Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Одна из самых глубоких догадок Фальковски заключается в том, что Земля функционирует подобно огромной электрической цепи, а жизнь в ней играет такую же фундаментальную роль, как лампочка, которую вы (скорее всего) используете, чтобы читать эту книгу{175}. Вот что он имеет в виду: каждая электрическая цепь имеет три основных компонента. Во-первых, должен быть надежный источник электронов, поскольку электричество — это не что иное, как поток электронов. Во-вторых, должен быть какой-то электрический проводник, по которому они проходят. И в-третьих, должно быть место для хранения всех этих электронов, когда они переместились. Обозревая планету в глобальном масштабе — океаны, атмосфера, горные породы и жизнь, — Фальковски понял, что там присутствуют все компоненты. Электроны выходят на поверхность Земли через вулканы — особенно те, что на океаническом дне, — которые выносят насыщенные ими атомы железа из глубоких недр. В этом смысле породы эквивалентны отрицательному полюсу батарейки.

Океаны в глобальной цепи Фальковски являются «проводами»: они отводят электроны от богатых ими пород. В конце пути эти электроны оказываются в насыщенной кислородом атмосфере, которая представляет собой аналог положительного полюса батарейки. Свежие, новые вулканические породы, которые изливаются на океаническом дне, «изображают» из себя источник электрической потенциальной энергии — энергии, которая только и ждет, чтобы ее использовали.

И тут на сцене появляются микробы, которые едят минералы. Точнее, эти микробы используют химический дисбаланс, который возникает, когда некоторые минералы имеют слишком много или слишком мало электронов по сравнению со своим окружением. Как и в батарейке, огромные количества электронов (например, от богатого железом оливина в породах, излившихся из недр Земли в поверхностную среду) готовы стать потоком. Микробы проникают внутрь пород, фактически подключаясь к этому потоку и вызывая вокруг себя «короткое замыкание». Для бактерий эта электрическая энергия вроде бесплатного ланча, в процессе которого постепенно потребляется оливин, а на его месте образуются новые минералы.

Самые первые живые организмы Земли существовали за счет минералов, которые находились в химическом дисбалансе со своими соседями. Микробы росли на минеральных поверхностях, действуя как катализаторы и ускоряя химические реакции, которые замещали старые минералы новыми видами — новыми минералами, которые, вероятно, сформировались бы в любом случае, но гораздо медленнее. На деле же все следы этих первых клеток исчезли из ископаемой летописи. Единственные зримые результаты древних микробных «банкетов» — это отдельные, как правило слоистые, залежи полезных ископаемых.

Секрет этих поддерживающих жизнь взаимодействий минералов и микробов кроется в способности многих элементов-металлов существовать в химических вариантах с разными количествами валентных электронов. Самым распространенным примером является железо. Большинство атомов этого металла, которые изливаются с вулканическими лавами, находятся в степени окисления +2, отдав два электрона окружающим атомам. Но при наличии кислорода или какого-то другого жаждущего электронов элемента железо +2 может отдать один электрон, выбросив немного энергии, и остаться вполне себе счастливым со степенью окисления +3.

Первобытные микробы, ищущие надежные источники энергии, научились катализировать переход железа от состояния +2 к +3 с отдачей электрона и по ходу дела осаждать слои рыжих оксидов железа на океаническое дно. И действительно, самые большие в мире месторождения руд железа, а также магния, урана и других ценных элементов формировались атом за атомом деятельностью бесчисленных потребляющих минералы микробов.

За последующие миллиарды лет жизнь расширила свой репертуар стратегий получения энергии, но этот — самый древний — процесс использования пород для получения энергии сохранился, став неотъемлемой частью глобальной электрической цепи, ускоряя и расширяя поток электронов планеты Земля.

О неожиданной распространенности глубинной подповерхностной жизни {176}

Вот примечательный факт. Пробурите скважину на глубину чуть больше 1 км практически в любой точке Земли — в пустыне или лесу, на суше или в море, рядом с экватором или за Полярным кругом, — и почти со 100%-ной вероятностью вы найдете микробную жизнь. Там не будет крупных скоплений клеток, да и сами они не окажутся какими-то причудливыми — просто небольшие сферы или прутики, едва различимые в мощный микроскоп, — но вы найдете живые клетки. Эта скрытая биосфера, состоящая почти полностью из микробных потомков первых потребляющих минералы форм жизни, является убедительным доказательством самой древней стратегии потребления энергии Земли.