Питер Уорд - Новая история происхождения жизни на Земле

• Название: Новая история происхождения жизни на Земле
• Автор: Питер Уорд
• Издательство: Питер
• Жанр: Биология
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-02014-5

Общепринятая история происхождения жизни на Земле устарела. Двое ученых, Питер Уорд и Джозеф Киршвинк, предлагают книгу, в которой собраны все выводы последних исследований. Авторы показывают, что многие наши прежние представления об истории происхождения жизни неверны. Во-первых, развитие жизни не было неторопливым, постепенным процессом: катаклизмы способствовали формированию жизни больше, чем все остальные силы вместе взятые. Во-вторых, основа жизни — углерод, но какие еще элементы определили ее эволюцию? В-третьих, со времен Дарвина мы мыслили в категориях эволюции видов. На самом деле имела место эволюция экосистем — от подводных вулканов до тропических лесов, — которые сформировали мир, каким мы его знаем. Опираясь на свой многолетний опыт в палеонтологии, биологии, химии, астробиологии, Уорд и Киршвинк рассказывают историю жизни на Земле, такую фантастическую, что ее трудно представить, и в то же время такую знакомую, что нельзя пройти мимо.

---

Влияние уровней кислорода на размеры животных

Увеличение доли кислорода в атмосфере до рекордных показателей, превышающих 30 %, сопровождалось эволюцией насекомых, также достигших небывалых размеров. Гигантские стрекозы каменноугольного периода и следующего за ним пермского были самыми большими насекомыми за всю историю развития жизни на Земле. Многие специалисты признают, что причиной гигантизма насекомых могли послужить высокие уровни кислорода, хотя, возможно, это просто совпадение. Однако, действительно, дыхательная система насекомых предполагает проникновение кислорода по трубкам-трахеям, а во времена высоких уровней кислорода этот газ мог легче и быстрее проникать во все части крупных организмов. Итак, если насекомые могли вырасти вместе с ростом уровней кислорода, то как же позвоночные? Новые исследования показывают, что и для позвоночных это правило могло оказаться верным.

Палеонтолог Майкл Лорин в 2006 году измерил длину ископаемых черепов и тел различных рептилий, расположив данные в последовательности от карбона до конца перми, то есть охватив период 320–250 млн лет. Оба показателя демонстрируют определенную синхронность с изменениями уровня кислорода. С возрастанием уровня атмосферного кислорода в позднем карбоне происходило и увеличение размеров рептилий, а когда содержание кислорода в атмосфере начало снижаться (с середины пермского периода), размеры животных также начали уменьшаться. В главе, посвященной кайнозойским млекопитающим, мы отдельно остановимся на исследовании Пола Фальковски и его коллег, доказывающем зависимость размеров животных от уровней кислорода и в более поздние периоды.

Та же тенденция изменений размеров звероподобных рептилий в зависимости от колебаний уровней кислорода наблюдается и к концу пермского периода. Крупнейшие терапсиды всех времен — диноцефалы середины перми — пережили свой расцвет именно на кислородном пике. С падением уровней кислорода последующие разнообразные группы терапсид, в том числе дицинодонты, теряют в размерах, что можно заметить по уменьшению размеров черепов того периода.

В позднем пермском периоде продолжали существовать некоторые крупные формы, например, род «дицинодон» и даже плотоядные горгонопсы, но многие из них уже были заметно меньшего размера. Таксономические группы позднего пермского периода — кистецефалы, дииктодоны и некоторые другие — были очень малы. В одном из исследований 2007 года показано, что род листрозавров в раннем триасе был значительно меньше, чем в позднем пермском периоде. Такие же примеры демонстрируют различные цинодонты позднего пермского периода и раннего триаса, когда содержание кислорода в атмосфере стремительно уменьшалось.

Были в триасовом периоде и исключения: гигантские формы каннемейерий и тритилодонтов. Однако в целом терапсиды триаса намного меньше по сравнению с пермским периодом. Недавняя работа нашего коллеги (с недавних пор он работает в Вашингтонском университете) Кристиана Сайдора также подтверждает уменьшение размеров. Таким образом, существует очевидная связь между размерами сухопутных животных и уровнями кислорода в пермском и триасовом периодах. Больше кислорода — крупнее формы, меньше кислорода — животные также мельчают.

На заре эры млекопитающих

Музей естественной истории Пибоди в Йельском университете является крупнейшим собранием ископаемых в мире, а также в нем находится и крупнейшая коллекция живописи палеонтологической тематики.

Одну из больших стен Музея Пибоди украшают два огромных полотна, которые для нескольких поколений американцев являются хрестоматийными примерами того, как выглядела жизнь на определенных этапах своего развития. Одна картина называется «Эра рептилий» (ее писали три года, с 1943-го по 1947-й), другая — «Эра млекопитающих» (шесть лет работы, с 1961-й по 1967-й).

