Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы
Жизнь на земле перенесла несколько тяжелых ударов. Извержения вулканов, падения метеоритов и смена солнечной активности – все это способствовало значительным изменениям температуры, уровня Мирового океана и количества кислорода в атмосфере и океане. 85 % видов, возникших после первого расцвета сложных живых организмов, вымерли во время глобального ледникового периода в 6:36[25]. Жизнь возродилась, но в 19:28 трилобиты задохнулись из-за нехватки кислорода на дне океана – они исчезли вместе с 80 % всех видов, обитавших в то время в океане[26].
Наиболее масштабное до сегодняшних дней массовое вымирание видов случилось в воскресенье вечером, в 20:56, когда в Сибири произошли мощнейшие извержения вулканов – в атмосферу выбросило диоксид углерода, что привело к повышению температуры и окислению Мирового океана, – сегодня нам эта проблема хорошо знакома. Окаменелости, сохранившиеся со времен сразу после вымирания, свидетельствуют о катастрофе, оставившей после себя пустынный ландшафт – ни лесов на суше, ни коралловых рифов в океане[27].
Однако через пару минут в лесах и океанах вновь закипела жизнь, возникало все больше видов. Хорошие времена закончились в 21:34, когда очередное глобальное потепление уничтожило минимум три четверти всех обитавших на Земле видов. Среди выживших были и появившиеся чуть ранее половины десятого млекопитающие и динозавры[28]. Может быть, именно благодаря уничтожению конкурентов динозавры получили шанс стать следующими хозяевами Земли. Когда динозаврам в 23:12 пришлось сдаться, судя по всему, климат на Земле был настолько неблагоприятным, что падение огромного метеорита туда, где сегодня расположена Мексика, оказалось последним гвоздем в крышку гроба многих живших на Земле видов.
Теперь, когда опасность оказаться съеденными динозаврами миновала, млекопитающие рассеялись и заняли огромное количество экологических ниш. Поначалу климат был теплее, чем сегодня, но примерно в 23:25 температура начала падать[29]. В 23:43 огромную часть темных, пышных джунглей сменили травянистые равнины[30]. Именно эти травы заложат основу для земледелия ближе к полуночи. Некоторые млекопитающие в результате развития уже стали теми, кого сегодня мы знаем как обезьян, а без пятнадцати полночь от остальных обезьян отделились человекообразные обезьяны, к которым относятся гориллы, шимпанзе и люди.
От человекообразных обезьян люди отделились за пять минут до полуночи – в этой точке мы находимся сейчас. Две минуты назад наши предки пользовались первыми каменными орудиями труда, чтобы разрубить кости животных и добраться до питательного костного мозга[31].
Одну минуту 20 секунд назад температура земного шара заметно снизилась и планета вошла в цикл ледниковых периодов и межледниковий – он не закончился и по сей день[32]. Для первобытных людей, живших в то время, принципиально было овладение огнем. Однако, судя по всему, костер вошел в повседневную жизнь не раньше, чем за 13 секунд до полуночи.
Огонь обогревал людей, защищал от хищников, и благодаря ему они получили возможность видеть друг друга и окружающий мир после захода солнца. Готовя еду на костре, люди пользовались накопленной в дровах солнечной энергией – она расщепляла пищу, и их челюстям и пищеварительной системе уже не надо было выполнять всю работу. Освободившуюся благодаря этому энергию можно было потратить на другую деятельность, что, вероятно, оказалось решающим фактором для развития наших способностей к мыслительной деятельности и коммуникации.
Наш вид Homo sapiens появился в Африке девять секунд назад. Долгое время мы были лишь одним из видов людей. Нам известны неандертальцы – они жили в Европе и на Среднем Востоке до появления Homo sapiens. Неандертальцы бок о бок жили с нашим видом – закончилось это полторы секунды назад, когда либо они не выдержали конкуренции, либо их истребили наши предки. Лишь последние полсекунды Homo sapiens является единственным живущим на Земле видом человека.
За секунду до полуночи у Homo sapiens появился язык, а с ним и способность рассказывать друг другу истории, планировать будущее и вести торговлю между группами людей. С помощью новых технологий, таких как лук и стрелы, нитка и иголка, рыболовные крючки, лодки и масляные лампы, они вышли за пределы Африки и заняли весь мир[33].
Первобытные люди жили кочевыми племенами. Члены племени совместно охотились и собирали дикие съедобные растения, а также заботились о детях, стариках или больных, внося вклад в общее дело. Мы быстро приближаемся к полуночи, и общество становится все более и более узнаваемым для современных людей.
