Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы
Шрифт:
Когда основная масса железа заржавела, в океане начал накапливаться кислород. Для большинства первых появившихся на планете созданий кислород – смертельный яд. Таким образом, фотосинтез привел к одному из самых массовых истреблений видов за всю историю нашей планеты [17] . Однако были существа, сумевшие извлечь из кислорода пользу. Они воспользовались имеющимся в окружающей среде кислородом для высвобождения солнечной энергии из организмов, которых они употребляли в пищу. Так они получали энергию, необходимую для поддерживания собственных жизненных процессов – самостоятельно заниматься фотосинтезом им уже было не нужно.
17
Кислородная катастрофа: Rasmussen (2008). По данным этого источника, фотосинтез мог начаться позже, чем описано в этой книге.
В то время как огромное количество форм жизни сдались под
Постепенно океанская вода насыщалась кислородом, и он стал подниматься из океана в атмосферу. Как следствие, на Земле произошли значительные перемены. Наша планета непрерывно излучает в космос тепло, и температура на ее поверхности сильно зависит от того, какое количество этого излучения удерживают газы в атмосфере. Мы зовем это явление парниковым эффектом. Раньше атмосфера была богата метаном – он вбирает большое количество теплового излучения, а потому поверхность Земли не остывала [18] . Когда из-за кислорода метан в атмосфере стал расщепляться, парниковый эффект ослаб, и планета погрузилась в глобальный ледниковый период. До самого вечера субботы, до 21:15, огромная часть биоразнообразия, появившегося в океане, погибла от холода [19] .
18
Состав первичной атмосферы Земли: D. Trail et al., «The Oxidation State of Hadean Magmas and Implications for Early Earth’s Atmosphere», Nature 480 (2008): 79–83.
19
Гуронское оледенение: Young (2013).
В высших слоях атмосферы молекулы кислорода столкнулись со светом Солнца, несущим огромные запасы энергии – два атома кислорода оторвались друг от друга. Когда одиночные атомы сталкивались с пролетавшими мимо молекулами кислорода, образовывался озон – молекула, состоящая из трех атомов кислорода. Озоновый слой оказался эффективной ловушкой для наиболее насыщенной энергией части солнечного света. Достигнув земной поверхности, этот свет способен уничтожить наиболее уязвимые органические молекулы. Сегодня благодаря озоновому слою мы находимся под отрытым небом, не нанося серьезных повреждений глазам и коже.
Когда появился озоновый слой, живые организмы смогли выжить на поверхности воды – и даже на суше [20] . Здесь для фотосинтеза было еще больше солнечного света – резко выросло производство органического материала и кислорода. Первые формы жизни, оказавшиеся на суше, – это ковер из бактерий и водорослей, покрывших плоскую, золотистую поверхность и заложивших основы того, что станет плодородной почвой планеты.
Воскресенье: живая Земля
20
Первые формы жизни на суше после появления озонового слоя: Pomarenko (2015).
Организмы с клеточным ядром, от которых мы произошли, появились ранним воскресным утром в половину четвертого [21] . В пять часов утра одноклеточные организмы начали столь тесно сотрудничать, что уже рассматриваются не как самостоятельные единицы, а как живые существа, состоящие из нескольких клеток [22] . Однако, прежде чем жизнь закипела в том виде, в каком мы ее знаем, прошло много времени. После обеда, в 17:25, после того как на Земле закончился еще один глобальный ледниковый период, продлившийся с 15:15 до 16:15, появились особые виды животных и растений, выстроившие в океане сложные экосистемы [23] . Когда геологи изучают окаменевшее океанское дно, относящееся к последующему периоду, они находят окаменевшие останки огромного количества различных видов, таких как головоногие и трилобиты, напоминающие мокриц.
21
Rasmussen (2008).
22
Первые многоклеточные организмы: S. Zhu et al., «Decimetre-Scale Multicellular Eukaryotes from the 1.56-Billion-Year-Old Gaoyuzhuang Formation in North China», Nature Communications 7 (2016): 11500.
