекислого газа и водяного пара. (Вы заметите, что в списке подозрительно не хватает элементарного кислорода.) И теория, и имитационные эксперименты указывают на то, что при наличии океанов воды под слоем такой атмосферы энергия, поступающая из источников наподобие солнечного ультрафиолетового излучения и электрических бурь вызвала бы химические реакции с образованием сложных органических молекул, которые в геологически приемлемые сроки привели бы к появлению того, что мы называем жизнью.

Ещё одна модель, недавно завоевавшая популярность, изображает раннюю Землю с атмосферой, насыщенной углекислым газом и азотом. Это не так благоприятно для «собственного производства» органических молекул, но в настоящее время дополнительно существуют доказательства того, что они иногда образуются в космосе и могли быть занесены сюда кометами и метеоритами. Другие модели предполагают, что жизнь могла зародиться не в океанах, а в глинах (которые представляют собой почвы, состоящие из очень мелких частиц).

Чтобы определить, какой из этих процессов (или, возможно, какой-то другой, ещё не идентифицированный!) был причиной зарождения жизни на Земле, потребуются дополнительные исследования. И в то же время писатели-фантасты вольны рассматривать любой из них как вероятно происходящий в каком-то месте и, возможно, играющий определённую роль в сюжете.

А теперь, как насчёт этой кислородной атмосферы? На самом деле, конечно, наша атмосфера состоит из кислорода всего на 20 процентов, а большая часть остального приходится на азот. (Атмосферу, содержание кислорода в которой будет значительно больше, мы сочли бы токсичной.) Но кислород – это та её часть, которую мы используем самым непосредственным образом, в самых больших количествах, и без которой попросту не можем обойтись. Вспомните, что он не был важной составной частью ни в одной из ранних атмосфер, которые мы рассматривали. Любой элементарный кислород, который там существовал, проявлял бы тенденцию к связыванию в такие соединения, как вода и углекислый газ. Так как же получилось, что он стал вторым по распространённости компонентом нашей нынешней атмосферы?

Ответ: Это производное жизни, а не предварительное условие для её появления. Самым ранним формам жизни на Земле приходилось обходиться без него, но некоторые из них выделяли его как побочный продукт фотосинтеза. Поскольку кислород обладает высокой реакционной способностью, он склонен окислять, или соединяться со многими другими веществами, что, как правило, препятствует накоплению в атмосфере большого количества кислорода. (Отсюда термин «восстановление» как нечто противоположное окислению, то есть, соединению чего-то с кислородом.) Это было хорошо для ранних форм жизни, поскольку они относились к числу объектов, которые могли подвергнуться окислению. (Мы тоже из их числа; как писал Карл Саган в книге «Разумная жизнь во Вселенной», «Мы, земные организмы, самым натуральным образом живём в ядовитом газе».)

Однако одним из лучших восстановителей является водород, который также является самым лёгким из всех элементов и, следовательно, тем, кто легче всего улетучивается из атмосферы в форме простого вещества. Ультрафиолетовое излучение иногда расщепляло молекулы в ранней атмосфере, и выделяющийся таким образом водород иногда улетучивался. Таким образом, на протяжении длительных периодов времени количество водорода в атмосфере уменьшалось, а количество кислорода в форме простого вещества медленно возрастало. В итоге эволюция дала начало другим организмам, которые могли использовать кислород для извлечения большего количества энергии из пищи. Таким образом, наш мир постепенно приближался к ситуации, которую мы сейчас считаем «нормальной» – с окислительной атмосферой, которая поддерживается за счёт равновесия между дышащими кислородом животными и выделяющими кислород растениями. Для многих самых ранних организмов эта атмосфера была бы очень ядовитой, и переход к ней, пусть даже это был медленный процесс, вполне мог бы рассматриваться (по крайней мере, с их точки зрения) как величайшая экологическая катастрофа в истории нашей планеты.