Полсекунды до полуночи: наша цивилизация
Трудно по-настоящему ощутить промежуток времени, длящийся меньше секунды. Поэтому сменим масштаб. Рассмотрим последние полсекунды мировой истории как 500-метровую дистанцию – мы только-только подошли к финишной черте. Каждый метр соответствует тысячной доле секунды, или 23 реальным годам. Если бы мы пользовались подобным масштабом для описания истории Вселенной, дистанция составила бы более 600 тысяч километров – это почти как от Земли до Луны плюс почти весь обратный путь. 500-метровая дистанция началась 11,5 тысячи лет назад, в те времена, когда люди впервые стали жить на одном месте в течение длительного времени.
Когда люди перешли от кочевого образа жизни к оседлому, у них впервые появилась возможность владеть большим количеством вещей, чем они в состоянии перенести к следующему месту жительства. Сразу же стало актуально изготовление специальных орудий, каждое из которых эффективнее всего справлялось с одной задачей. У людей тоже появилась специализация. Вместо того чтобы делать всё, многие получили возможность тратить больше времени на то, что они умели лучше всего. Группе в целом было выгодно, чтобы несколько человек посвятили себя изготовлению одежды или инструментов, в то время как остальные охотились или собирали растения.
Вероятно, земледелие возникло как побочный эффект оседлого образа жизни. Собиратели приносили домой те растения, которые им больше нравились. В мусоре, оставшемся после сбора и приготовления пищи, были в том числе и зерна – тем самым сложились благоприятные условия для того, чтобы неподалеку от поселения появились всходы. В свою очередь, людям стало легче собирать урожай именно с этих растений. Так как люди чаще собирали урожай с тех экземпляров, которые им больше подходили, например с более крупными зернами, постепенно именно эти виды стали первыми сельскохозяйственными культурами. Со временем люди поняли, что собираемый вблизи поселения урожай можно увеличить, если расчистить, поливать и распахивать землю. За 315 метров до финиша люди стали земледельцами.
Благодаря земледелию у людей появился стабильный и предсказуемый источник пищи – в результате выросло население. Однако были и недостатки. Земледелие – тяжелая и однообразная работа, и у земледельцев, судя по всему, стало меньше свободного времени, чем у их предков-кочевников. Пища также стала более однообразной, следствием чего стало неправильное питание, а когда выдавался неурожай, наступал голод.
Хотя, возможно, люди вели более здоровый образ жизни, а кроме того, были счастливее до того, как занялись земледелием, именно оно заложило основы тому, что мы зовем цивилизацией. Благодаря выращиванию и хранению продуктов питания появилась возможность и необходимость в организации общества с иерархией и специализацией. За 200 метров до финиша люди стали объединяться в первые царства – появились и письменный язык, и деньги, и религии. Одомашнив животных, таких как быки и лошади, люди приобрели дополнительный источник физической силы, благодаря чему появилась возможность расчистить и распахать более крупные территории, а значит, прокормить больше людей. С помощью домашних животных люди получили возможность за более короткое время преодолевать значительные расстояния, поэтому возросла эффективность обмена товарами и знаниями.
Именно в обществах со специализацией люди разработали сложные технологии, необходимые для добычи и применения металлов. За 200 метров до финиша люди производили инструменты из бронзы, а за 140 метров – из железа[34]. За 88 метров до цели, примерно во время появления на свет Христа, началось производство стали[35]. За 22 метра до финиша человечество прошло через то, что называется научной революцией, – тогда появились новые и системные методы для изучения законов природы.
До этого момента человеческая деятельность была в той или иной форме связана с солнечным светом, каждый день достигающим поверхности Земли. Хранящаяся в растительном материале солнечная энергия сжигалась для производства тепла – или же ее поглощали люди или животные, используя как мышечную силу. Кроме того, мельницы работали на гидроэнергии, а, значит, люди пользовались энергией той воды, которую Солнце подняло из океана на возвышенности, а корабли приводил в движение ветер: он дует из-за разницы температур, которая возникает, когда солнечные лучи достигают земной поверхности[36].
За 11 метров до финиша люди всерьез взялись за ископаемые источники энергии – энергию Солнца, копившуюся в земле миллионы лет. Когда дневной солнечный свет дополняет, во-первых, уголь, а также нефть и газ, почти любая промышленность работает, не опасаясь нехватки топлива из-за вырубки близлежащих лесов. Промышленная революция изменила человеческий мир[37].
За три метра до финиша появились антибиотики, что подарило нам медицину, способную вылечить болезни в обществе, где детская смерть перестала быть обыденным событием, а рождение ребенка не подвергало жизнь женщины смертельной опасности[38].
За два метра до финиша человечество побывало в космосе[39].
Затем часы пробили полночь, и мы оказались в сегодняшнем дне. Мы живем в мире открытых возможностей. Благодаря нашим уникальным способностям мы справимся с любой возникшей проблемой.
