Итак, если эти существа дышат не кислородом, тогда чем же? Чаще всего для дыхания используются соединения азота и серы в разной степени окисления, то есть их энергетический запас несколько различается. Главным образом, это нитраты (удобрения), нитриты (ядовиты для рыб), оксид азота (веселящий газ) и сульфаты (их много в морской воде), а также сульфиты и тиосульфаты (они настолько востребованы из-за своей высокой энергетической ценности, что редко встречаются в природных системах). Углерод способен образовывать такое количество веществ, поддерживающих дыхание, что мы пока еще знаем далеко не все¹. Этот неисчерпаемый список включает фумараты (вещества с фруктовым запахом, которые часто добавляют в качестве консервантов в продукты питания, поскольку они убивают большинство микробов), диметилсульфоксид (солнцезащитное средство, производимое водорослями), триметиламин (запах рыбы) и хлорсодержащие соединения углерода (применяются в авиации для очистки истребителей)².

Возможно, самым удивительным соединением углерода, которым можно дышать, является углекислый газ. Это вещество – побочный продукт нашей жизнедеятельности. Наш организм никак его не использует и должен как можно быстрее вывести через легкие. Однако для таких микробов, как метаногены и ацетогены[40], углекислый газ столь же хорош, как для нас – живительный кислород.

Хотя идея дышать углекислым газом может показаться столь же нелепой, как расчесывание волос не от головы, а к голове, термодинамика утверждает, что этот газ пригоден для поддержания жизни. Вообще, обитатели земных глубин, как это ни странно, могут использовать для дыхания большинство соединений из периодической таблицы элементов. Казалось бы, радиоактивный уран не относится к элементам системы жизнеобеспечения, однако он служит именно таковым для некоторых подземных микроорганизмов. Мышьяк – это крысиный яд и излюбленное средство отравителей в детективных романах и в реальной жизни, однако обитатели земных недр дышат и им, заодно очищая загрязненную нами среду. Золото не очень активно вступает в химические реакции (именно поэтому люди испокон веков использовали его для изготовления монет и ювелирных украшений), однако некоторые микробы существуют за счет свободной энергии Гиббса, которая образуется при восстановлении растворенного золота и его превращении в твердые частицы. Выясняется, что многие металлы в твердом состоянии прекрасно подходят для дыхания, и в их числе железо, марганец, селен, ванадий и хром. Иными словами, обитатели земных глубин фактически способны “дышать минералами”.

В периодической таблице есть свыше двадцати элементов, которыми научились дышать хотя бы некоторые микробы³[41]. И такие альтернативные способы дыхания широко распространены, просто мы редко их замечаем. Возможно, “дыхание минералами” в истории Земли использовалось чаще, чем дыхание таким ядовитым веществом, как кислород. Если бы эту книгу писала не я, а подземные микробы, дышащие твердыми камнями, их могло бы поразить, что мы дышим газом. Может, это мы странные существа? Кислород появился на Земле лишь в середине ее истории. А микробы дышали металлами всегда. Для нас это прекрасная новость, поскольку такие способы дыхания позволят нам избавиться от промышленных отходов и токсичных выбросов, если мы уговорим микробов помочь нам это сделать.

Хотите узнать, как широко раздвигаются границы термодинамических возможностей? Что, если некоторые обитатели земных глубин дышат такой материей, которую вообще нельзя отнести к химическим соединениям? Химические соединения состоят из атомов, а атомы – из протонов, нейтронов и электронов. Когда живые организмы дышат химическими соединениями, всю работу делают электроны, которые перепрыгивают с одного химического вещества на другое и тем самым осуществляют окислительно-восстановительные реакции. Выясняется, что некоторые формы жизни не хотят возиться с громоздкими химическими структурами. И такие существа, главным образом обитатели земных глубин, добывают энергию из самых фундаментальных единиц – из чистых электронов.

Микробы используют чистые электроны несколькими способами. Некоторые формируют специфические структуры, названные нанопроводами: они действуют как крохотные электрические провода, где движущимися электронами создается ток⁴. Другие проложили своеобразные скоростные пути из металлсодержащих белков для передачи электронов. Некоторые такие микробы могут накапливать так много металлсодержащих белков, что их клеточные стенки больше похожи на стальные кольчуги, чем на обычные оболочки. В таких структурах электроны перемещаются во всех направлениях, так что клетка получает доступ к энергии почти незамедлительно. Для каких-то микробов точный механизм неизвестен, мы просто называем его прямым межвидовым переносом электронов (direct interspecies electron transfer, DIET). Когда я слушаю ученых, занимающихся изучением таких микробов, их выступления больше напоминают мне доклады специалистов по электронике, нежели биологов, поскольку они оперируют такими терминами, как циклическая вольтамперометрия, катоды и аноды. Хотя на электроны приходится лишь десятимиллиардная доля массы атома, живые существа давно поняли, что именно в них заключается вся сила. Когда речь идет о термодинамических условиях для жизни, разумно исключить все промежуточные химические структуры и сосредоточиться непосредственно на электронах. Преимущество такого подхода в том, что не нужно ждать, пока химические вещества проникнут в клетки. Можно просто отрезать вилку от удлинителя и применить его в качестве дыхательной трубки.