Сама жизнь

Чем больше я исследую Вселенную и изучаю детали ее строения, тем больше нахожу свидетельств, что Вселенная в каком‑то смысле знала о нашем приходе.

Фримэн Дайсон

Одинокая планета

Быть живым существом нелегко. Нам пока известно единственное место во всей Вселенной, незаметное поселение на окраине Млечного Пути, называемое планетой Земля, которое поддерживает наше существование, да и оно бывает весьма суровым.

Ото дна самой глубокой океанской впадины до высочайшей горной вершины – в этом поясе обитают почти все известные нам формы жизни – всего около двадцати километров. Не так уж много, если сопоставить с тем, что вмещает космос.

Для представителей человеческого рода дела обстоят еще хуже, поскольку так получилось, что мы принадлежим к той части живых существ, которые 400 млн лет назад приняли слишком поспешное, но смелое решение выползти из моря и стать дышащими кислородом обитателями суши. В результате, согласно одной из оценок, нам закрыт доступ не менее чем в 99,5 % обитаемого пространства.

Не просто потому, что мы не можем дышать в воде, а в силу того, что мы не смогли бы выдержать ее давление. Из‑за того что вода в 800 раз тяжелее воздуха, давление при погружении быстро растет – приблизительно на одну атмосферу каждые десять метров глубины. Если на суше вы подниметесь на вершину 150‑метровой достопримечательности – скажем, Кельнского собора или Монумента Вашингтону, – изменение давления будет настолько незначительным, что вы его не ощутите. Однако на такой же глубине под водой ваши вены сплющились бы, а легкие сжались до размеров банки из‑под кока‑колы. Поразительно, что люди по собственной воле, ради забавы, без аппаратуры для дыхания ныряют на эти глубины. Спорт этот известен как фри‑дайвинг. Видимо, ощущение, как ваши внутренние органы грубо деформируются, вызывает приятное возбуждение (хотя, надо полагать, не так уж возбуждает, когда они возвращаются к первоначальным размерам при всплытии). Однако, чтобы достичь таких глубин, ныряльщикам надо погружаться довольно быстро, при помощи грузил. Без них самое глубокое самостоятельное погружение, после которого ныряльщик остался в живых, чтобы потом об этом рассказывать, составляет 72 м – это достижение принадлежит итальянцу Умберто Пелиццари, который в 1992 году нырнул на эту глубину, задержался там на долю секунды и пулей выскочил на поверхность. По наземным меркам 72 м – это немного меньше футбольного поля. Так что даже в наших самых головокружительных трюках мы не можем претендовать на овладение морской бездной.

Разумеется, другим живым существам удается справляться с давлением на глубине, хотя как это им удается, остается тайной[218]. Самой глубокой точкой является Марианская впадина в Тихом океане. Там, на глубине приблизительно 11,3 км, давление достигает более 1,1 тонн на квадратный сантиметр. Нам лишь однажды удалось на короткое время опустить на эту глубину человека в прочном спускаемом аппарате, тогда как там постоянно обитают колонии бокоплавов, похожих на креветок ракообразных, только прозрачных, которые выживают безо всякой защиты. Конечно, большинство океанов намного мельче, но находиться на обычной океанской глубине в 4 км равносильно тому, чтобы быть расплющенным под стопкой из 14 груженных цементом грузовиков.

Почти все, включая авторов некоторых популярных книг по океанографии, полагают, что человеческое тело будет смято чудовищным давлением океанских глубин. В действительности дело, похоже, обстоит не так. В силу того, что мы сами состоим в основном из воды, а вода, по словам Фрэнсис Эшкрофт из Оксфордского университета, «практически несжимаема, в теле поддерживается то же давление, что и в окружающей воде, и на глубине оно не будет раздавлено». Причиной неприятностей служат газы внутри тела, особенно в легких. Это они сжимаются, хотя на какой стадии сжатие становится фатальным, неизвестно. До самого недавнего времени считалось, что любой ныряющий на глубину 100 м или около того погибнет в мучениях, когда сожмутся легкие или будет раздавлена грудная клетка, однако ныряльщики неоднократно доказывали обратное. Похоже, говорит Эшкрофт, «у людей больше сходства с китами и дельфинами, чем мы думали».

