Таким образом, атмосфера — это таинственная связь, которая соединяет животных с растениями, растения — с царством животных.
Мы рассмотрели эволюцию клетки в фанерозое, как бы глядя на нее из дофанерозоя. Крупные ископаемые, леса, коралловые рифы и просторы степей — все это в некоторой мере эпифеномен: коренные новации в клеточном метаболизме и поведении происходили в архее и протерозое. Теперь с этого же удобного наблюдательного пункта (дофанерозоя) мы бегло рассмотрим эволюцию фанерозойских экосистем. Мы можем задаваться вопросом, прогрессировала ли жизнь в последние три миллиарда лет, но что она расширила свои владения — это несомненно. Биосфера разрослась, формы жизни стали намного разнообразнее, заселенные области увеличились. Микроорганизмы и даже рыбы были найдены в океанской бездне на глубине 10 км. Вверх биосфера распространяется до высоты около 77 км; на этой окраине она представлена сильно пигментированными спорами грибов (Circinella, Aspergillus, Penicillium, Papulaspora) и аэробными бактериями (Mycobacterium, Micrococcus). В сухих долинах Антарктики обитают эндолитические водоросли и грибы, удовлетворяющие свою потребность в воде конденсирующейся росой. Населены даже кипящие горячие источники; разнообразие видов в них невелико, но термофильные микробы здесь выживают и растут. К своеобразному сообществу организмов привел естественный отбор в сернокислых водах с pH 1; в аммиачных источниках с pH 9 имеются большие популяции устойчивых форм.
Организмы, находящиеся на окраинах биосферы, полностью зависят от ее сердцевины — тропических и умеренных областей. Как правило, первопроходцами оказываются монеры. Они все еще в целом лучше, чем эукариоты, адаптируются к экстремальным физическим условиям. Кроме того, монеры и сегодня снабжают почву и атмосферу дефицитными элементами в подходящей форме и достаточном количестве, как делали это в архее и протерозое. Круговорот элементов зависит от прокариот как количественно, так и качественно; эукариоты вообще не могли бы существовать в мире, лишенном прокариот.
По традиции считалось, что условия среды определяются геологическими и метеорологическими факторами и что жизнь должна была приспособиться к ним или погибнуть. Однако по мере более глубокого познания тропосферы, а также благодаря догадкам, которыми мы в значительной мере обязаны английскому ученому и изобретателю Джеймсу Лавлоку, становилось все более очевидным, что нижняя атмосфера Земли была сильно модифицирована жизнью, причем так, чтобы поддерживать жизнь в еще больших масштабах. Иначе говоря, живое создает существенную часть своей собственной среды обитания. Эта концепция — «гипотеза Геи» — тема недавно вышедшей книги Лавлока.
Гипотеза Геи заключается попросту в том, что определенные свойства атмосферы, осадочных отложений и гидросферы контролируются биосферой и для биосферы. Состав земной атмосферы, если исключить благородные газы, выглядит явно аномальным в сравнении с атмосферами Марса и Венеры, которые представляют собой миры двуокиси углерода. Например, концентрация кислорода в атмосфере Земли остается постоянной, несмотря на присутствие азота, метана, водорода и других потенциальных реагентов. Стабильная щелочность и отсутствие крайних температурных отклонений — это тоже свойства земной поверхности, в основном, вероятно, обусловленные жизнью. В противоположность этому нет данных о том, чтобы жизнь когда-либо вызывала пертурбации атмосферы или осадочных слоев на Марсе или Венере. Очевидно, Гея существует только на Земле. Аномалии земной атмосферы далеко не случайны. По крайней мере в «сердцевине» — в тропических и умеренных областях — характеристики поверхности и атмосферы отклоняются от значений, выведенных путем интерполяции из соответствующих данных для Марса и Венеры, и притом отклоняются в направлениях, благоприятных для большинства видов организмов. Содержание O2 поддерживается на уровне около 20%, средняя температура нижней атмосферы — около 22°, а pH чуть выше 8. Эти всепланетные аномалии существуют очень длительное время; «странный» состав земной атмосферы поддерживается миллионы лет, хотя периоды обновления реагирующих газов измеряются годами и месяцами.
Крайне невероятно, чтобы поддержание температуры, pH, концентрации питательных элементов на оптимальном для жизни уровне в течение громадных периодов времени было результатом одной лишь случайности. Это кажется особенно неправдоподобным в связи с тем очевидным фактом, что главные пертурбации атмосферных газов вызывают сами организмы-прежде всего микробы. Гораздо более вероятно, что биота активно расходует энергию, чтобы поддерживать эти условия. Возможные механизмы поддержания оптимумов среды обитания были рассмотрены в ряде статей Лавлока, Уотсона и автора этой книги. Мы еще не можем описать множество взаимодействующих систем обратных связей, которые должны поддерживать газы земной атмосферы в состоянии, столь отличном от состояния атмосфер Венеры и Марса. Однако мы убеждены в том, что способность выделять и поглощать химически активные газы выработалась у организмов очень рано и что атмосферные равновесия типа нынешнего существовали на нашей планете уже в том отдаленном прошлом, до которого может быть прочитана палеонтологическая летопись.
В архейском зоне гомеостатические механизмы, вероятно, были иными: оптимумы соответствовали анаэробным условиям и, возможно, более высоким температурам. Активность Солнца на протяжении последних 3 млрд. лет не была постоянной, хотя детали ее отклонений реконструировать трудно. Однако жизнь все это время сохраняла свои позиции: процессы адаптивной радиации вели к появлению новых видов, которые со временем давали начало высшим таксонам — современным типам. Биота оптимизировала условия так, что сохранялась непрерывность биосферы во времени. Общее число видов, вероятно, возросло, хотя во многих группах, несомненно, происходило значительное вымирание. Согласно гипотезе Геи, предполагающей необходимость регуляции атмосферы, разнообразие видов — это не роскошь. Миллионы различных видов нужны для поддержания гибкости, реактивности и избыточности перед лицом неизбежных астрономических и геологических возмущений, стремящихся нарушить сложившиеся на планете условия.
Хотя жизнь распределена неравномерно, ее настоящее кипение, ограниченное в основном метровым слоем около водной и твердой земной поверхности, простирается на площади около 500 млн. км2. Возможный следующий успех в распространении жизни — это ее выход за пределы тропосферы в холодные пространства остальной Солнечной системы, а может быть, и дальше. Но вот что должно служить нам предостережением: чтобы продолжать существовать, жизнь должна увлажнять и видоизменять среду своего обитания. Без поддержания разнообразия видов, способности к быстрому размножению, взаимодействиям, гибкости и избыточности жизнь перестанет поддерживать сама себя. Было убедительно показано, что выжить можно и в космосе, но выживание — это еще не самовоспроизведение. Вторгнется ли когда-нибудь биосфера в космическое пространство — это, конечно, открытый вопрос.
Источник: Л. Маргелис. Роль симбиоза в эволюции клетки. Пер. В.Б. Касинова, Е.В. Кунина. Под ред. Б.М. Медникова. Издательство «Мир». Москва. 1963