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.

---

Примерно посередине этого отложения находится самый лучший в мире участок разнообразной сухопутной ископаемой жизни, принадлежащей к периодам как до, так и после массового пермского вымирания — наиболее катастрофического из пяти крупнейших. Целые поколения палеонтологов начиная с середины XIX века изучали древние речные русла и долины, которые стали геологической основой пустыни Карру. Животные часто гибнут у реки либо от нападений хищников, либо по другим причинам, потом их останки постепенно погружаются в грязь и становятся окаменелостями. Область пустыни Карру до недавнего времени являлась основным местом исследований указанного геологического периода, однако недавно были обнаружены и другие ископаемые: Майком Бентоном, нашим коллегой из Бристоля, — в России, и Кристианом Сайдором из Вашингтонского университета[165] — в республике Нигер. Впрочем, даже эти новые находки не сравнятся с богатством и качеством сохранности во времени образцов из Карру. При этом, конечно, надо понимать, что только энтузиасты, грезящие когда-нибудь раскопать оскаленный череп здоровенного хищника вроде тираннозавра, находят полевые работы палеонтологов захватывающими и не обращают внимании на трудности. На самом деле все образцы из пустыни Карру приходилось буквально выцарапывать из пород — пустыня Карру отдавала свои сокровища весьма неохотно.

Поездка из Кейптауна в центр Карру занимает весь день. Местность имеет небольшой подъем и постоянно повышается, и если ехать к северо-востоку Карру, то вскоре откроется вся геологическая летопись этого региона: от средней перми до «главы» о динозаврах юрского периода. Не только время проходит перед вашим взором сквозь сотни метров осадочных пород этой области. Также перед вами предстанут и климатические различия эпох — от ледников до, возможно, самого жаркого времени в земной истории, а в промежуточный период продолжительностью в десятки миллионов лет вы станете свидетелями времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло минимума с момента появления первых животных на планете (около 600 млн лет назад). Многое можно понять, читая эти геологические «страницы», но есть среди них одна особая, которую исследуют намного тщательнее, чем все остальные.

Это — несколько сотен метров отложений возрастом 252–248 млн лет, породы, возникшие в течение последних тысячелетий пермского периода (и всей палеозойской эры, которая закончилась пермским периодом) и нескольких миллионов лет после массового вымирания 252 млн лет назад. Вот уже несколько десятилетий исследователи задают себе вопросы, связанные с ископаемыми тех времен, довольно редкими, но очень хорошо сохранившимися Во-первых, как долго длилось это массовое вымирание, начиная с первых признаков того, что данное событие превысило «нормальные» масштабы предыдущих вымираний? Во-вторых, мы хотим выяснить, совпадало ли по времени катастрофическое вымирание на суше с таким же по размаху вымиранием морских обитателей в пермский период. В-третьих (и это, наверное, самое интересное), каковы были причины этого события? Наконец, важно понять, насколько быстро сухопутные экосистемы восстановились, поскольку это поможет понять, как пережить другое, подобное пермскому, вымирание, потенциальная угроза которого намного реальнее, чем мы готовы осознать.

Перефразируя высказывание знаменито палеонтолога XX века Дэвида Раупа из Университета Чикаго, спросим себя: выжившие виды были более жизнеспособны или им просто повезло?

Результаты пермского массового вымирания

Причина, или, скорее, причины, пермского вымирания не находят единодушного объяснения в ученой среде, но с одним из выводов согласны все: последствия вымирания были настолько ужасны, что экосистемы восстанавливались очень и очень долго. Этим данное вымирание отличается от схожего события в меловом периоде (мел-палеогенового вымирания), когда также вымерло больше половины всех животных на планете, но восстановление биосферы после произошло относительно быстро. Возможно, это связано с различием в причинах этих событий. Уже более десяти лет в качестве причины мел-палеогенового вымирания признают столкновение Земли с астероидом, но гибельное воздействие этого столкновения быстро ослабело. Случай пермского массового вымирания иной. Многие исследователи считают, что пермское вымирание также было вызвано падением небесного тела, но вот его последствия, обусловившие вымирание, продолжали действовать на протяжении миллионов лет. Некоторые признаки восстановления можно наблюдать не ранее среднего триаса, около 245 млн лет назад.