Однако может случиться множество других неприятностей. Во времена водолазных костюмов – тех, что были связаны с поверхностью длинными шлангами, – водолазы порой встречались с грозным явлением, известным как «выдавливание». Это случалось, когда отказывали помпы, что вело к катастрофическому падению давления в скафандре. Воздух вырывался из скафандра с такой силой, что несчастного водолаза в самом прямом смысле высасывало в шлем и шланг. Когда его поднимали на поверхность, «в скафандре оставались лишь его кости и клочки плоти», – писал в 1947 году биолог Дж. Б. С. Холдейн, добавляя для скептиков: «Такое случалось».

(Между прочим, первоначально водолазный шлем, изобретенный в 1823 году англичанином Чарлзом Дином, предназначался не для погружения под воду, а для тушения пожаров. Он назывался «дымовым шлемом», но, изготовленный из металла, он нагревался и был тяжелым; как скоро обнаружил Дин, пожарные не горели желанием лезть в горящие строения в любом облачении, но особенно в таком, которое нагревалось, как чайник, и к тому же делало их неуклюжими. Пытаясь окупить расходы, Дин испытал шлем под водой и нашел, что он идеально подходит для спасательных работ).

Однако хуже всего кессонная болезнь – не столько из‑за мучительных ощущений, хотя они действительно неприятны, сколько потому, что они намного вероятнее. Воздух, которым мы дышим, на 80 % состоит из азота. Когда человеческое тело оказывается под давлением, этот азот растворяется в крови и разносится по сосудам и тканям. Если давление будет изменяться слишком быстро – как бывает при поспешном подъеме водолаза, – этот находящийся в теле азот образует пузырьки, которые заиграют точно также, как в только что открытой бутылке шампанского, закупоривая мелкие кровеносные сосуды, лишая клетки кислорода и заставляя страдальца корчиться от мучительной боли.

Кессонной болезнью с незапамятных времен страдали сборщики губок и искатели жемчуга, но до XIX века она не привлекала особого внимания в западном мире, а потом появилась у людей, которые совсем не намокали (или в крайнем случае не очень сильно и обычно не больше, чем по колено). Это были кессонщики. Кессоны – это замкнутые сухие камеры, создававшиеся на речном дне для облегчения строительства опор мостов. Их наполняли сжатым воздухом, и часто бывало, что рабочие после длительного пребывания под повышенным давлением испытывали легкие симптомы вроде шума в ушах или кожного зуда. Но некоторые – нельзя было заранее предсказать кто – испытывали более сильную боль в суставах, а иногда падали с ног в мучениях и порой больше уже не поднимались.

Все это было крайне непонятным. Иногда рабочие ложились спать, чувствуя себя прекрасно, а утром просыпались парализованными. А порой вообще не просыпались.

Эшкрофт описывает случай с руководителями строительства нового туннеля под Темзой, устроившими незадолго до завершения работ праздничный банкет. К их удивлению, открытое в сжатом воздухе туннеля шампанское не заиграло. Однако когда они наконец вышли на свежий вечерний лондонский воздух, пузырьки вдруг заиграли, памятно оживив процесс пищеварения.

Кроме полного отказа от работы в среде высокого давления существует всего два надежных способа избежать кессонной болезни. Первый – подвергаться воздействию высокого давления очень короткое время. Именно благодаря этому фри‑дайверы, о которых я упоминал раньше, без вреда могли опускаться на глубину до 150 м. Они не остаются на глубине достаточно долго, чтобы находящийся в организме азот растворился в их тканях. Другое решение заключается в том, чтобы подниматься осторожно, с остановками. Это позволяет пузырькам азота рассеиваться без вреда[219].

Очень многим из того, что нам известно о выживании в экстремальных условиях, мы обязаны необычной научной группе из отца и сына Джона Скотта и Дж. Б. С. Холдейнов. Даже по свободным критериям английских интеллектуалов, Холдейны славились своими необычайными чудачествами. Старший Холдейн родился в 1860 году в аристократической шотландской семье (его брат был виконтом Холдейном), но провел значительную часть своей научной жизни в сравнительно скромной должности профессора физиологии в Оксфорде. Он отличался поразительной рассеянностью. Однажды, когда жена послала его наверх переодеться к званому обеду, он долго не возвращался, и когда за ним поднялись, то обнаружили его спящим в пижаме. Будучи разбужен, Холдейн объяснил, что когда увидел, что раздевается, то подумал, что время ложиться спать. Поездку в Корнуолл изучать анкилостомы, кишечных паразитов, у местных горняков он считал за отпуск. Живший одно время вместе с Холдейнами прозаик Олдос Хаксли, внук Т. Г. Гексли[220], довольно жестко пародировал его в образе ученого Эдварда Тантамаунта в романе «Контрапункт».

