Аммиак – ключ к получению сельскохозяйственных удобрений. И дело не только в том, что в аммиаке содержится азот, а в том, что в аммиаке азот содержится в той форме, в которой его могут использовать растения. Чтобы понять разницу, нужно знать кое-что о химических связях, удерживающих атомы в молекулах. В большинстве молекул атомы связаны между собой простыми (одинарными, X – Y) или двойными (X = Y) связями. Однако в образовании молекулы газообразного азота задействована тройная связь (N N) – одна из самых прочных и трудно разрушаемых связей в природе. Например, разрушение всех тройных связей всего в одной унции азота приведет к высвобождению энергии, которой хватит, чтобы приподнять на 40 см гантель массой 500 т. Именно прочность этой связи объясняет преобладание азота в современной атмосфере. Как отмечалось в предыдущей главе, в вулканических газах азот присутствует лишь в следовых количествах, значительно уступая по содержанию другим газам. Однако в то время как большинство вулканических газов со временем исчезает (они либо взаимодействуют с другими веществами, либо расщепляются под действием ультрафиолетового излучения), тройная связь между атомами азота препятствует разложению молекулы. Поэтому азот постепенно накапливается (кроме того, некоторое количество N [14] 2 образуется при расщеплении аммиака из вулканических выбросов). Другими словами, азот занял доминирующее положение в атмосфере по той причине, что пережил все остальные соединения, выделившиеся при извержениях вулканов*.

Важным следствием этого обстоятельства стало очередное изменение атмосферы Земли. Вспомните, что вторая атмосфера была образована ядовитыми вулканическими газами. Однако примерно 2 млрд лет назад значительная часть этих газов разложилась, накопилось достаточно много азота, и образовалась новая, третья, атмосфера Земли. Для возникновения жизни чрезвычайно важно, что эта насыщенная азотом атмосфера была намного спокойней предыдущей, поскольку азот не атакует биологические молекулы, как это делают другие газы.

Но в каком-то смысле газообразный азот слишком спокойный, слишком пассивный. Нашим телам требуется довольно много этого элемента. Каждый белок в организме имеет в своем каркасе атомы азота, и во всех 3 млрд оснований ДНК в каждой из 30 трлн наших клеток содержится несколько атомов азота. Но когда приходит время пополнить клеточные запасы азота, выясняется, что использовать газообразный азот для этой цели невозможно – из-за невероятной прочности тройной связи в его молекуле.

Каким же образом азот из атмосферы проникает в наши тела? Некая сила должна «фиксировать» (связывать) его – расщеплять тройную связь и превращать в более податливую форму. Какое-то количество газообразного азота фиксируется под действием света, в результате чего в воздухе образуются соединения азота с кислородом. Однако в основном фиксация азота происходит за счет бактерий, содержащих специфический фермент, названный нитрогеназой.

Ферменты – это биологические структуры, в присутствии которых протекают необычные реакции. «Деловой центр» молекулы нитрогеназы содержит кластер из атомов железа и серы, а также атомы молибдена. Эти элементы, как крохотные «челюсти жизни», раздвигают тройную связь. В ходе этого процесса затрачивается невероятно большое количество энергии и возникает множество повреждений: при расщеплении каждой тройной связи приносятся в жертву 16 молекул воды. Но в конечном счете нитрогеназа расщепляет связь N [15] N, и пока атомы азота не успели соединиться вновь, фермент присоединяет несколько атомов водорода. В результате (о да!) образуется аммиак, который содержит только простые связи и, следовательно, может достаточно легко превращаться в биологические молекулы, такие как ДНК или белки.

Азотфиксирующие бактерии в основном живут на корнях растений, обменивая аммиак на другие питательные вещества – симбиоз в истинном смысле слова. Некоторые азотфиксирующие организмы живут в почве самостоятельно, но растения тоже могут пользоваться продуктами их труда. Растительноядные животные и грибы получают фиксированный азот, поедая растения или продукты их разложения. Таким же образом азот получают хищники, находящиеся на вершине пищевой цепи: они поедают растительноядных животных, питающихся растениями. Даже хищные растения, такие как венерина мухоловка, ловят насекомых, главным образом, чтобы раздобыть азот. Иными словами, практически весь азот в составе живых организмов прошел переработку этими бактериями. Без них на Земле не существовало бы ни одного растения или животного. Ни одного. И для большинства экосистем количество азота в почве определяет максимальное количество живых организмов, которое эта почва способна прокормить.

За тысячелетнюю историю сельского хозяйства крестьяне придумали несколько способов обойти этот предел. Они стали выращивать бобовые растения, на корнях которых обитает множество азотфиксирующих бактерий. Кроме того, в почву стали вносить мочевину и навоз, содержащие азот в связанной форме. Некоторые хитрые народы догадались усиливать эти природные удобрения, компостируя их с кровью или гниющими отходами. Компостные кучи походили на горячие гигантские буханки черного хлеба, и по специфическому запаху крестьяне определяли, когда смесь готова для употребления.

Но дело в том, что одомашненные животные производят ограниченное количество экскрементов, и к началу XIX в. промышленно развитые страны вынуждены были расширять свои границы с целью удовлетворения потребностей в азоте. Великобритания эксплуатировала Индию, где бедные рабочие из низших каст месили навоз ногами, заготавливая его для отправки на экспорт. В других странах активно использовали гуано (птичий помет), собранное на разных островах. Торговля гуано в некоторых местах, в частности на островах Чинча у юго-западного побережья Перу*, стала настолько прибыльной, что из-за гор птичьего помета между странами Южной Америки развязалась настоящая война. Масштабное вовлечение США в колониальные процессы тоже было связано с потребностью в гуано. В 1856 г. Конгресс принял Закон о гуано (или Закон о гуановых островах), позволявший любому гражданину США занимать любой ненаселенный остров в любой точке света, если на нем обнаруживались хоть какие-то запасы гуано. Этот закон обеспечил США легальное основание для притязаний на несколько десятков микроскопических островов в Карибском море и Тихом океане. По большей части это были богом забытые скалы, не имевшие никакой ценности, но некоторые, включая атоллы Джонстон и Мидуэй, оказались важными военными базами во время Второй мировой войны. Союзники, возможно, никогда не смогли бы одолеть Японию в Тихом океане, если бы за сто лет до этого США не охотились за гуано*.

А вот у Германии таких источников гуано не было. В отличие от своих соперников в Европе, Германия только недавно (когда Габер был ребенком) прекратила междоусобные войны и сделалась единым государством. В результате она не имела крупных колоний в Азии или Америке и владела лишь несколькими колониями с дешевыми источниками гуано. Проблема усугублялась еще и тем, что почва на территории страны была бедной и очень нуждалась в удобрениях. В начале XX в. Германия импортировала 900 000 т азотных удобрений в год.