Подобная ситуация, когда экосистемы восстанавливались очень медленно, могла иметь место, если представить, что пермское массовое вымирание было полностью или частично обусловлено снижением уровня кислорода в атмосфере в конце пермского периода. Новейшие модели изменений кислородных уровней Бернера показывают, что в течение триасового периода содержание кислорода в атмосфере оставалось очень низким, и даже есть доказательства, что уровень кислорода не начал подниматься до самого конца первой половины триаса, что вполне может объяснить такую долгую задержку восстановления биосферы.

Многие исследования подтверждают, что гибельные условия, сложившиеся после начала вымирания, продолжали существовать очень долгое время. Если это так и если животные как-то приспосабливались к неблагоприятным условиям, можно предполагать, что в триасе возникли бы многие новые виды, и не только как реакция на освободившиеся экологические ниши, но и как результат воздействия жестких условий самих по себе. Так и произошло: мир наполнили многие новые виды: некоторые из них формой и образом жизни напоминали вымерших животных (реакция на освободившиеся экологические ниши), а некоторые являлись совершенно новыми существами, особенно на суше. Позже мы продемонстрируем, что многие новые виды, возникшие в конце триасового периода, были приспособлены к условиям жизни с низким уровнем атмосферного кислорода, который особо не повышался и в юрском периоде, то есть в течение более 50 млн лет. Триас был временем, в котором сосуществовали существа и из мира, богатого кислородом, и из мира с малым содержанием этого газа в средах.

Столкновение или парниковый эффект?

С конца XX века и до наших дней пермскому массовому вымиранию уделяется все больше внимания в первую очередь потому, что оно было самым опустошительным из всех — новые цифры указывают на исчезновение почти 90 % видов.

Насколько быстро это произошло и что послужило причиной — эти вопросы хорошо освещены палеонтологами из Китая и США в солидных трудах, посвященных ископаемым из отложений известняка возле города Мэйшань в Китае[166]. Геологи соотносили толщину каждого осадочного слоя с его принадлежностью к определенному виду породы. Затем из каждого слоя, идентифицированного со всей тщательностью, были взяты ископаемые образцы. Не менее тщательно было проведено описание каждого образца с учетом его отношения к определенному слою. Палеонтологи использовали новый статистический метод Чарльза Маршалла, основанный на оценке доверительного интервала[167], — данная методика позволяет получить данные о реальном временном интервале, к которому может относиться тот или иной ископаемый образец. У китайских исследователей есть некоторое преимущество в работе — в Китае существует большое количество пепловых отложений, возраст которых можно определить с помощью инструментов, измеряющих показатели изотопов урана/свинца. Именно это и было проделано недавно Сэмом Боурингом из Массачусетского технологического института[168]. Сведения, полученные в результате совместной работы китайских и американских коллег, определяют длительность пермского вымирания не более 60 тысяч лет, что является невероятно точным показателем для пород возрастом более четверти миллиарда лет.

Всего в области Мэйшань было обработано пять различных стратиграфических уровней, образцы брали в интервалах от 30 до 50 см. В результате были найдены и описаны 333 вида морских животных, относящихся к различным группам, например, кораллы, двустворчатые и плеченогие моллюски, улитки, головоногие, трилобиты и многие другие. Таких тщательных исследований в отношении настолько разнообразных образцов фауны из подобных пород до этого никто не проводил.

Помимо прочего, в морских экосистемах — как на мелководье, так и в глубине — в конце пермского периода произошло значительное сокращение содержания кислорода. Об этом пишет, в частности, Юкио Изодзаки из Токийского университета в своей работе 1996 года. В его исследовании показано, что глубоководные кремнистые сланцы, относящиеся к периоду массового вымирания, имеют черный, «траурный», цвет, хотя обычно бывают красного цвета. Дефицит кислорода был, очевидно, так велик, что многие морские организмы погибли быстро и внезапно, подобно тому, как это происходит в современных «красных приливах». Также существуют свидетельства того, что в период пермского массового вымирания происходило глобальное потепление и значительное усиление вулканической активности и эффузии (излияния лавы) в Сибири.