Вкладом Холдейна в водолазное дело была разработка метода остановок при подъеме из глубины, который позволял избежать кессонной болезни, однако его интересы охватывали всю область физиологии, от изучения горной болезни у альпинистов до солнечных ударов в пустынях. Его особенно интересовало воздействие отравляющих газов на человеческий организм. Чтобы точнее разобраться, каким образом просачивавшаяся окись углерода убивала горняков, он методично отравлял сам себя, все время аккуратно отбирая и исследуя пробы своей крови. Прекратил он это, только когда почти полностью перестал владеть мышцами, а насыщение крови достигло 56 % – уровня, как отмечает Тревор Нортон[221]в своей увлекательной истории водолазного дела «Звезды под морем», который, еще немного, и обрекал на верную смерть.

Сын Холдейна Джон, известный потомкам как Дж. Б. С, был необыкновенным ребенком и проявлял интерес к трудам отца чуть ли не с младенчества. Когда ему было 3 года, слышали, как он капризно выспрашивал отца: «Так это оксигемоглобин или карбоксигемоглобин?» Все юные годы он помогал отцу с экспериментами. В то время оба частенько вместе испытывали газы и противогазы, наблюдая по очереди, как долго каждый из них мог продержаться до потери сознания.

Хотя Дж. Б. С. Холдейн не имел ученой степени в области естественных наук (в Оксфорде он занимался античной литературой), он по праву считался блестящим естествоиспытателем, работая главным образом в Кембридже по заданиям правительства. Биолог Питер Медавар[222], который всю жизнь провел в кругу выдающихся интеллектуалов, называл его «умнейшим человеком, какого я когда‑либо знал». В своем романе «Шутовской хоровод» Хаксли вывел и образ младшего Холдейна, но вместе с тем положил его идею генетических манипуляций с людьми в основу сюжета романа «О дивный новый мир». Наряду со многими другими достижениями Холдейн сыграл центральную роль в соединении Дарвиновых принципов эволюции с результатами работ Грегора Менделя в области генетики, что привело к созданию концепции, которую теперь генетики называют синтетической теорией эволюции.

Возможно, младший Холдейн был единственным в своем роде среди людей, кто находил Первую мировую войну «довольно занятным приключением» и открыто признавал, что ему нравится «возможность убивать людей». Сам он был дважды ранен. После войны имел успех как научный популяризатор и написал двадцать три книги (а также более четырехсот научных статей). Его книги до сих пор вполне читабельны и поучительны, хотя их не всегда просто достать. Кроме того, он стал горячим поклонником марксизма. Намекали, не без цинизма, что в данном случае им руководил исключительно дух противоречия и что, живи он в России, стал бы там страстным монархистом. Во всяком случае, большинство его статей сначала появлялись в коммунистической «Дейли Уокер».

Тогда как его отца, главным образом, интересовали горняки и действие ядов, младший Холдейн был одержим идеей уберечь подводников и водолазов от неприятных последствий их деятельности. При материальном содействии Адмиралтейства он приобрел декомпрессионную камеру, которую окрестил «кастрюлей‑скороваркой». Это был металлический цилиндр, в который можно было втиснуть троих человек и подвергать там всяческим мучительным и опасным испытаниям. От добровольцев могло потребоваться сидеть в ледяной воде и в то же время дышать в «аберрантной», то есть отклоняющейся от нормы, атмосфере или подвергаться резким изменениям давления. В одном из экспериментов Холдейн на себе имитировал опасно быстрый подъем, чтобы посмотреть, что получится. А получилось то, что разорвались пломбы в зубах. «Почти каждый эксперимент, – пишет Нортон, – заканчивался у кого‑нибудь сердечным приступом, кровотечением или рвотой». Камера была практически звуконепроницаемой, так что единственным способом для обитателей сигнализировать о несчастье или бедственном положении было настойчиво стучать в стенку камеры или показывать в окошко записки.

В другой раз, отравляя себя высокими дозами кислорода, Холдейн перенес такой жестокий приступ, что пострадали несколько позвонков. Опадание легких было из разряда рядовых неприятностей. Довольно обычными были и разрывы барабанных перепонок; но, как утешительно отмечал Холдейн в одной из своих статей, «перепонка, как правило, заживает; если же дыра в ней остается и кто‑то до некоторой степени глохнет, то зато он получает возможность пускать из этого уха табачный дым, что всегда обеспечит успех в компании».

