Но насколько эта древняя парниковая атмосфера была стабильна? Или, если обобщить, что позволило поверхности Земли остаться в магическом диапазоне температур между 0 и 100 °С, когда Солнце стало излучать больше энергии? В 70-е годы XX века Джеймс Лавлок и Линн Маргулис утверждали, что, по-видимому, Землю удерживали в диапазоне Златовласки мощные механизмы саморегуляции. Как мы видели, они назвали эти механизмы Геей. Гею образовывала совокупность взаимосвязей между геологией Земли и ее живыми организмами, благодаря которой планета оставалась благоприятной для жизни. Многие ученые по-прежнему скептически относятся к гипотезе Геи. Тем не менее очевидно, что механизмы обратной связи в биосфере существуют и многие из них действительно действуют как термостаты, частично регулируя температуру поверхности планеты. Часть этих механизмов геологические, но в других задействованы живые организмы.
Один из важнейших термостатов имеет чисто геологическую природу, так что он должен был начать работать еще до появления жизни на Земле. Он объединяет тектонику и другой двигатель изменений на планете – эрозию. Если благодаря тектонике горы образуются, то эрозия их разъедает. Ветер, вода и разнообразные потоки химических веществ разрушают горные породы и перемещают их в океаны в соответствии с гравитационным градиентом. Благодаря эрозии горы такие, какие они есть, а не гораздо выше; благодаря тектонике они все вообще не исчезли, превратившись в одну огромную мировую равнину. Конечно, сама по себе эрозия – это побочный продукт тектоники, потому что и ветер и дождь – это порождения недр Земли. А образование гор может ускорить эрозию, потому что гравитация превращает высокогорные реки в разрушительные потоки, которые пропахивают землю и стремительно уносят почвы к океану.
Геологический термостат действует следующим образом. Углекислый газ, один из самых мощных парниковых газов, растворяется в дождевой воде и попадает на Землю в виде углекислоты. Она разъедает горные породы, и побочные продукты этих реакций с высоким содержанием углерода смывает в океан. Здесь часть углерода остается в карбонатных породах. В местах, где в зоне субдукции тектонические плиты погружаются обратно в мантию, часть его (в основном в форме известняка) может оказаться погребена в ней на миллионы и даже миллиарды лет. Таким образом, тектоническая конвейерная лента уносит углерод из атмосферы, в результате чего содержание углекислого газа должно уменьшаться, вызывая похолодание климата. Теперь нам известно, что в мантии захоронено гораздо больше углерода, чем можно найти на поверхности Земли или в ее атмосфере.
При этом, конечно, если бы под землей оказалось слишком много двуокиси углерода, планета бы замерзла. Этому препятствовал (бóльшую часть времени) второй принцип геологического термостата. Под действием тектоники плит (на ледяном Марсе этот механизм, скорее всего, не работает) углекислый газ может вернуться в атмосферу в зонах дивергенции, где вещества мантии, в том числе захороненная двуокись углерода, поднимаются на поверхность через вулканы
[79]. Две части этого механизма находятся в равновесии, потому что повышение температур увеличивает количество дождей, это ускоряет эрозию, и в мантию уходит больше углерода. Но когда Земля остывает слишком сильно, дожди иссякают, под землю попадает меньше двуокиси углерода, содержание углекислого газа растет, потому что его накачивают в атмосферу вулканы, и все снова нагревается. Геологический термостат подстраивается под разогревающееся Солнце уже более 4 млрд лет
[80].
На других планетах Солнечной системы мы ничего подобного не наблюдаем. По Венере можно судить, какой была бы Земля, если бы в атмосфере оставалось слишком много углекислого газа. Сегодня в атмосфере Венеры его огромное количество, и эта планета, по-видимому, пострадала от неуправляемого парникового эффекта. Ее поверхность такая горячая, что на ней испаряется вода и плавится свинец. Марс пошел по другой, тоже неверной дорожке. Он был слишком мал, чтобы его гравитация могла удерживать парниковые газы, так что те улетели; планета остыла, и бóльшая часть воды на ней сейчас представлена в форме льда. Марсоход Curiosity, пробираясь по поверхности Марса, показал, что когда-то, миллиарды лет назад, по нему текли воды и на нем могли процветать простые формы жизни. Но те времена давно прошли. В любом случае ни на Марсе, ни на Венере, по-видимому, нет тектоники плит, и потому они лишены основной детали термостата, действующего на нашей планете. Марс был слишком мал, чтобы удерживать внутреннее тепло, необходимое для тектоники, а Венера, где выкипела бóльшая часть воды, возможно, лишилась водной смазки, которая способствует продольному движению плит и субдукции
[81].
Геологический термостат был далек от совершенства, и порою над ним нависала угроза, которая могла бы повлечь для биосферы плачевные последствия. Но в конце концов образовались другие, запасные термостаты. Они возникли благодаря деятельности живых организмов. Так что нам пора вернуться к тому, какую роль сыграла жизнь, образовавшаяся в биосфере, когда живые существа вышли на геологическую сцену Земли и стали осваивать и в конечном итоге трансформировать ее многочисленные, разнообразные экологические уголки и закоулки.
Единство жизни
Несмотря на огромную разницу между тираннозавром и кишечной палочкой, в важных аспектах живые существа демонстрируют удивительное единство. Все организмы, живущие сегодня, генетически связаны между собой. У них множество общих генетических приспособлений, особенно тех, что выполняют базовые хозяйственные задачи подобно компьютерным подпрограммам. Например, клетки расщепляют пищевые молекулы, чтобы получить их энергию или химические составляющие; в них перемещаются энергия и атомы. Так что на клеточном уровне сложно отличить человека от амебы.
Сегодня биологи могут проследить генетические связи между всеми живыми организмами, сравнивая огромные последовательности оснований A, C, G и T в их ДНК. Главное правило состоит в том, что чем больше разница между двумя геномами, тем больше времени прошло с тех пор, как жил общий предок соответствующих двух видов, и мы примерно знаем скорость, с которой разные типы геномов изменяются. Так что с некоторой уверенностью можно сказать, что общий предок человека и шимпанзе существовал 7 или 8 млн лет назад, а люди и бананы движутся по разным генетическим путям уже около 800 млн лет. Сравнивая ДНК различных биологических видов, можно построить значительно более подробные и, вероятно, более точные генеалогические деревья, чем на основе одной лишь палеонтологической летописи.
Сегодня биологи классифицируют все живые организмы по трем большим доменам: это археи и бактерии, полностью состоящие из одноклеточных прокариот, а также эукариоты, в число которых входят более сложные одноклеточные организмы и многоклеточные, такие как мы. Современная система классификации выросла из трудов по таксономии (классификации), принадлежащих шведскому биологу XVIII века Карлу Линнею. Он сгруппировал все организмы во вложенные друг в друга классы. Низший таксономический уровень, вид, содержит лишь одну единицу. Следующий, более высокий уровень – это род, группа близкородственных видов. Так, человек относится к роду и виду человек разумный (Homo sapiens); род люди (Homo) включает в себя наших уже вымерших предков человека умелого (Homo habilis) и человека прямоходящего (Homo erectus), которого также называют «человек работающий» (Homo ergaster). Начиная отсюда таксономические уровни становятся все более обширными; по возрастающей это семейство, отряд, класс, тип, царство и домен. Таким образом, можно сказать, что человек относится к виду человек разумный, роду люди, семейству гоминиды, отряду приматы, классу млекопитающие, типу хордовые (позвоночные), царству животные и домену эукариоты.
