Пустые калории. Почему мы едим то, что не является едой, и при этом не можем остановиться - Крис Ван Туллекен

Название «период Аида» вызывает ассоциации скорее с адскими пейзажами с кипящей лавой – и, возможно, оно не вполне точно. От ранней поверхности Земли мало что осталось, но несколько крохотных кристаллов силиката циркония, найденные в Западной Австралии, говорят о том, что условия на самом деле могли быть мягче, чем считалось ранее. Эти «цирконы» возрастом примерно 4,4 млрд лет указывают на присутствие жидкой воды, а это, в свою очередь, говорит о том, что океаны могли образоваться на планете уже в первые 150 миллионов лет ее существования1.

Да, они были довольно-таки горячими. Плотная атмосфера древней Земли, состоявшая из углекислого газа, могла послужить «крышкой скороварки», благодаря которой океаны оставались жидкими, даже разогреваясь до невероятных 200 °C. В общем – да, это, конечно, был «период Аида», но уж точно не эпоха расплавленных горных пород. Да и атмосфера тоже была относительно мягкой, состоящей в основном из вулканических газов – углекислого газа, азота и двуокиси серы. Не хватало только одного главного компонента – кислорода.

В еще одном австралийском цирконе возрастом 4 млрд лет обнаружили нечто еще более неожиданное: углерод с «биогенной» сигнатурой[36] – первое косвенное доказательство существования жизни2.

Мы уверены, что одноклеточные организмы появились 3,5 млрд лет назад. Доказательства маленькие, но неопровержимые: микроокаменелости в отложениях железа на севере Канады, остатки строматолитов (микробных колоний) с «биогенным» углеродом на юго-западе Гренландии, маты с бактериальными отложениями в песчаниках Западной Австралии.

3,2 млрд лет назад живые существа уже размножались и меняли геологический состав земли, создавая объекты размером с графства – огромные жилы железа площадью в сотни квадратных километров, которые стали отходами жизнедеятельности древних бактерий3–6. Крупнейшие железные жилы находятся в Австралии, и по ним можно немало узнать о первой эре еды, которая началась с появлением первых живых существ.

В то время в океанах было полно растворенного железа, появлявшегося из подводных вулканов, и это железо стало пищей для древних бактерий. Мы дышим кислородом, а вот эти бактерии вдыхали углекислый газ. А отходами жизнедеятельности была ржавчина. Эти гигантские полосатые железные жилы, из которых добыли металл для производства множества окружающих нас объектов, скорее всего, являются огромными «выгребными ямами» из бактериальных экскрементов7–9.

Если идея поедания металлов кажется вам странной, не беспокойтесь. Здесь все дело в атомах.

Все вокруг состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из протонов и электронов[37]. Разные химические элементы содержат разное число протонов и электронов, которые придают им те или иные свойства (некоторые элементы – прозрачные газы, другие – черные твердые вещества, и т. д.). Но в каждом элементе всегда должно быть поровну протонов и электронов. У кислорода восемь протонов и восемь электронов. У углерода – шесть протонов и шесть электронов. Но не все атомы довольны своей участью[38]. Углерод, например, любит отдавать электроны, а кислород отчаянно хочет захапать их побольше[39]. Недовольные атомы могут собраться вместе, поделиться друг с другом и стать счастливее – и продуктом этого идеального брака становится двуокись углерода (углекислый газ). На их «свадьбе» вырабатывается энергия – и именно благодаря этой химической реакции ездят автомобили.

Когда Лира под вечер становится плаксивой, ее можно сравнить с машиной, у которой заканчивается бензин. И на фундаментальном уровне это действительно так. Лира забирает электроны из еды (атомы углерода, скажем, из кусочка пиццы) и отдает их кислороду из воздуха, который она вдыхает, а потом выдыхает углекислый газ. В автомобиле эта реакция сопровождается взрывом, но вот живые существа делают все возможное, чтобы энергия выделялась более безопасным образом.

Практически во всех клетках Лиры честным отъемом электронов у атомов углерода в пицце (в молекулах сахара из пшеничной муки) занимаются маленькие белки. Эти белки направляют электроны в каскад из других белков в крохотных органах клетки, называемых митохондриями. Электроны, прыгая по этим белкам, работают подобно насосам, наполняя митохондрии электрическим зарядом, как воздушные шарики – воздухом. Напряжение в них равно 30 млн вольт на метр – примерно такое же напряжение имеет молния, бьющая между небом и землей. Последний белок в каскаде отдает электрон кислороду – уже без всякого огня и дыма.

Теперь «воздушный шарик» митохондрии полон электрического заряда, но у него есть маленькие поры, крохотные «фабрики», по которым заряд пробегает под действием этого огромного напряжения. «Фабрики» используют эту энергию для производства новой молекулы, АТФ, которая служит топливом для всех реакций во всех клетках вашего организма. Добавьте АТФ к белку, и получите результат: копирование ДНК, открытие поры, сокращение мышцы, движение клетки. Одна-единственная клетка расходует около 10 млн молекул АТФ в секунду. Один грамм наших митохондрий производит в 10 000 раз больше энергии, чем один грамм солнечного вещества.

А это, как говорится, и есть жизнь. Вся жизнь. От бактерий, живущих на выходах подводных вулканов, до моих пальцев, набирающих на клавиатуре эти слова, процесс всегда один и тот же: жизнь ловит энергию, которую выделяют электроны, пролетающие между едой и дыханием[40]. В общем, едой может послужить что угодно, что меньше нуждается в электронах, чем дыхание.

Таким образом в какой-то момент первых сотен миллионов существования Земли геохимия превратилась в биохимию, и началась первая эра еды – одноклеточные организмы ели горные породы, чтобы создать жизнь. Сейчас мы аккуратно отделяем биохимию от геохимии, иной раз даже располагая факультеты в разных зданиях, но на самом деле не существует какого-либо определенного момента, в который химия горных пород превращается в химию жизни. Тем не менее граница хоть и размытая, но остается границей: живая материя очень сильно отличается от неживой. Как и в классификации еды, где-то нужно проводить линию.

Первая эра еды, в которой еда вообще никогда не была живой, продолжается и сегодня. Бактерии по-прежнему едят горные породы, а мы все еще пытаемся разобраться в фундаментальных процессах. Но в какой-то момент – возможно, когда конкуренция за доступ к ресурсам вроде чистого железа стала слишком жесткой, – появился хитрый план: пусть кто-нибудь другой получает энергию из камней или солнечного света, а мы потом уже съедим его (или его отходы жизнедеятельности). С этого момента все животные стали добывать строительные материалы для своих организмов, поедая другие живые существа. Это вторая эра еды – эра собственно еды.

Когда именно началась вторая