Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен

Бумага — это всего-навсего проклеенное переплетение биополимера целлюлозы, самой распространенной биомолекулы на Земле. Волокна целлюлозы — главной составляющей древесины, стеблей, корней и листьев — представляют собой полимерные цепочки из сотен и тысяч молекул глюкозы, сахара с кольцом из шести атомов углерода. Прочность бумаги зависит от ее толщины и длин молекул целлюлозы. Усовершенствованные промышленные процессы производства этого материала за последние 150 лет привели к выпуску более тонкой и непрочной бумаги с более короткими, механически перетертыми нитями целлюлозы. Использование в массовом производстве кислот при промывке и переплетении бумаги ускоряет процесс разложения целлюлозы — деполимеризацию, которая еще больше ослабляет листы. Целые библиотеки желтой прессы, комиксов и бульварных романов XIX и XX вв. превращаются в пыль.

Тем не менее сложно не заметить в старении нот Фреда Шупа аналогию для всех нас. Мы все деполимеризуемся: стареющие кожа, волосы, мышцы и кости — все ослабевает, по мере того как цепочки углеродсодержащих молекул распадаются.

КОДА — Музыка

Химия углерода пропитывает нашу жизнь. Почти каждый предмет, который мы видим, каждая вещь, которую мы покупаем, каждый кусочек пищи, который мы съедаем, основан на шестом элементе. Углерод влияет на все виды деятельности и события — работу и спорт, сон и ходьбу, рождение и смерть.

Вы уже наверняка заметили, что музыка — моя неистовая страсть, и за это я должен благодарить углерод. Симфонический оркестр — каждая секция, каждый инструмент — поет песнь углерода. Струнные инструменты — скрипки и альты, виолончели и контрабасы — состоят почти полностью из углеродных соединений: деревянный корпус, гриф, дужка, колки и струнодержатель, жильные струны, смычок из конского волоса и пластиковая подставка для подбородка. Им также нужны смазка для колков и вязкая канифоль для смычка.

Деревянные духовые? Название говорит само за себя: дерево образует корпус гобоя, кларнета и фагота. Бамбук используется для их язычка, пробка — для уплотнительных прокладок изящных составных корпусов. Даже металлическим флейтам нужны смазочное масло и герметичные кожаные подушечки для их поразительного ряда клапанов.

Группа ударных инструментов стучит и звенит благодаря изобилию углерода — ясеневые барабанные палочки и корпуса барабанов, обтянутые телячьей кожей, тиковые ксилофоны и эбеновые клавиши пианино[38], кастаньеты и тамбурины, деревянные коробочки и клаве, маракасы и маримбы, барабаны конга и бонго.

С фортепиано практически та же история: деревянная рама, обитые войлоком молоточки и резиновые клапаны — все это спрятано в фигурный корпус, деликатно обработанный углеродсодержащими красками, красителями и лаком. А когда-то все 85 клавиш каждого пианино были покрыты прочными пластинками из слоновой кости — это дорогая отделка, которая стоила жизни тысячам слонов в год. Одного бивня хватало на 45 клавиш; тонкие пластинки, по три прямоугольника на клавишу, тщательно обрезались и затем раскладывались на солнце на несколько недель, чтобы получить предпочитаемый «белый» оттенок клавиш. Сегодня добротную синтетическую замену обеспечивают крепкие пластмассы — полимеры цвета слоновой кости, которые заменяют запрещенный углеродсодержащий биоматериал.

Ну ладно, скажете вы, а что насчет медных духовых? Конечно, трубам и горнам, тромбонам и тубам не нужен углерод. Покрытые серебром мундштуки, медные вставные трубки, стальные вентили-пистоны, бронзовые детали, U-образные кулисы и раструбы — все они цельнометаллические. Но лишь раз забудете смазать ваши вентили или кулисы, и через неделю все, что у вас останется, — это бесполезный кусок холодного металла.

Без углерода все бы молчало.

ЧАСТЬ IV — ВОДА

Углерод — элемент жизни

Земли, Воздуха и Огня достаточно для величественного мира, достаточно для благоприятной окружающей среды, достаточно для богатых запасов материальных благ, но не хватает ключевой сущности — Воды.

Углерод еще и элемент живого мира.

Были созданы элементы Периодической таблицы. Взорвались звезды.

Образовались планеты, и появилось множество химических соединений — кристаллов, жидкостей, клубящихся газов.

Земля готова совершить свое самое созидательное действие.

Вот-вот появится основанная на углероде жизнь.

Эволюция и излучение приносят инновацию за инновацией — собирают атомы углерода, подключают солнечный свет, создают твердые богатые углеродом раковины, пробуют силы на суше.

Жизнь эволюционирует и тем самым навсегда изменяет цикл углерода планеты, когда сферы Земли, Воздуха, Огня и Воды эволюционируют совместно.

ИНТРОДУКЦИЯ — Первозданная Земля

Представьте себе Землю 4,5 млрд лет назад — чужой, негостеприимный мир, бомбардируемый камнями из космоса, опаляемый потоками лавы и обжигаемый выделяющимся из недр паром, пронизываемый смертельным, прямым ультрафиолетовым излучением молодого Солнца. Разве что-нибудь живое могло появиться, а тем более выжить в условиях такой экстремальной угрозы окружающей среде? Но, невзирая на безжалостные вспышки гнева юной Земли, все сырьевые компоненты для жизни уже были готовы к использованию.

Вода? Есть. Биосфера зависит от воды. Клетки более чем наполовину состоят из воды по весу, и практически все сценарии происхождения требуют водного контекста. Вода — универсальный биологический растворитель, среда, в которой клетки появляются, благоденствуют и размножаются.

Энергия? Есть. Все формы жизни требуют надежных ее источников, будь то химическая энергия пищи или энергия солнечного света. И если бы этих надежных и проверенных источников оказалось недостаточно, то и у само́й древней Земли было чем похвастаться — неисчерпаемой энергией внутреннего геотермального тепла, импульсной энергией молний и проникающей ядерной энергией радиоактивного распада.

Углерод? Есть. Углеродсодержащие молекулы жизни падали на юную Землю постоянным потоком углистых метеоритов. А еще более богатые источники компонентов для жизни появлялись из самой Земли — ее атмосферы, океанов и горных пород, по мере того как наша планета становилась двигателем молекулярной новизны.

Сцена была подготовлена. Земля, Воздух, Огонь и Вода приготовились организоваться во что-то новое: Жизнь.

ВСТУПЛЕНИЕ — Происхождение жизни

История происхождения и эволюции жизни — это эпическое сказание, которое лучше всего излагать языком химии углерода. Единственным поистине переломным моментом в истории Земли стало появление биосферы. Мы знаем, что это СЛУЧИЛОСЬ: ведь мы здесь. Поэтому хотим понять, КАК это случилось. Но эта сага зарождения останется лишь невнятным рассказом, по большей части скрытым в тенях «глубокого времени». Целая (пусть и небольшая) армия ученых — исследователей, ведомых любопытством и желанием узнать то, чего никто пока не знает, — посвящает этому поиску всю свою профессиональную жизнь. Мы принимаем вызов без какой-либо гарантии, что убедительное решение будет найдено, прежде чем мы умрем, поскольку это путешествие к открытию уже заняло столетия: квест, в котором вопросов намного больше, чем ответов.