Постепенно в течение истории Земли за счёт неполного разложения созданного органического углерода… Почему-то все забывают об одной вещи: смотрят на зелёное растение и говорят: «Ах, вот оно нам даёт кислород и убирает углекислоту». Работает, на самом деле, не одно растение, может работать только система из двух компонентов.

Вот для России мы считали такие величины по климату, и получается, что из-за того, что наша страна холодная, из-за того, что у нас много болот, то углерод проваливается в эти резервуары восстановленного углерода. А триста миллиардов тонн углерода (меньше, я округлил цифру) остаются, и это как раз даёт кислород в атмосферу. Не столько фотосинтез, которого в тропических лесах, конечно, больше, сколько невозможность разложить углерод в наших болотах, в нашем сезонном климате.

И такая же штука работала не на уровне одного года или сезона, она работала в течение миллиардов лет, причём, содержание этого керогена осталось примерно одинаково в осадочных породах.

Как это может получиться? Видимо, мы можем сказать, что хлорофильное покрытие Земли было более или менее постоянно, оно менялось в разы, но не на порядки. И с этих камушков, которые я вам показал, оно так вот и работало.

Значит, вся биогеохимическая машина планеты сформировалась с цианобактериального сообщества. Цианобактерии или сине-зелёные водоросли, как их иначе называют, составляют очень узкую по своим физиологическим способностям систему, они накапливают разнообразные органические вещества, и эти вещества начинают использоваться очень разными бактериями. То есть на каждую компоненту этого вещества нужно иметь свой «трофический маршрут», который начинается со сложного вещества, с целлюлозы, например, постепенно деградируются мелкие молекулы, доходит до ацетата уксусной кислоты, водорода и там начинает работать вторая часть цикла.

Итак, вот это нужно чётко запомнить, что система состоит из продуктивной и деструктивной части.

Чтобы кончить с этими цифрами, я должен упомянуть, что сейчас в море ещё работает серный цикл, где разложение идёт в условиях отсутствия кислорода за счёт восстановления сульфатов в сероводород – все морские системы так работают, как только уходят в анаэробные условия.

А в прошлом, примерно два миллиарда лет назад, в дополнении ещё работал железный цикл, тот самый, который создал Курскую магнитную аномалию, Костамукшу, где были накоплены чудовищные запасы кислорода, связанного железом. Считают, что в эти запасы и в сульфаты моря ушло примерно 40 процентов когда-либо образованного кислорода, если считать по углероду, остающемуся в осадочных породах.

Значит, получается такая штука, что вы не можете обходиться одним растением, одним животным, вы обязательно должны брать биосферно-геосферную систему, которая взаимодействует. И без системного подхода вы ничего не можете объяснить. И чем дальше, тем всё больше и больше приходится накручивать и расширять эту систему.

А большие системы изучать можно только одним путём: взять сначала очень большую систему, постепенно рассекать её на части, решать куски и помнить, что когда ты разрезал, выделил какую-то подсистему и начал изучать её, то тут рядом есть ещё одна система, и они взаимодействуют для создания большой системы, например, как климат взаимодействует с биотой.

Теперь ещё о чём можно рассказать? Как раз здесь показан кероген, и вот видите там, на пике, есть подъём в карбонатах в возрасте двух миллиардов лет, это как раз тот камушек, который я показывал.

Почему-то в этот момент произошло утяжеление карбоната. В то же время в органическом углероде держится примерное отношение изотопов около минус 25 промилле. И это служит чётким доказательством того, что в течение всего обозримого периода работала система, аналогичная цианобактериальной, потому что изотопная характеристика – это характеристика типа усвоения зелёным растением. А зелёное растение, кстати, это тоже просто способ вынести цианобактерию, когда-то занесённую внутрь, на поверхность, в воздух, где больше света, и обеспечить её водой.

У нас получается так, что вся история Земли в плане цикла углерода, была более или менее постоянна, всегда источником были фотосинтезирующие организмы, использующие цикл Кальвина или рибулозобисфосфатный цикл, но я не буду нагружать вас терминологией.

Два провала вниз объясняют тем, что, вероятно, в этот момент было большое образование за счёт окисления метана. Потому что у метанокисляющих идёт большее фракционирование, и углерод получается полегче. Но толком в этом нельзя разобраться, потому что тогда к этому же периоду нужно привязать избыток использования кислорода из атмосферы.

Вот на этих картинках показана общая схема.