Необычным во всем этом деле было не то, что Холдейн во имя науки с готовностью подвергал себя таким опасностям и неудобствам, а то, что ему ничего не стоило уговорить своих коллег и близких людей тоже забраться в эту камеру. С посаженной туда для имитации погружения его женой однажды случился приступ, продолжавшийся целых тринадцать минут. Когда она наконец перестала корчиться на полу, ее поставили на ноги и отправили домой готовить обед. Холдейн с удовольствием использовал всех, кто попадался под руку. В один прекрасный день им оказался бывший премьер‑министр Испании Хуан Негрин. Потом доктор Негрин жаловался на легкий шум в ушах и «странное онемение губ», но в остальном все обошлось благополучно. Он, наверное, считал, что ему повезло. Аналогичный эксперимент с лишением кислорода привел к тому, что Холдейн на шесть лет утратил чувствительность в области ягодиц и нижней части позвоночника.

Среди многочисленных особых забот Холдейна было исследование азотной интоксикации. По все еще малопонятным причинам азот на глубине около 30 м и больше становится сильнодействующим опьяняющим газом. Известны случаи, когда водолазы под его воздействием предлагали подышать из своих шлангов проплывающим мимо рыбам или пытались устроить перекур. Он также вызывает неконтролируемые скачки настроения. Во время одного из испытаний Холдейн отмечал, как подопытный «попеременно впадал в депрессию и предавался безудержной радости, то умолял снизить давление, ибо чувствует себя «чертовски ужасно», то в следующую минуту хохотал и вмешивался в тест на быстроту мышления своего напарника». Чтобы оценить скорость ухудшения состояния подопытного, ученому нужно было входить в камеру вместе с добровольцем для проведения простых математических тестов. Но уже через несколько минут, как позднее вспоминал Холдейн, «испытатель обычно бывал в состоянии опьянения не меньше испытуемого и часто забывал нажимать кнопку своего секундомера или записывать показания». Причина такого опьянения и сегодня остается загадочной. Считают, что это то же самое, что вызывает алкогольное опьянение, но, поскольку никто точно не знает, что это такое, мы толчем воду в ступе. Во всяком случае, если, покидая поверхность, не соблюдать величайшую осторожность, легко попасть в беду.

Это возвращает нас (ну или почти возвращает) к высказанному ранее замечанию, что Земля – не слишком удобное место для обитания живых существ, пусть даже и единственное. Из малой толики поверхности планеты, достаточно сухой, чтобы на ней стоять, поразительно большая ее доля либо слишком жаркая, либо слишком холодная, слишком сухая, слишком крутая, слишком высокая, чтобы от нее была большая польза. Надо признать, что отчасти это и наша вина. Что касается приспособляемости, человеческие существа потрясающе беззащитны. Как и большинству животных, нам не слишком по вкусу по‑настоящему жаркие места, но поскольку мы так обильно потеем и легко подвержены тепловым ударам, то являемся особенно уязвимыми. В наихудших условиях – передвигаясь пешком без воды в жаркой пустыне – большинство людей не позже чем через 7–8 часов тронется рассудком и свалится, чтобы, возможно, никогда больше не встать. Не менее беспомощны мы и перед лицом холода. Как все млекопитающие, люди хорошо выделяют тепло; однако – ввиду того, что мы практически безволосы, – мы не в состоянии его удерживать. Даже в сравнительно мягкую погоду половина калорий сжигается, чтобы сохранять тело теплым. Разумеется, мы в значительной мере можем противопоставить этим недостаткам одежду и жилище, но даже при этом части суши, на которых мы подготовлены или способны жить, представляются довольно скромными: всего 12 % общей площади суши и только 4 % всей поверхности Земли, если включить моря[223].

И все же, когда думаешь об условиях в других местах известной нам Вселенной, удивляет не то, что мы используем такую малую часть нашей планеты, а то, что нам удалось найти планету, где можно пользоваться хотя бы этой малой толикой. Достаточно взглянуть на собственную Солнечную систему – или на Землю в некоторые периоды ее истории, – и станет ясно, что большинство мест намного суровее и значительно менее приспособлены для жизни, нежели наш спокойный, голубой, влажный шарик.

Пока что исследователи Вселенной открыли за пределами Солнечной системы около семидесяти планет[224]– это из находящихся там, как считают, 10 миллиардов триллионов или около того, так что людям вряд ли можно со знанием дела иметь об этом суждение; но тем не менее уже ясно – чтобы получить пригодную для жизни планету, требуется невероятное везение, и чем сложнее жизнь, тем больше нужно везения. Различные исследователи выделили около двух десятков доставшихся нам на Земле особенно благоприятных обстоятельств, но в нашем беглом обзоре мы выделим только четыре основных.