«Эра рептилий» начинается в темных болотах и заканчивается извергающимся вулканом, на фоне которого изображен тираннозавр рекс. «Эра млекопитающих» в начале демонстрирует джунгли, в которых можно увидеть как совершенно необычные, так и весьма привычные для нас растения. Также по ней можно проследить, как земноводные порождают рептилий, а те — млекопитающих. Нам же совсем не требуется рассматривать эти или любые другие картины, чтобы представить себе, как развивались группы позвоночных в те далекие времена. В частности, мы утверждаем, что существовали три отдельные «эры» млекопитающих (в данном случае мы подразумеваем, что «эра» — это всего лишь поэтический ярлычок, без каких-либо терминологических претензий).

Первой эрой млекопитающих был пермский период, золотые дни терапсид и их предков, синапсид. Технически они еще не были млекопитающими, но уже приближались к таковым. Эта таксономическая группа была весьма разнообразна по видовому составу и очень многочисленна. В Южной Африке обитало тогда до пятидесяти родов, а если принимать во внимание, что биологический род обычно включает несколько (а иногда и много) видов, реальные масштабы разнообразия на видовом уровне были очень велики, по самым консервативным оценкам, до 150 видов.

Современная Южная Африка не слишком отличается по географическим широтам и, возможно, климатически от Южной Гондваны примерно 255 млн лет назад. Сегодня там обитает 299 видов. Представьте себе сегодняшнюю африканскую саванну, только бродят по ней дицинодонты и много хищников: от горгонопсов размером с льва до териодонтов размером с горностая. Многочисленные стада травоядных пасутся, но едят не траву, а кустистые папоротники, например, глоссоптерисы. Такова Африка времен первой «эры» млекопитающих.

Вторая «эра» млекопитающих — период между поздним триасом и концом мелового периода. Млекопитающие закрепились на планете. За ними присматривают хищные динозавры. Живут они в ограниченном количестве экологических ниш: в норах, на деревьях, выходят по ночам. Размером они не крупнее домашней кошки, а большинство из них — намного меньше. Только в палеогене млекопитающие приобрели какую-то значимость в экосистемах и проявили себя так, что в их честь назвали целую эру.

Наконец, третья «эра» млекопитающих. После мел-палеогенового вымирания мир стал быстро заполняться обитателями, которых мы знаем сегодня. Это уже хорошо известная нам история: развитие животных от форм, похожих на крысу, которые выжили после Чиксулубского астероида, и до первых млекопитающих-гигантов вроде титанотерия или уинтатерия (они были похожи на носорогов). А вскоре после них появились и привычные для нас существа.

До 2000 года первая эра млекопитающих изучалась в основном по образцам из пустыни Карру в Южной Африке. С начала XXI века стали также известны ископаемые из Центральной Африки, обнаруженные Кристианом Сайдером, а также из России благодаря огромной коллекции, собранной палеонтологом Майклом Бентоном.

Иногда кажется, что вся эра динозавров — это просто какая-то большая мистификация. Казалось бы, один мощный поток излияния базальта — и история развития жизни повернулась бы совсем иначе. Человеческий разум 250 млн лет назад? Вполне возможно, ведь не так уж много времени прошло с тех пор, как обезьяны быстро стали более развитыми существами.

Глава 12 Массовое вымирание — дефицит кислорода и стагнация: 252–250 миллионов лет назад

Пустыня Карру в центральной части Южной Африки, скорее всего, разочарует любителей «настоящих» пустынь. Когда в одном предложении встречаются слова «Африка» и «пустыня», то воображение в первую очередь рисует знаменитые пески Сахары или Калахари. В Калахари, например, жизни почти нет, потому что пески там постоянно перемещаются, днем там очень жарко, а ночью очень холодно. Растениям и животным нелегко выживать в подобных местах, разнообразие и численность живых организмов там невелики, и неудивительно, что люди в этих пустынях также появляются весьма неохотно. Сельское хозяйство здесь почти отсутствует.

Пустыня Карру, в отличие от Сахары и Калахари, не имеет перемещающихся песков и дюн, в основном она состоит из каменистых пород, на которых хорошо развивается растительность, и кажется, не найти здесь места, где бы не было овечьего помета, что говорит о многочисленности этого завезенного вида. В Карру нет жирафов и слонов, гиппопотамов и крокодилов, буйволов и носорогов. Животные здесь водятся, а в некоторых местах их очень даже много, но это все не очень знаменитые африканские виды. Также здесь есть человеческие поселения — большие ранчо. Другими словами, Карру — не то место, которое может понравиться туристам — любителям пустынного экстрима. Но что здесь точно есть, так это большие отложения осадочных пород возрастом в сотни миллионов лет, а именно относящихся к периоду 270–175 млн лет назад.