Мы видим, что работают две взаимодополняющие системы. С одной стороны, наверху, я изобразил эндогенные процессы, происходящие в геологической среде. А внизу нарисовал солнышко, которое светит на биоту, использующую энергию. И у нас получается очень чёткая машина, движущаяся Солнцем. В начале происхождения Земли, примерно четыре миллиарда лет назад, сформировалась атмосфера и гидросфера в результате дегазации, в результате ударов планетезималей. С другой стороны, происходило постоянно обновление поверхности Земли. И для того чтобы остался кислород, нужно провести две вещи – нужно убрать СО2 из атмосферы, чтобы не было парникового эффекта и мы не превратились в Венеру. Для того чтобы убрать её, есть один реальный механизм – это образование известняков, доломитов – карбонатов вообще. Для того чтобы их образовать, нужно вынуть из изверженных пород кальций и магний и засадить их туда. В результате, после того как вы металлы вытащили из пород, у вас останется глина, а глина – это лучший глинистый минерал, естественно, тонко дисперсный материал. Это как раз самая выгодная вещь для того, чтобы захоронить кероген, и значит, вся машина очень жёстко опять-таки завязана друг с другом, и вы не можете выбрать из неё какой-то один элемент. Вот в центре я изобразил эти циклы. Мы их подробно рассмотрели.

Теперь давайте сделаем ещё следующий шаг – вот страшно упрощённая схема того, как работает трофическая система цианобактериального мата.

Зелёненькое наверху – это продуценты, это сине-зелёные водоросли или растения. Верхнюю половину до пунктира занимают аэробные системы с блоками групп организмов и овалами веществ, а ниже пунктира – анаэробная система. Как видите, она опять-таки замыкается в цикл, и конечные продукты анаэробного разложения должны быть снова окислены.

Задача микробиолога – в каждый такой блок, в каждый квадратик посадить необходимые организмы. Вытащить их из природы, посадить в пробирку, изучить, как они работают, и потом скомпоновать в общую систему. Это работа микробиологами была проделана в течение последних ста лет. Причём, основателем этого подхода был тот самый Сергей Николаевич Виноградский. Он после революции остался во Франции, вёл себя очень корректно, но, тем не менее, был не слишком популярен у нас в стране. Можно следующую картинку?

Есть, собственно говоря, два варианта устроить фотосинтетическую систему. Первый – это аэробная система, второй – система пурпурного океана. Мог быть такой океан. Пурпурные бактерии – это анноксигенные организмы, анаэробы. Они используют либо органическое вещество и водород как восстановитель, либо замыкают серный цикл. Такая штука могла быть и, вообще говоря, по одному из вариантов, она могла накачать все сульфаты океана, так что к этой группировке нужно относится серьёзно. Но там есть и другие варианты, и вроде бы как раз проходят другие варианты, когда сульфаты накачиваются либо за счёт образованного кислорода, либо за счёт фотохимии.

Как видите, опять-таки, и здесь, в общей микробиологии, мы не можем работать с одной какой-то чистой культурой. Чтобы понять всю систему, нам приходится всё время набирать, устраивать связки веществ, которые работают между микробами. Но можно сказать довольно уверенно, что те трофические системы, которые вы здесь видите, судя по тому, что мы смогли изучить в реликтовых сообществах, они работали в течение всей геологической истории, с самого её начала.

И поскольку их достаточно для того, чтобы обеспечить работу всех циклов вместе, следовательно, мы можем утверждать, что система бактерий по своим химическим реакциям, по своим химическим способностям необходима и достаточна для поддержания биосферы на Земле, что всё остальное есть надстройка над необходимым. И когда нам предлагают смывать бактерии с рук какой-нибудь отравой, то вместе с этим, к сожалению, внедряется представление о том, что, дескать, все они вредные и что чем стерильнее мы живём, тем нам будет лучше. Это абсолютное заблуждение, глубокое заблуждение. Потому что на самом деле вся наша система работает на тех бактериях, на которых нам наплевать.

Можно кадр назад вернуть? Это вот очень схематичное изображение того, где мы находим такие сообщества бактериальные, которые, скорее всего, аналогичны тому, что было примерно два миллиарда лет назад. Это изображение континента, который движется. На его активном крае появляется вулканический пояс, там мы находим термофильные микробы. Дальше, в серёдке, на континентальных платформах внутри континентов мы находим механизм удаления СО2 из атмосферы благодаря выветриванию, это содовые системы. Надо сказать, что в этой области, несмотря на весь упадок, моей лаборатории сильно удалось всех обогнать – поэтому я хочу похвастаться немножко.

Вот эти самые строматолиты, которые находятся в зоне образования седиментагинеза, это те организмы, которые задолго до скелетных организмов устроили сток углекислоты из атмосферы и создали карбонатный резервуар, избавили нас от убегающего парникового эффекта, произошедшего на Венере.

На следующей картинке как раз содовое озеро в Центральной Азии, где вы видите отложение соды на берегу. Озеро очень неглубокое, как видите, до колена исследователя. И, наконец, внизу сам цианобактериальный мат, такой же, каким, вероятно, он был миллиарды лет назад.