Человечество и будущее
Когда люди стали вести оседлый образ жизни, их было не так уж много. Возможно, всего около пары миллионов. С переходом к аграрному обществу их количество выросло до 10 миллионов. С этого момента численность населения ровно и неуклонно росла. Когда люди научились пользоваться бронзой и железом, население выросло в 10 раз, до 100 миллионов. С тех пор население Земли удваивалось множество раз. Перед самым рождением Христа численность населения составила 200 миллионов. В XIII веке, когда в Норвегии строились мачтовые церкви[40], количество живущих в мире людей составило 400 миллионов. Цифра 800 миллионов была достигнута во время промышленной революции, в самом конце XVIII века. В конце XIX века население вновь удвоилось, до 1,6 миллиарда. В 1960-е мы преодолели отметку 3,2 миллиарда, а в 2005 году – 6,4 миллиарда. Если темпы роста населения сохранятся, следующее удвоение численности населения – до 12,8 миллиарда – завершится в 2068 году. Однако сегодняшнее развитие указывает на то, что численность населения стабилизируется или начнет сокращаться до того, как мы достигнем цифры 11 миллиардов. На момент написания этого текста мировое население прошло отметку 7,6 миллиарда[41]
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Примечания
1
Обновленные временные промежутки геологических эпох взяты из Международной хроностратиграфической шкалы (International Chronostratigraphic Chart), подготовленной Международной комиссией по стратиграфии, v 2017/02, https://stratigraphy.org/chart. (Русский перевод: https://stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart2017–02Russian.pdf.)
2
Ранняя история Вселенной от Большого взрыва до появления первых атомных ядер: G. Rieke, M. Rieke, «The Start of Everything», «Era of Nuclei», конспекты лекций к курсу NatSci102 Университета Аризоны: ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/eraplanck.htm, ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/lectures/eranuclei.htm.
3
Происхождение химических элементов: J. Johnson, «Origin of the Elements in the Solar System», Sloan Digital Sky Surveys blog, January 9, 2017, blog.sdss.org/2017/01/09/origin-of-the-elements-in-the-solar-system.
4
Первые звезды и галактики: R. B. Larson and V. Bromm, «The First Stars in the Universe», Scientific American 285, no. 6 (2001): 64–71.
5
Как образуется кислород: B. S. Meyer et al., «Nucleosynthesis and Chemical Evolution of Oxygen», Reviews in Mineralogy and Geochemistry 68, no. 1 (2008): 31–35.
6
Происхождение Солнечной системы, ударная волна от сверхновой: P. Banerjee et al., «Evidence from Stable Isotopes and 10Be for Solar System Formation Triggered by Low-Mass Supernova», Nature Communications 7 (2016): 13639.
7
«Пригодная для жизни область» – территория на подходящем расстоянии от звезды. См. определение понятия «пригодная для жизни область» у НАСА: nasa.gov/ames/kepler/habitable-zones-of-different-stars.
8
Теории о происхождении Луны: R. Boyle, «What Made the Moon? New Ideas Try to Rescue a Troubled Theory». Quanta Magazine, August 2, 2017, quantamagazine.org/what-made-the-moon-new-ideas-try-to-rescue-a-troubled-theory-20170802.
9
Тяжелые элементы осели к центру Земли, а те, что мы добываем из земной коры, появились позже с метеоритами (гипотеза позднего привноса, англ. late veneer hypothesis): Robb (2005).
10
B. Dorminey, «Earth Oceans Were Homegrown», Science, 29 ноября 2010 г., sciencemag.org/news/2010/11/earth-oceans-were-homegrown.
11
Когда началась тектоника плит? О различных теориях и результатах: B. Stern, «When Did Plate Tectonics Begin on Earth?», Speaking of Geoscience: The Geological Society of America’s Guest Blog, 15 марта 2016 г., speakingofgeoscience.org/2016/03/15/when-did-plate-tectonics-begin-on-earth.
12
В силу своих размеров и удаленности от Солнца Марс и Меркурий уже давно полностью остыли, а на Венере тектоническая активность проявляется другими способами, менее активно (про спутники планет здесь речи не идет). – Прим. науч. ред.
13
Химические элементы выносятся не только водой, но и лавами и другими способами. – Прим. науч. ред.
14
Не существует точного ответа на вопрос о длительности и точных сроках «бомбардировки земной коры» (поздней тяжелой бомбардировки). См. статью в Википедии «Late Heavy Bombardment», обновлено 19 июня 2018 г., en.wikipedia.org/wiki/Late_Heavy_Bombardment.