Отличное местоположение. Мы чуть ли не сверхъестественным образом оказались на нужном расстоянии от подходящей звезды, которая достаточно велика, чтобы излучать большое количество энергии, но не настолько велика, чтобы быстро сгореть. Это одна из странностей физики – чем крупнее звезда, тем быстрее она сгорает. Будь наше Солнце в десять раз крупнее, оно исчерпало бы себя за 10 млн, а не за 10 млрд лет, и нас бы здесь теперь не было. Нам также повезло с орбитой. Окажись мы слишком близко, и все на Земле выкипело бы. Слишком далеко – и все бы замерзло.

В 1978 году астрофизик Майкл Харт[225]после некоторых вычислений пришел к заключению, что Земля была бы необитаемой, окажись она на один процент дальше от Солнца или на пять процентов ближе. Это совсем немного, и в действительности, эти границы слишком заужены. С тех пор они были уточнены и стали несколько шире – от 5 % ближе до 15 % дальше – таковы принимаемые на сегодня границы обитаемой зоны в Солнечной системе. Но это все равно довольно узкий пояс*.

–

* (Открытие экстремофилов в кипящих грязевых резервуарах Йеллоустона и похожих организмов в других местах способствовало пониманию, что вообще‑то жизнь того или иного рода может в значительной мере выходить и за эти рамки – возможно, она существует даже под ледяным покровом Плутона. Здесь же речь идет об условиях, порождающих довольно сложные существа, обитающие на поверхности.)

Чтобы представить, насколько он узок, достаточно взглянуть на Венеру. Венера ближе нас к Солнцу всего на 40 млн км. Солнечное тепло достигает ее всего на 2 мин раньше нас. По размерам и по составу Венера очень схожа с Землей, но небольшая разница в размерах орбит явилась причиной всех существующих различий. Похоже, что в ранний период существования Солнечной системы Венера была чуть теплее Земли и, возможно, на ней были океаны. Но эти несколько лишних градусов тепла привели к тому, что Венера не смогла удержать на своей поверхности воду, что имело губительные последствия для климата. Когда вода испарилась, атомы водорода улетели в космос, а атомы кислорода соединились с углеродом, создав плотную парниковую атмосферу из углекислого газа[226]. На Венере стало очень душно. Хотя люди моего возраста помнят время, когда астрономы надеялись, что под плотными облаками Венеры может найти приют жизнь, возможно даже в виде своеобразной тропической растительности, теперь мы знаем, что окружающая среда там невыносима для любых форм жизни, какие только можно представить. Температура поверхности достигает 470 °C, достаточно, чтобы расплавить свинец, а атмосферное давление на поверхности в 90 раз выше, чем на Земле, выше, чем может выдержать любой человеческий организм. У нас нет техники для изготовления скафандров или даже космических кораблей, на которых можно было бы туда слетать. Наши знания о поверхности Венеры основываются на радиолокационных изображениях и нескольких тревожных всплесках радиосигналов с беспилотного советского зонда, с надеждой сброшенного в облака в 1972 году и проработавшего всего лишь час, прежде чем замолкнуть навсегда[227].

Вот что происходит, когда вы оказываетесь на две световые минуты ближе к Солнцу. Отодвиньтесь подальше, и проблемой станет не жара, а холод, о чем с ледяным спокойствием свидетельствует Марс. Он тоже когда‑то был значительно более приемлемым местом, но не смог удержать достаточно плотную атмосферу и превратился в замерзшую пустыню[228].

Но находиться на нужном расстоянии от Солнца еще недостаточно, иначе Луна была бы прекрасной лесистой планетой, чего мы явно не наблюдаем. Для этого требуется…

Подходящая планета. Не думаю, что даже многие геофизики, если их попросить перечислить благоприятные, на их взгляд, условия, вспомнят, что мы живем на расплавленной внутри планете, однако можно с большой долей уверенности утверждать, что без бушующей под нами магмы нас бы здесь не было. Кроме всего прочего, наши активные недра способствовали формированию атмосферы и магнитного поля, которые защищают нас от космического излучения. Они также дали нам тектонику плит, которая постоянно обновляет и корежит поверхность. Если бы Земля была совершенно гладкой, ее покрывал бы слой воды в три километра толщиной. В этом безбрежном океане могла бы существовать жизнь, но наверняка не было бы футбола.

