Пока в воде оставалось растворенное железо, кислород почти не выделялся в атмосферу. Год за годом, эпоха за эпохой, цианобактерии освобождали океан от железа, но, когда его запасы были исчерпаны, начался кошмар. В воде появился свободный кислород, который отравлял все живое. Кроме того, он поднимался на поверхность и заполнял атмосферу — как смертоносный газ из озера Ньос. Ученые назвали этот процесс накопления кислорода, длившийся несколько сотен миллионов лет, великим кислородным событием, или кислородной катастрофой. В этом названии, как и в названиях Большой взрыв (начало появления Вселенной) или Большой удар (возникновение Луны), не отражается вся важность соответствующего события. Жизнь никогда не находилась в такой опасности, как тогда, это был настоящий холокост. Все формы жизни оказались на грани исчезновения.[21]

Я еще некоторое время помучаю вас, прежде чем расскажу, как жизнь смогла преодолеть эту катастрофу. Но могу сказать, что некоторые микробы начали бороться против этой газовой атаки. Одни создали более плотную внешнюю оболочку, не пропускающую кислород. Другие построили специфические внутренние мембраны, защищающие такие хрупкие молекулы, как молекула нитрогеназы. А третьи не делали ничего, но оказались в выигрыше: когда кислород стал проникать внутрь их клеток, они не умерли, а перестроили клеточный механизм таким образом, чтобы использовать этот газ для получения энергии. Вероятность этого события можно сравнить с вероятностью того, что некоторые французские солдаты, надышавшиеся хлором во время газовой атаки, не только не погибли, но почувствовали дополнительный прилив сил. Однако некоторым бактериям, которые теперь называют аэробными бактериями, это каким-то образом удалось.

Мы, животные, должны быть благодарны аэробным бактериям, поскольку они сделали возможным существование многоклеточных существ. Во всех животных клетках есть мелкие структуры, называемые митохондриями, которые произошли от первых аэробных клеток, и именно митохондрии позволяют нашим клеткам использовать кислород. Вообще говоря, митохондрии являются ключевым элементом, позволяющим понять связь между кислородом и высшими формами жизни. Конечно, каждый ребенок знает, что животным для жизни нужен кислород, но мало кто знает почему. Коротко можно ответить так: митохондрии используют кислород, чтобы извлечь энергию из таких сахаров, как глюкоза. В определенной степени наши клетки способны расщеплять глюкозу и без кислорода, но для выделения всей запасенной в глюкозе энергии — для извлечения самой сути этой молекулы — митохондрии должны прибегать к помощи кислорода. Без этого батарейки в нашем организме быстро исчерпают свой запас энергии, и мы погибнем за несколько секунд.

Обычно считается, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ. И это верно, поскольку в процессе синтеза сахаров растения действительно выделяют кислород. Однако синтез сахаров — лишь часть их метаболизма. Кроме того, они растут и воспроизводятся и борются с хищниками, и для всего этого им нужен кислород, который они «вдыхают» через поры кожи*. Более того, в клетках растений содержатся такие же митохондрии, как у нас.

Кислород изменил не только «дерево жизни», но и поверхность нашей планеты. Когда его накопилось достаточно много, он начал атаковать парниковые газы типа метана. Это привело к разрушению теплозащитной оболочки планеты и вызвало резкое понижение температуры, в результате чего даже вблизи экватора появились ледники — в истории развития планеты эта фаза называется «Земля-снежок». В то же время кислород приукрасил планету. На Земле существует около 4500 минералов, и примерно две трети из них могли образоваться только в присутствии кислорода. К ним относятся такие ценные камни, как бирюза, азурит и малахит: не будь кислорода, не видать нам этой красоты. Однако некоторые минералы в присутствии кислорода, напротив, разрушаются, так что накопление кислорода приводило к исчезновению некоторых древних пород. Иными словами, камни, как и живые существа, могут возникать, эволюционировать и умирать в зависимости от того, какими газами они «дышат». Знаменитый биолог Карл Линней, придумавший систему составных названий животных и растений (Homo sapiens, Tyrannosaurus rex), изначально включил в систему классификации не только живых существ, но и минералы. Позднее биологи сочли, что минералы не относятся к живой природе, но следует помнить, что кислород достаточно силен, чтобы оживлять даже камни.

Кислород составляет около 21 % современной атмосферы: примерно половину производят растения, другую половину — микроорганизмы. Но в отличие от азота, кислород накапливался в атмосфере неравномерно. Первый скачок произошел примерно 2,3 млрд лет назад, когда в океанах закончились запасы растворенного железа. За несколько сотен миллионов лет концентрация кислорода в воздухе подскочила от одной молекулы на триллион до одной молекулы на пять сотен — почти на 10 порядков. Для сравнения, некоторые газы Габера в концентрации нескольких частей на миллион смертельны для человека, так что для организмов, которые не умели дышать кислородом, такой скачок концентрации вызвал катастрофические последствия. Примерно 1,8 млрд лет назад концентрация кислорода перестала расти и остановилась на постоянном уровне — главным образом за счет поглощения оказавшимися на поверхности земли минералами. Наверное, не случайно именно в этот период жизнь тоже начала расцветать и развиваться (а вот геологи иногда называют эту эпоху «скучным миллиардом»). Но около 600 млн лет назад, когда минералы насытились кислородом, этот газ вновь начал накапливаться в воздухе, и именно к этому времени относятся самые древние окаменелости сложных растений и животных, способных бегать, бороться, охотиться, спариваться и убивать.

За несколько сотен миллионов лет уровень кислорода вдруг невероятным образом вырос от 15 до 35 %. И это опять вызвало несколько неожиданных последствий. В среде с высоким содержанием кислорода самая слабая искра или малюсенький уголек могут разгореться и спалить все вокруг. При низкой концентрации кислорода даже извержения вулканов и удары молнии не способны воспламенить самые горючие материалы. В ископаемых летописях старше нескольких сотен миллионов лет следов пожаров не обнаружено, но в более поздних отложениях начал появляться каменный уголь. И это самый первый период в истории Земли, когда путешественник во времени мог бы выйти из машины времени и прогуляться по планете, не задохнувшись (при содержании кислорода в воздухе ниже 17 % человек теряет рассудок и не может передвигаться).

Вероятно, от повышения концентрации кислорода в воздухе больше всех выиграли насекомые. У насекомых нет легких, так что большинство из них, особенно мелкие виды, не могут в привычном смысле слова «дышать» кислородом. Кислород просто диффундирует в их клетки через поры в экзоскелете. Эта система прекрасно работает, но лишь до определенного предела. Из законов геометрии следует, что с увеличением геометрических размеров тела площадь его поверхности растет медленнее, чем объем, и при некотором размере тела поры уже не могут обеспечить адекватное поступление кислорода. Вот почему большинство современных насекомых имеют небольшие размеры — в противном случае они бы задохнулись. Однако в те времена, когда концентрация кислорода в воздухе достигала 35 %, это ограничение исчезало. Если бы наш путешественник во времени оказался на Земле 300 млн лет назад, его взору предстали бы многоножки метровой длины, похожие на чаек стрекозы и пауки размером с автомобильные покрышки. И эти колоссы появились на свет только благодаря кислороду.