Вот говорят – «устойчивое развитие». На Земле было устойчивое развитие, когда никто никого не ел. А это было в период бактерий. Бактерии в принципе не могут друг друга есть, им приходится пользоваться другими, тоже не очень ласковыми, но другими путями.

Вот, пожалуй, то основное, что я хотел вам рассказать в очень поспешных и коротких чертах. Потому что каждый квадратик на моей схеме – это сотни организмов, которые нужно разгонять по матрице разных условий, зависящих от РН, температуры, минерализации, всего прочего – и для каждого существует свой набор. Но в принципе, такая трофическая схема достаточна для того, чтобы служить руководством для поиска нового зверя, нового микроба.

И дальше там идут всякие прикладные вещи вроде образования отложений осадочных руд. Это уже несколько специальная вещь. А на этой картинке вы видите очень увеличенный срез той плёнки, что мы показывали, где наверху расположены цианобактерии, белые пятна – это отложение карбонатов. Дальше – чёрная полоса, это серный сульфатный цикл с образованием чёрного железа. А дальше – это всё повторяется много раз.

Вот, пожалуй, галопом по истории… Я всё-таки умудрился 4 миллиарда лет уложить во сколько?

А.Г. В 35 минут.

Первый вопрос к вам. Когда я обращался к микробиологам в этой студии с просьбой разъяснить мне некие странности эволюции бактерий, мне сказали – это вот Заварзин придёт, к нему тогда и вопросы, пожалуйста. Из ваших слов и из предыдущего знакомства с этим грандиозным, не нуждающимся в нас мире бактерий, у меня создалось впечатление, что они либо отказываются от эволюции по известным нам принципам, либо эволюционируют как-то по-своему. В чём здесь штука?

Г.З. В той схеме, о которой я рассказывал сейчас, эволюция не нужна им. Просто не нужна.

А.Г. Не нужна – это я понимаю. Но как её избежать? Ведь мы привыкли считать, что эволюция неизбежна, что мутация накапливается, так или иначе, происходит отбор и так далее.

Г.З. Ой, это не совсем так получается. Потому что эволюция идёт, в общем, аддитивно. И я пытаюсь убедить своих коллег-эволюционистов в том, что для того, чтобы новое могло появиться, оно должно согласовываться со старым, с существующим. А раз так, сохранение старого является необходимостью для появления нового.

Только потом и частично может произойти замена. Скажем, цианобактерии, о которых я говорил, могут частично (и это произошло примерно миллиард лет назад) замениться зелёными водорослями, которые, кстати, теряют способность ассимилировать азот. И поэтому система вся остаётся жёстко зависящей от ассимиляции азота бактериями.

Как раз нам сейчас показывают картинку, как живут термофильные цианобактерии вокруг выхода горячей воды. Вода там градусов 70 в середине, и они кругом располагаются, валиком. Это Камчатка. Так что вы бактерии можете руками потрогать и видеть их, когда их много.

А.Г. Получается, что всё, что было надстроено, весь этот шалашик, включая нас с вами, он совершенно не обязателен для существования огромной экосистемы. Мало того, в последнее время вмешательство одной из частей этой новой биоты, назовём её так, наоборот пытается сбить этот ритм, это дыхание. Или всё-таки у нас кишка тонка для того, чтобы бороться…

Г.З. Чтобы напакостить? Нет, ну что вы. Наши возможности в этом отношении очень велики. Причём, главное – это не избыток углекислоты с выхлопными газами. Основная беда – это изменение ландшафта. Для того чтобы сохранить биоразнообразие, поддерживающее Землю, наше существование, нам необходимо сохранять ландшафт. И прежде всего – через углеродные циклы. Понимаете, мы не погибнем, если исчезнет амурский тигр. Очень жалко будет его, но мы не погибнем. А вот если шесть ведущих лесообразующих пород – ёлки, сосны, берёзы, лиственницы – засуховершинят и выйдут, то тогда вся система, по крайней мере, северного полушария, полетит в очень неприятном направлении. Вот тогда нам будет очень плохо.

Поэтому, получаются две совершенно разные вещи. Если вы хотите добиваться устойчивого развития, сохраняйте массовые виды – эдификаторы, как их называют в науке.

Если вы хотите сохранять биоразнообразие, пожалуйста, сохраняйте стерха, амурского тигра и всё прочее. Но это совершенно другая игра. Это не устойчивость, это генетический резервуар. И самый важный генетический резервуар, кстати, это резервуар бактериальный – он-то идёт для биотехнологии.

Значит, чтобы его спасти, вы должны спасти эти системы, вот такие, как я показывал, скажем, для термофилов. Значит, вы должны строить заповедники не только для косуль и калана, но и заповедники для микробов.