В дополнение к благотворной активности недр Земли мы еще располагаем нужными элементами, причем в правильных пропорциях. В буквальном смысле мы сделаны из подходящего материала. Это так важно для нашего благополучия, что через минуту мы собираемся поговорить об этом обстоятельнее, но сначала нам надо рассмотреть два оставшихся фактора, начиная с того, который часто упускают из виду.

Мы двойная планета. Немногие из нас считают Луну – планетой, но, по существу, это именно так. Большинство спутников очень малы по сравнению с главной планетой. Например, спутники Марса Фобос и Деймос в диаметре всего порядка десяти километров. А диаметр нашей Луны больше четверти диаметра Земли, тем самым наша планета единственная в Солнечной системе имеет спутник столь значительного относительно нее размера (Плутон не в счет, потому что он сам слишком мал[229]), и это имеет огромное значение.

Без уравновешивающего влияния Луны Земля болталась бы как останавливающийся волчок, и одному богу известно, какие последствия это имело бы для климата и погоды. Устойчивое гравитационное воздействие Луны позволяет Земле вращаться с нужной скоростью и под нужным углом, обеспечивая такую устойчивость, какая необходима для длительного и благополучного развития живых организмов. Это не будет продолжаться вечно. Луна ускользает из наших объятий со скоростью примерно 4 см в год. В следующие 2 миллиарда лет она ретируется так далеко, что не будет поддерживать нашу устойчивость, и нам придется придумывать какое‑то другое решение, но пока можно размышлять о нашей спутнице как о приятной принадлежности ночного неба[230].

Долгое время астрономы предполагали, что либо Луна и Земля образовались одновременно, либо Земля захватила Луну, когда та пролетала мимо. Теперь мы считаем, как уже было сказано в одной из предшествующих глав, что около 4,4 млрд лет назад в Землю врезался объект размером с Марс, вырвав достаточно вещества, чтобы из обломков образовалась Луна. Ясно, что для нас это было большой удачей, особенно то, что все это произошло так давно. Случись это в 1896 году или в прошлую среду, мы, конечно, были бы далеко не так довольны. Это подводит нас к четвертому и во многих отношениях решающему соображению.

Выбор времени. Вселенная – поразительно непостоянное и богатое событиями место, и наше существование в ней является чудом. Если бы растянувшаяся примерно на 4,6 млрд лет невообразимо сложная последовательность событий не оборачивалась бы определенным образом в определенное время – если бы астероид, взять хотя бы один очевидный пример, не стер с лица земли существовавших тогда динозавров, – вы могли бы быть размером в несколько сантиметров, с усиками и хвостиком и читали бы все это, сидя в норке[231].

Мы этого не знаем наверняка, поскольку нам не с чем сравнить свое собственное существование, однако представляется вполне очевидным, что если вы хотите в конечном счете получить умеренно развитое общество мыслящих существ, то надо оказаться в нужном конце очень длинной цепи вытекающих друг из друга событий и явлений, включающих приемлемые периоды стабильности, перемежающиеся подходящим количеством сложных и напряженных ситуаций (на их роль как раз подходят ледниковые периоды), и при этом полностью избежать настоящих катаклизмов. Как мы увидим дальше, нам с этим очень повезло.

И после этого замечания давайте ненадолго вернемся к вопросу о составляющих нас элементах.

На Земле в природной среде встречается 92 элемента (плюс еще около 20 созданы в лабораториях), однако некоторые из них мы можем сразу же отложить в сторону, как в жизни склонны поступать и химики. Немало наших земных элементов удивительно мало изучены. Например, практически ничего не известно про астат. Он имеет название и место в периодической таблице (по соседству с полонием Марии Кюри), но, кроме этого, практически ничего. Проблема не в отсутствии интереса у ученых, а в малой распространенности. Просто его у нас не так уж много. Однако самым неуловимым из всех элементов, похоже, является франций, который настолько редок, что, как считают, на всей планете в любой данный момент насчитывается меньше 20 атомов франция[232]. В целом всего около 30 встречающихся в природе элементов широко распространены на Земле, и лишь полдюжины из них имеют особо важное значение для жизни.

Как вы могли ожидать, нашим самым распространенным элементом, составляющим чуть менее 50 % земной коры, является кислород, но далее относительное обилие часто оказывается неожиданным. Кто бы, например, подумал, что вторым, самым распространенным элементом на Земле является кремний или что титан занимает десятое место? Распространенность имеет мало общего с известностью или полезностью для нас. Многие из менее известных элементов на самом деле распространены шире более известных. Церия на Земле больше, чем меди, а неодима и лантана больше кобальта или азота[233]. Олово еле входит в пятый десяток, его затмевают такие сравнительно малоизвестные элементы, как празеодим, самарий, гадолиний и диспрозий.