23
Кембрийский взрыв: Young (2013).
В воскресенье вечером, в 18:05, на сушу выползли первые животные. Начался процесс по преобразованию ковра из водорослей и породы в плодородный
24
Первые животные и растения на суше, изменения ландшафта: Pomarenko (2015).
Жизнь на земле перенесла несколько тяжелых ударов. Извержения вулканов, падения метеоритов и смена солнечной активности – все это способствовало значительным изменениям температуры, уровня Мирового океана и количества кислорода в атмосфере и океане. 85 % видов, возникших после первого расцвета сложных живых организмов, вымерли во время глобального ледникового периода в 6:36 [25] . Жизнь возродилась, но в 19:28 трилобиты задохнулись из-за нехватки кислорода на дне океана – они исчезли вместе с 80 % всех видов, обитавших в то время в океане [26] .
25
Ордовикско-силурийское вымирание: P. M. Sheehan, «The Late Ordovician Mass Extinction», Annual Review of Earth and Planetary Science 29 (2001): 331–364.
26
Массовое вымирание в конце девонского периода: A. E. Murphy et al., «Eutrophication by Decoupling of the Marine Biogeochemical Cycles of C, N and P: A Mechanism for the Late Devonian Mass Extinction», Geology 28 (2000): 427–430.
Наиболее масштабное до сегодняшних дней массовое вымирание видов случилось в воскресенье вечером, в 20:56, когда в Сибири произошли мощнейшие извержения вулканов – в атмосферу выбросило диоксид углерода, что привело к повышению температуры и окислению Мирового океана, – сегодня нам эта проблема хорошо знакома. Окаменелости, сохранившиеся со времен сразу после вымирания, свидетельствуют о катастрофе, оставившей после себя пустынный ландшафт – ни лесов на суше, ни коралловых рифов в океане [27] .
27
Массовое вымирание в 8:56 вечера воскресенья: Z.-Q. Chen and M. J. Benton, «The Timing and Pattern of Biotic Recovery Following the End-Permian Mass Extinction», Nature Geoscience 5 (2012): 375–383.
Однако через пару минут в лесах и океанах вновь закипела жизнь, возникало все больше видов. Хорошие времена закончились в 21:34, когда очередное глобальное потепление уничтожило минимум три четверти всех обитавших на Земле видов. Среди выживших были и появившиеся чуть ранее половины десятого млекопитающие и динозавры [28] . Может быть, именно благодаря уничтожению конкурентов динозавры получили шанс стать следующими хозяевами Земли. Когда динозаврам в 23:12 пришлось сдаться, судя по всему, климат на Земле был настолько неблагоприятным, что падение огромного метеорита туда, где сегодня расположена Мексика, оказалось последним гвоздем в крышку гроба многих живших на Земле видов.
28
Млекопитающие и динозавры до 9:30 и очередное глобальное потепление в 9:34 (Триасово-юрское вымирание): Benton and Harper (2009).
Теперь, когда опасность оказаться съеденными динозаврами миновала, млекопитающие рассеялись и заняли огромное количество экологических ниш. Поначалу климат был теплее, чем сегодня, но примерно в 23:25 температура начала падать [29] . В 23:43 огромную часть темных, пышных джунглей сменили травянистые равнины [30] . Именно эти травы заложат основу для земледелия ближе к полуночи. Некоторые млекопитающие в результате развития уже стали теми, кого сегодня мы знаем как обезьян, а без пятнадцати полночь от остальных обезьян отделились человекообразные обезьяны, к которым относятся гориллы, шимпанзе и люди.
29
В 11:25 (ранняя эоценовая эра) температура начинает снижаться: R. A. Rhode, «65 Million Years of Climate Change», en.wikipedia.org/wiki/File:65_Myr_Climate_Change.png.
30
Травянистые равнины в 11:43 (переход к эпохе миоцена): B. Jacobs et al., «The Origin of Grass-Dominated Ecosystems», Annals of the Missouri Botanical Garden 86 (1999): 590–643.