Однако отложения на дне арктических фьордов одаривают энергией не всех. У микробов, свалившихся в термодинамическую пропасть под натиском победителей, дела идут не так хорошо. Но вспомним: обитатели земных недр отличаются от нас с вами. Они относятся к физике творчески. И некоторые из них получают энергию, производя дыхание в обратном направлении.

Позвольте мне подчеркнуть этот тезис. В земной коре есть места, где некоторые химические реакции, обычно дающие энергию для дыхания, когда протекают в прямом направлении, начинают идти в обратном направлении и тоже сопровождаются выделением энергии. Если живые организмы способны извлекать выгоду из таких перевертышей, они сумеют получать энергию, если будут “дышать наоборот”. Во внешнем мире аналогичных процессов не существует.

Как я рассказывала выше, сульфатредукторы могут так сильно понижать концентрацию водорода, что метаногенам не удается получать энергию за счет ΔG. Но иногда в определенных условиях сульфатредукторы снижают концентрацию водорода настолько сильно, что ΔG для метаногенеза может сменить знак с минуса на плюс, и это позволяет метаногенам получать энергию от дыхания в обратном направлении. В такой ситуации метаногены потребляют обычный продукт своей жизнедеятельности – метан – и используют его для производства своих обычных субстратов: водорода и диоксида углерода. Химические вещества, которые когда-то служили им пищей, становятся их отходами, и наоборот. Такое не может происходить во внешнем мире. Это как если бы вы свалились за борт корабля, но вместо того, чтобы всплыть на поверхность и спастись, стали бы погружаться все ниже, приближая неминуемую смерть, пока на определенной глубине не поняли бы, что способны дышать водой. Похоже на путешествие по числовой прямой: сначала числа становятся все меньше и меньше, но потом, после пересечения нулевой отметки, вновь начинают увеличиваться по абсолютной величине.

Если обитатели земных недр способны получать энергию, обращая дыхание вспять, когда накапливаются продукты их жизнедеятельности, не могут ли и люди делать то же самое? Если бы мы умели выполнять этот ловкий трюк, сдвигая величину Q так сильно, чтобы сменился знак ΔG, мы бы действительно получали достаточно энергии на пение арии, вдыхая диоксид углерода и сплевывая кусок сахара. Вот было бы круто! К сожалению, мы на это не способны. Если бы я взяла воздушный шар размером с Землю и наполнила его до предела углекислым газом, а затем добавила бы туда шесть жалких молекул кислорода и одну крохотную молекулу глюкозы, чтобы сдвинуть Q и повернуть эту реакцию, идущую с выделением большого количества энергии, в противоположном направлении, я бы все равно не смогла получить энергию от обратной реакции. Ведь даже в этом невыполнимом воображаемом эксперименте реакция все равно протекала бы в прямом направлении и сопровождалась выделением какого-то количества энергии и увеличением уже и так непомерно большого объема углекислого газа. Отрицательная величина ΔG⁰ для аэробного дыхания настолько велика, что при физиологически допустимых температурах и давлении никакие изменения количества реагентов и продуктов не позволят получить энергию от обратной реакции. И поэтому нам придется оставить мечту о том, чтобы поддерживать в себе силы во время марафона, откашливаясь энергетическими батончиками, синтезированными внутри нашего организма. Однако обитатели земных глубин могут это делать – по крайней мере, в своей версии марафона и энергетических батончиков.

Мы знаем, что метаногены способны на такие термодинамические перевороты, но остается вопрос: могут ли они извлекать из этого пользу и одинаково ли хорошо растут в обоих случаях? Трудно доказать, что микробы получают энергию от реакций, идущих в обоих направлениях, поскольку они ленивые и плохо растут в искусственных условиях лабораторий. В 1990-е годы удалось вывести одну культуру, которая могла дышать за счет обратной реакции, но впоследствии она была утеряна³. Относительно недавно было замечено, что метаногены удаляют метан, который только что произвели⁴. А когда я добываю ил на дне океана для собственных экспериментов, я нахожу одних и тех же метаногенов и там, где метан выделяется, и там, где он удаляется⁵. Судя по всему, живые организмы действительно научились извлекать пользу из обратимых энергетических процессов. А почему бы и нет? Ведь мы знаем наверняка: если за счет ускорения медленной реакции возможно добыть энергию, значит, где-то какие-то микробы изобрели способ это делать.

Кажется, что подобные инверсии сродни вечному двигателю, а законы термодинамики такого не допускают. Однако, поскольку эта обратимость обусловлена переменами во внешней среде, изменяющими величину ΔG, микробы не могут производить энергию бесконечно. Когда в их окружении сильно меняется концентрация химических веществ, это срабатывает как внешний толчок для маховика, который заставляет весь циклический процесс идти то вперед, то назад тысячелетиями.

Я верю, что микробы способны получать энергию за счет обратных реакций, но не все исследователи с этим соглашаются. Если вы заведете разговор на тему обратимости дыхания, многие ученые станут утверждать, что эта гипотеза ошибочна. Живые организмы просто не могут поворачивать процессы в обратную сторону и использовать для дыхания отходы своей жизнедеятельности… потому что… это кажется неразумным. К тому же это трудно проверить экспериментальным путем, поскольку изменения дыхания могут быть едва заметными, так что для проверки требуются дополнительные исследования. Однако согласно законам термодинамики такой экстремальный вариант не является невозможным. Когда речь заходит об обитателях земных недр, следует распрощаться с нашим “здравым смыслом” и заменить его законами термодинамики. Более того, поворот реакции в ту или иную сторону – не единственное решение в условиях скудного энергетического запаса. В рукаве у обитателей земных недр имеются и другие козыри.