Распространенность имеет мало общего и с легкостью обнаружения. Алюминий – четвертый из самых распространенных на Земле элементов, составляет почти десять процентов того, что у вас под ногами, но о его существовании даже не подозревали, пока он не был открыт в XIX веке Гэмфри Дэви, и долгое время после этого он считался редким драгоценным металлом. Конгресс чуть было не покрыл блестящей алюминиевой фольгой Монумент Вашингтона, дабы показать, какой шикарной преуспевающей страной мы стали, а французская императорская семья в то же самое время отказалась от парадного столового серебра, заменив его алюминиевым сервизом. Держаться на острие моды приходится даже ценой тупых ножей.

Распространенность также не обязательно имеет отношение к важности элемента. Углерод лишь пятнадцатый по распространенности элемент, на него приходятся весьма скромные 0,048 % земной коры[234], но без него мы бы пропали. Атом углерода бесстыдно неразборчив в связях. Подобно доступной каждому девице атомного мира, он цепляется ко множеству других атомов (включая себе подобных) и крепко держит, образуя на молекулярном уровне прочные цепочки, какие водят танцующие в веселом южно‑американском конга, – тот самый трюк природы, без которого не обойтись при создании белков и ДНК. Как пишет Пол Дэвис: «Если бы не углерод, жизнь, какую мы знаем, была бы невозможна. Вероятно, была бы невозможна жизнь любого рода». И тем не менее углерода не так уж много даже в нас, крайне от него зависящих. Из каждых двухсот атомов в вашем теле 126 – атомы водорода, 51 – кислорода и только 19 – углерода*.

–

* (Из остальных четырех 3 атома азота, а оставшийся атом делится между всеми остальными элементами.)

Другие элементы важны не для сотворения жизни, а для ее поддержания. Железо требуется для производства гемоглобина, без которого мы бы погибли. Кобальт необходим для образования витамина В₁₂. Калий и совсем немножко натрия без преувеличения полезны для ваших нервов. Молибден, марганец и ванадий благотворны для ферментов. Цинк – хвала ему – окисляет алкоголь.

Мы эволюционировали таким образом, чтобы использовать эти вещества или переносить их присутствие – иначе мы вряд ли могли оказаться здесь, но, несмотря на это, мы можем существовать лишь в очень узких рамках допустимого. Для всех нас жизненно важен селен, но примите его чуточку больше, и это станет последним делом вашей жизни. Потребность организма в определенных элементах или степень их переносимости унаследованы в ходе его эволюции. Овцы и крупный рогатый скот ныне пасутся бок о бок, но, по существу, у них очень разные потребности в минералах. Нынешнему крупному скоту требуется довольно значительное количество меди, потому что они развивались в районах Европы и Африки, для которых было характерно обилие меди. Овцы, с другой стороны, развивались в бедных медью областях Малой Азии. Вполне естественно, что наша переносимость элементов, как правило, прямо пропорциональна их распространению в земной коре. Мы эволюционировали в расчете на небольшие количества редких элементов, которые накапливаются в мясной или растительной пище, которую мы потребляем, а иногда потребность в этих элементах является критической. Но стоит увеличить дозу, в ряде случаев совсем незначительно, и скоро мы можем перейти безопасный порог. Многое здесь еще не до конца понятно. Никто, например, не знает, нужно ли для нашего здоровья едва заметное количество мышьяка. Некоторые авторитеты утверждают, что нужно; другие – нет. Что известно определенно, так это то, что слишком большое его количество вас убьет.

Свойства элементов становятся еще более удивительными, если их соединить. Например, кислород и водород – два из находящихся под рукой самых легко воспламеняющихся элемента, но объедините их – и вы получите невоспламеняемую воду*.

–

* (Сам кислород не является воспламеняющимся; он лишь способствует воспламенению других предметов. Это даже хорошо, потому что, если бы кислород был воспламеняющимся, каждый раз, когда вы зажигали бы спичку, вас бы охватывало пламенем окружающего воздуха. С другой стороны, газообразный водород чрезвычайно огнеопасен, как наглядно показал несчастный случай с дирижаблем «Гинденбург», когда 6 мая 1937 года в Лейкхерсте, штат Нью‑Джерси, водород, которым он был наполнен, полыхнул пламенем, унеся жизни 36 человек.)