Потому что микробы максимально зависят от геосферной обстановки вокруг них. Они сохраняются только как экосистема… Вот тут мелькнула картинка места, где просто льётся серная кислота, это на острове Кунашир, я добываю горячих микробов оттуда. Да, да, вроде ада это место.

А.Г. Получается, что если благодаря нашим усилиям или любым другим изменениям в существующем порядке вещей, случится катастрофа, то единственными, кто может претендовать на то, что жизнь восстановится, пусть, может быть, даже несколько в другом виде, являются только бактерии. Потому что чуть-чуть изменится (чуть-чуть, я имею в виду, на десяток градусов) средняя температура на Земле, и это будет огромной проблемой для выживания всей биоты, кроме бактерий.

Г.З. Да, но тут нужно иметь в виду две вещи. То, что выживут другие бактерии, произойдёт так называемая адаптивная динамика, не адаптация бактерий тех, которые есть, а смена видов. Потому что для организма с коротким жизненным циклом, как у бактерии, для него выгоднее последовательно заменить один вид другим. В то время как для, скажем, дерева, пожалуйста, – держись в течение ста лет, как не будет колебаться вокруг тебя климат. Сам организм должен адаптироваться, а с бактериями – по-другому.

А.Г. Замена вида вместо адаптации, да?

Г.З. Замена вида… Вот мелькнула хорошая картинка – как я себе представляю Землю два миллиарда лет назад. Это снято на Сиваше, вы видите покров из сине-зелёных водорослей на очень мелкой лагуне, где эти самые камушки образовывались. Так что это вы можете сейчас руками почувствовать, увидеть всё это.

А.Г. Да, даже когда камень держишь, которому два с половиной или четыре миллиарда лет, и то некое волнение охватывает. А когда это жизнь, причём, жизнь в неизменившемся виде за такое время… Это меняет философию отношения к тому, что происходит.

Г.З. Совершенно верно, это изменение мировоззрения. И мировоззрение это требует того, чтобы заменить индивидуальные изменения (мутаций, о которых вы говорили) пониманием кооперативной системы.

А.Г. Но тут получается обидная штука. Кооперативная-то она кооперативная, но без нас может обойтись совершенно спокойно. Ну, вымер амурский тигр, ну и хомо сапиенс вымер, подумаешь…

Г.З. Действительно, для существования биосферы это… Ну, что ж, динозавры вымерли – обычно на них ссылаются – их заменил кто-то другой, ну и что?

А.Г. Ну, как? Это такой удар по антропоцентризму, что просто дальше-то уж некуда.

Г.З. Видите ли, я естественник. И поэтому антропоцентризм для меня нечто находящееся в другой плоскости. Если мы захотим говорить о антропоцентристском мировоззрении, я буду говорить о других вещах. Я буду говорить о социальной психологии, я буду говорить об устойчивости кооперативных систем в отличие от систем индивидуальных – они аналогичны тем системам, которые я разбираю.

Скажем то, что я показывал, говоря о системе бактерий. Это то же самое производство на заводе. Тот же самый сетевой график, те же самые потоки в сетях. Это делается на одной и той же логической основе.

А.Г. А как вы относитесь к идее пансперми?

Г.З. Значит, вы хотите меня спрашивать о метеоритах?

А.Г. Я хотел даже дальше спросить. Если пробы грунта с Марса к нам доставят, и там на самом деле была жизнь, понятно, что это была жизнь бактерий. Какие бактерии нам там искать?

Г.З. Там, видимо, искать нужно анаэробов, развивающихся глубоко, за счёт эндогенных реакций, нефотосинтезирующих.

Но с этими метеоритами есть гораздо более неприятные вещи. То, что бактериоморфные образования имеют метеоритный возраст в 4,6 миллиарда лет. Больше чем возраст Земли. Вот как с этим распутаться, я плохо себе представляю.

А.Г. Ну, это прямое указание на то, что гипотеза пансперми имеет право на существование и даже получает косвенное доказательство.

Г.З. Если, конечно, то, что мы видим в метеоритах, правильно интерпретируется. В чём есть очень большие сомнения и обоснованные сомнения. Во всяком случае, органическое вещество, которое мы находим в этих метеоритах, перестаёт быть доказательством абиотического синтеза.

То есть, всю сумму фактов нужно положить в другую коробочку и рассматривать аккуратнее. Ту сумму фактов, на которую намекают и МакКей, и Розонов, и Горленко, и Жмур, – те, кто интерпретируют свои находки как бактериоморфы. Отличить их, вообще говоря, от бактерий трудновато. Могут они быть органическими. Хотя бактерии очень легко имитируются минеральными образованиями.

Так что, это очень профессиональные вещи. Прежде чем найдём абсолютно достоверный кусочек, абсолютно достоверный снимок, всё это находится под большим знаком вопроса.

Но главный вопрос – 4,6 миллиарда лет. Где наврали?