Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга

оледенения; в области полюсов Земля покрылась ледяным панцирем толщиной в 3, а в области экватора – в 1,3 км. Это оледенение затормозило дальнейшее развитие на Земле на 10 млн лет. Компьютерные вычисления канадских ученых позволили предположить, что, когда ледники преодолели широту в 30°, то в течение 150 лет замерзли оставшиеся, еще свободные ото льда области вдоль экватора. События такого рода называют tipping points, переломными моментами, по достижении которых процесс внезапно начинает усиливаться самопроизвольно. Этот переломный момент возник благодаря тому, что с оледенением всей Земли усилилось отражение света от белой поверхности льда; возник так называемый альбедо-эффект. Это в течение короткого времени привело к экспоненциальному увеличению потерь тепла земной поверхностью.

Естественно, тут же возникает вопрос: как Земля – почти полностью замерзшая – смогла 635 миллионов лет назад освободиться от ледяного панциря? Следует указать на интенсивную вулканическую активность, которая оказала на климат действие двоякого рода. Прежде всего большое значение имели сульфатные частицы, которые в течение нескольких месяцев после извержения образуются в атмосфере из вулканических газов. Эти сульфатные частицы поглощают и рассеивают часто солнечные лучи. Это приводит к разогреванию в стратосфере, но одновременно задерживает часть солнечных лучей. Тем самым земной поверхности достигает меньше лучей, что приводит к еще большему охлаждению. Мощные, взрывоподобные извержения вулканов сами по себе оказывают сильное влияние на климат. При этом в атмосферу на высоту 10–50 км выбрасывается пепел, достигающий стратосферы; иногда пепел достигает даже мезосферы, как это, предположительно, было при извержении вулкана Тамбора в 1815 году, сильнейшем извержении за последние несколько столетий. Когда в 1991 году произошло извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах, а это было намного менее мощное извержение, глобальная температура на несколько лет снизилась на пару десятых градуса.

Но при этом запускается и другой процесс. Если вулканическая активность – по геологическим временным меркам – остается на высоком уровне, то, согласно наблюдениям палеоклиматологов, после «вулканической зимы» наступает в типичных случаях более сильное глобальное потепление климата. Причина кроется в одновременном выбросе таких тепличных газов, как углекислый газ и в особенности метан. Надо при этом заметить следующее: то, что человек сейчас делает, сжигая ископаемое топливо и леса, приводит к высвобождению в атмосферу углекислого газа в количествах, многократно превышающих его количество, выбрасываемое в атмосферу вулканами; вклад вулканов в общий объем углекислого газа в атмосфере составил в 2018 году менее процента. Таким образом, то, что творит сейчас человечество, – образно говоря – гигантская антропогенная вулканическая активность со всеми ее последствиями для глобального климата. Естественная история Земли наглядно показывает нам, какое влияние эти эффекты оказали на развитие форм жизни на нашей планете. На границе докембрия и кембрия более 600 млн лет назад возросшая вулканическая активность привела сначала, как и следовало ожидать, к дальнейшему снижению средней глобальной температуры. Но в конечном счете температура стала повышаться, что привело к отступлению оледенения и к взрывоподобному возникновению самых разнообразных биологических организмов. Последующее снижение температуры вызвало первое глобальное массовое вымирание организмов в более поздней истории Земли, за ним последовали и другие. Известно по меньшей мере пять таких массовых вымираний. Некоторые ученые видят в нынешнем ускоряющемся вымирании первый признак начала нового, шестого массового вымирания, движущая сила которого на этот раз – сам человек. В истории Земли такие события в течение коротких периодов (по геологическим масштабам) уничтожали бесчисленное множество видов. Самое массивное из известных вымираний в истории Земли произошло в пермском периоде, около 250 млн лет назад. В ходе этого массового вымирания погибло 96 % всех обитателей моря и более трех четвертей видов, обитавших на суше. По статистике, подобные события случаются каждые 200–600 млн лет. Если принять эту величину за масштаб, то массовое вымирание в настоящее время выглядит несколько преждевременным.

В среднем в настоящее время каждые 15 минут исчезает один вид. Таким образом, за один год исчезают 60 000 видов. Для выживания эукариотических организмов, то есть организмов, клетки которых имеют истинное ядро, существенное значение имеют умеренные условия окружающей среды. Простые организмы, такие как прокариоты, одноклеточные существа, лишенные ядер и клеточных стенок, такие как бактерии и археи, возникшие в самом начале истории развития Земли, напротив, встречаются сегодня в местах с экстремальными условиями – в термальных источниках, в водоемах с высоким содержанием солей, а также в областях с повышенным ультрафиолетовым облучением, например в условиях высокогорья. Археи – вместе с бактериями и эукариотами – составляют три домена жизни. В настоящее время известно около 700 видов прокариот, из которых некоторые способны переносить в горячих источниках температуру выше 110 °C. Часть этих организмов характеризуется весьма экзотическими путями обмена веществ; эти существа живут в таких местах, куда не проникает солнечный свет, а следовательно, невозможен фотосинтез, как, например, в глубинах океана. Поставщиками энергии там служат восходящие горячие потоки сероводорода, который и служит источником энергии для биохимических процессов. Такие факты говорят о том, что жизнь на Земле зародилась 3,6 млрд лет назад именно в таких местах. Термальные источники обеспечивают условия для преобразований трех первых молекул, необходимых для возникновения органической жизни: углерод, воду и энергию.

Различные факторы обусловливают решающую разницу между миром органической химии и включением ее соединений в первые формы жизни. Для начала каждая живая система должна быть в состоянии самостоятельно продуцировать строительные блоки для построения клетки, используя материал окружающей среды. Далее, живая система должна быть в состоянии извлекать из окружающей среды энергию и использовать ее для жизненно важной деятельности, например для поиска источников питания. Для этого необходимо, чтобы организм мог катализировать разнообразные химические реакции с тем, чтобы в организме эти реакции протекали быстрее, чем в окружающей неживой природе. Еще одно требование: клетка должна обладать способностью с большой точностью управлять процессами обмена веществ с окружающей средой. Для этого клеточные мембраны должны быть в состоянии, с одной стороны, поглощать важные для жизни вещества, а с другой – выводить из клетки возникающие в ходе метаболизма вещества, которые в известных обстоятельствах могут стать токсичными для клетки продуктами распада клеточного материала.

Не в последнюю очередь организм должен быть способен к воспроизведению – для того чтобы передавать потомству свою генетическую информацию.

Существуют данные, указывающие на то, что такие первые формы жизни появились уже через 700 млн лет после возникновения Земли, то есть 3,8 млрд лет тому назад. После существенного изменения состава земной атмосферы организмы, обитавшие в поверхностных слоях водоемов, начали – около 3,3 млрд лет назад – использовать для получения энергии фотосинтез. В течение следующих 2 млрд лет содержание углекислого газа и водорода в атмосфере значительно снизилось, и восстанавливающий характер земной атмосферы сменился окисляющим. В этой смене заметную роль сыграли цианобактерии и другие организмы, позитивно повлиявшие за счет особенностей