Еще более необычным является соединение натрия, одного из самых химически активных элементов, и хлора, одного из наиболее токсичных. Бросьте кусочек чистого натрия в обычную воду и получится взрыв, достаточно сильный, чтобы убить вас. Хлор еще более опасен. Хотя в слабых концентрациях его используют для уничтожения микроорганизмов (это как раз хлором пахнет отбеливатель), в больших количествах он смертелен. В Первую мировую войну именно хлор был избран составной частью многих отравляющих газов. И как могут засвидетельствовать многие пловцы с покрасневшими глазами, даже очень слабый его раствор неблагоприятен для человеческого организма. Но соедините эти два опасных элемента, и что вы получите? Хлористый натрий – обыкновенную поваренную соль.

Как правило, если элемент не проникает в наш организм естественным путем – скажем, если он нерастворим в воде, – мы будем плохо его переносить. Свинец для нас ядовит, потому что мы никогда не подвергались его воздействию, пока не стали делать из него посуду и водопроводные трубы. (Не случайно химический символ свинца – РЬ, от латинского слова plumbum, означающего водопроводное дело). Римляне, кроме того, придавали свинцом пикантный вкус вину, что, возможно, отчасти послужило причиной того, что римляне теперь не те. Как мы видели, наши отношения со свинцом (не говоря уж о ртути, кадмии и всех других промышленных загрязнителях, дозы которых мы регулярно получаем) не оставляют много места для самодовольства. Ну а к тем элементам, которые не встречаются на Земле в естественном виде, у нас не выработано никакой переносимости, так что им свойственно быть для нас чрезвычайно токсичными, как, скажем, плутоний. Наша переносимость плутония равна 0: ни при каком уровне вам не захочется быть рядом.

Я так долго распространялся об этом, чтобы донести до вас одну небольшую истину: Земля выглядит такой чудесно приспособленной для нас в значительной мере потому, что мы на ней развивались и приспосабливались к ее условиям. Мы восхищаемся и удивляемся не тому, что она пригодна для жизни, а тому, как хорошо она подходит к нашей жизни, – а этому вряд ли стоит удивляться. Возможно, многое из того, что создает нам замечательные условия – Солнце нужных размеров, преданная нам Луна, дружелюбный углерод, невпроворот расплавленной магмы и все прочее, – представляется великолепным, потому что мы возникли именно в таких условиях. Никто не сможет ответить на этот вопрос.

Другие миры, возможно, служат убежищем существам, которые радуются серебристым озерам ртути и плывущим в небе аммиачным облакам. Обитатели, возможно, гордятся, что их планета не трясет их из‑за бессмысленно трущихся друг о друга плит и не изрыгает на окрестности грязные потоки лавы, а постоянно находится в безмятежном, никакой тебе тектоники, покое. Далекие гости Земли почти наверняка были бы поражены, обнаружив, что мы обитаем в атмосфере, состоящей из азота, газа, упрямо не желающего вступать в какие‑либо реакции, и кислорода, настолько пристрастного к горению, что нам приходится повсюду держать пожарные команды, дабы предохранить себя от его веселеньких последствий. Но даже если наши гости дышат кислородом, ходят на двух ногах, любят гулять по магазинам и смотреть кино, вряд ли они сочтут Землю идеальным местом. Мы даже не сможем угостить их обедом, потому что наша пища содержит следы марганца, селена, цинка и частицы других элементов, часть из которых окажутся для них ядовитыми. Земля может вовсе не показаться им сказочным местом.

Физик Ричард Фейнман любил шутить по поводу апостериорных выводов – логического хода мысли от уже известных фактов к возможным причинам. «Знаешь, со мною ночью случилась поразительная вещь, – рассказывал он. – Я видел во сне машину с номером ARW 357. Можешь себе представить? Какова вероятность увидеть именно этой ночью из множества миллионов номеров машин именно этот номер? Поразительно!» Он, конечно, имел в виду, как легко изобразить любую тривиальную ситуацию как нечто необыкновенное, если придавать ей судьбоносное значение.

Так что, возможно, что явления и обстоятельства, которые привели к возникновению жизни на Земле, не так уж необычайны, как нам нравится думать. И все же они были достаточно необычными. Бесспорно одно: им придется оставаться такими, как есть, пока мы не подыщем чего‑нибудь получше.

Date: 2016-01-20; view: 392; Нарушение авторских прав