15
Согласно новым результатам, магнитному полю Земли минимум 4 миллиарда лет (до полуночи), а не 3,2 миллиарда лет, как предполагалось ранее. S. Zielinski, «Earth’s Magnetic Field Is at Least Four Billion Years Old», Smithsonian, 30 июля 2015 г., smithsonianmag.com/science-nature/earthsmagnetic-field-least-four-billion-years-old-180956114.
16
Обобщение новых теорий: R. Brazil, «Hydrothermal Vents and the Origin of Life», Chemistry World, 16 апреля 2017 г., chemistryworld.com/feature/hydrothermal-vents-and-the-origins-oflife/3007088.article.
17
Кислородная катастрофа: Rasmussen (2008). По данным этого источника, фотосинтез мог начаться позже, чем описано в этой книге.
18
Состав первичной атмосферы Земли: D. Trail et al., «The Oxidation State of Hadean Magmas and Implications for Early Earth’s Atmosphere», Nature 480 (2008): 79–83.
19
Гуронское оледенение: Young (2013).
20
Первые формы жизни на суше после появления озонового слоя: Pomarenko (2015).
21
Rasmussen (2008).
22
Первые многоклеточные организмы: S. Zhu et al., «Decimetre-Scale Multicellular Eukaryotes from the 1.56-Billion-Year-Old Gaoyuzhuang Formation in North China», Nature Communications 7 (2016): 11500.
23
Кембрийский взрыв: Young (2013).
24
Первые животные и растения на суше, изменения ландшафта: Pomarenko (2015).
25
Ордовикско-силурийское вымирание: P. M. Sheehan, «The Late Ordovician Mass Extinction», Annual Review of Earth and Planetary Science 29 (2001): 331–364.
26
Массовое вымирание в конце девонского периода: A. E. Murphy et al., «Eutrophication by Decoupling of the Marine Biogeochemical Cycles of C, N and P: A Mechanism for the Late Devonian Mass Extinction», Geology 28 (2000): 427–430.
27
Массовое вымирание в 8:56 вечера воскресенья: Z.-Q. Chen and M. J. Benton, «The Timing and Pattern of Biotic Recovery Following the End-Permian Mass Extinction», Nature Geoscience 5 (2012): 375–383.
28
Млекопитающие и динозавры до 9:30 и очередное глобальное потепление в 9:34 (Триасово-юрское вымирание): Benton and Harper (2009).
29
В 11:25 (ранняя эоценовая эра) температура начинает снижаться: R. A. Rhode, «65 Million Years of Climate Change», en.wikipedia.org/wiki/File:65_Myr_Climate_Change.png.
30
Травянистые равнины в 11:43 (переход к эпохе миоцена): B. Jacobs et al., «The Origin of Grass-Dominated Ecosystems», Annals of the Missouri Botanical Garden 86 (1999): 590–643.
31
Человекообразные обезьяны отделились от других обезьян в 11:45; люди отделились от человекообразных обезьян, первые каменные орудия, овладение огнем: Benton and Harper (2009).
32
Ледниковые периоды и межледниковья: T. O. Vorren and J. Mangerud, «Glaciations Come and Go», in The Making of a Land: Geology of Norway, ed. I. B. Ramberg et al., trans. R. Binns and P. Grogan, Norsk Geologisk Forening, 2006.
33
Костер в повседневной жизни людей, Homo sapiens, истребление неандертальцев, язык, технологическое развитие: Harari (2014).
34
Медь, железо: Arndt et al. (2017).
35
Сталь: World Steel Association AISBL, «The Steel Story», 2018, worldsteel.org/steelstory.
36
Как люди используют энергию, в том числе домашних животных и гидроэнергетику, промышленная революция: Smil (2004).
37
Развитие сельского хозяйства, царств, письменного языка, денег, религий; промышленная революция: Harari (2014).
38
Антибиотики: R. I. Aminov, «A Brief History of the Antibiotic Era: Lessons Learned and Challenges for the Future», Frontiers in Microbiology 1 (2010): 134.
39
Человек в космосе: N. T. Redd, «Yuri Gagarin: First Man in Space», Space.com, 24 июля 2012 г., space.com/16159-first-man-in-space.html.
40
Мачтовые церкви (каркасные церкви, ставкирки) – деревянные церкви особого типа, возводившиеся в Средние века в Северной Европе. В настоящий момент в Норвегии сохранилось 28 подобных сооружений, самое древнее из которых датируется XII в. – Прим. перев.
41
Данные по численности мирового населения на протяжении истории – усредненные значения из 10 источников, обобщенные в Википедии, «Estimates of historical world population», обновлено 21 июля 2018 г., en.wikipedia.org/wiki/World_population_estimates. Данные по количеству населения в настоящее время взяты с сайта Worldometer, worldometers.info/world-population.
Вы ознакомились с фрагментом книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста.
Приобретайте полный текст книги у нашего партнера:
Полная версия книги