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.

---

Характерные особенности метаболизма, а также различные способы размножения — живорождение, откладывание яиц — являются важнейшими биологическими признаками древних организмов и в ближайшем будущем станут основными темами исследований в соответствующих областях знаний. К сожалению, проблема времени происхождения и распространения той или иной стратегии воспроизводства может оказаться неразрешимой, поскольку мы по-прежнему не располагаем ископаемыми образцами кожистых яиц.

Глава 15 Жизнь в океане: 200–65 миллионов лет назад

Мезозойская эра и ее периоды — триасовый, юрский и меловой — привлекают внимание исследователей по той причине, что в те времена появлялись и эволюционировали интереснейшие сухопутные животные, прежде всего динозавры. Однако в те же периоды происходили большие изменения в морских экосистемах. Мезозойский океан в поверхностных водах быстро становился все более похожим на современный, а фауна средних слоев и у дна оставалась совершенно отличной от современных форм. Если сделать срез морских толщ от поверхности до дна, можно проследить эти особенности развития морских обитателей. Давайте нырнем поглубже, чтобы обогатить наше понимание тех процессов, которые происходили в океанах мезозоя — на «парниковой» планете[197].

Конечно, атмосфера, с которой соприкасался и взаимодействовал океан, сильно влияла на химические и физические аспекты морских экосистем[198]. Температура атмосферы, изменения температур от полюсов к экватору, химический состав морской воды, включая количество растворенного в ней кислорода, — все эти элементы участвовали в создании особых условий существования морских обитателей. Важным фактом, например, является то, что теплая вода содержит меньше кислорода, чем холодная. В течение всего мезозоя, за исключением последних пяти миллионов лет мела, атмосфера Земли, от полюсов до экватора, была жаркой и влажной. Одна только жара уже служила причиной значительно более низкой, чем в наши дни, концентрации кислорода в Мировом океане. Если к этому обстоятельству также добавить невысокий уровень атмосферного кислорода, то становится понятно, насколько недружелюбными к живым существам были мезозойские океанические воды и насколько сильно они отличались от современных. Неудивительно, что животные, которые пытались выжить в таких условиях, приспосабливались к обитанию в морской воде с низким содержанием кислорода самыми разнообразными способами.

Хотя мезозойский мир значительно отличался от нашего, кое в чем они все же похожи. Подобно тому, как в современном мире невысоко над уровнем моря обитает множество летающих существ — от насекомых до птиц и летучих мышей, небо мезозоя было полно жизни и движения. В небесах летали разнообразные организмы, в том числе насекомые, а также животные двух групп, которых сегодня уже нет: птерозавры (рептилии) и птеродактили. Обитали в мезозое и птицы, их было много, но они совершенно не походили на современных: некоторые — с зубами, а некоторые — без крыльев.

Типичной границей между океаном и сушей в меловой период являлась лагуна. Лагуны образуются, если часть морской воды отделена от основного океана каким-либо рифом. Обычно вода в лагунах теплее, чем в открытом море, и в ней меньше кислорода. Мелководные области мезозойских лагун населяли улитки и двустворчатые моллюски, по форме и таксономическим признакам очень схожие с обитателями современных тропических лагун и прибрежных экосистем.

Например, в мезозое уже существовали роющие двустворчатые моллюски, лопатоногие моллюски, устрицы, гребешки, мидии, каури, моллюски-конусы, моллюски-тритоны, морские улитки, морские ежи (как обитающие на поверхности «правильные», так и «неправильные» роющие, вроде современных плоских морских ежей). Кроме того, в мезозое обитали крабы и лобстеры. Короче говоря, на морском мелководье в позднем меловом периоде (90–65 млн лет назад) более-менее «современная» фауна уже закрепилась, и, по правде говоря, ее относительно мало затронули грандиозные последствия массового вымирания, обозначившего конец мезозойской эры.

Как и сегодня, в более глубоких местах лагун типы животных отличались от обитавших в поверхностных слоях. Такие организмы приспосабливались к проживанию у донных поверхностей, состоящих из осадочных материалов, более мягких, чем песок мелководья В глубоких местах существовало множество роющих животных, кроме того, там были погребены многие жители из поверхностных вод. Прятаться в органических осадках — одна из основных стратегий выживания, в позднем меловом периоде многие хищники развили у себя способность разгрызать раковины или просверливать их. В лагунах, помимо прочего, находилось много известняка, сформированного рифообразующими организмами, например, кораллами. Островки маленьких рифов позднее превращались в подковообразные структуры, при этом их выгнутая сторона была ориентирована в соответствии с основным направлением ветров.

Дальше от берега располагались большие барьерные рифы, иногда их верхние части выступали из воды. Это были огромные стены из известняка, их протяженность могла достигать десятков тысяч метров. Они вырастали непосредственно у побережий островов или континентов в тех местах, где материковый шельф делал заметный склон и уходил в глубину.

Барьерные рифы служили домом для множества видов рыб, включая костистых рыб, хрящевых акул и скатов.

С внутренней стороны барьерные рифы выглядели во многом абсолютно так же, как их современники, например, Большой барьерный риф в Австралии. Тем не менее есть и серьезное отличие — хотя сегодня рифы населены живыми кораллами, их основной каркас построен не кораллами.

Трехмерные, устойчивые к воздействию волн структуры, которые мы называем рифами, являются важными экосистемами со времен ордовикского периода. Все они были и остаются постройками, в которых принимают участие разнообразные «строители» и «изготовители строительных растворов». Такие структуры схожи с кирпичными домами, «кирпичи» — это кораллы, «штукатурка» — водоросли. Однако лучше сравнить рифы с древними городами: с течением веков там воздвигаются здания, существуют некоторое время, затем разрушаются, а на их руинах вырастают новые. Со временем под тяжестью наслаивающихся построек может оседать даже сама земная поверхность.

Такова природа рифа — веками на уже существующие структуры кораллов надстраиваются новые, поднимаясь все выше к солнцу, стремясь обогнать соседей в настоящей гонке на выживание. Кораллы стараются сделать так, чтобы соперники не разместили свои «кирпичики» сверху на их постройках и не отрезали таким образом путь к свету и открытой проточной воде. Для миллионов одноклеточных растений, которые обитают в каждом полипе, необходимо солнце, а проточная вода приносит плотоядным полипам пищу. Крошечные растения-динофиты помогают кораллам строить их гигантские каркасы, при этом получая от кораллов пищевой ресурс и защиту. Маленькие личинки кораллов находят какую-нибудь твердую неорганическую поверхность и начинают расти к поверхности моря. Если им будет сопутствовать удача, крошечные одинокие личинки разрастутся в колонию из сотен тысяч полипов, которые будут жить сотни и тысячи лет, а их известковый каркас приобретет вес в тысячи тонн. Хотя сегодня существуют тысячелетние колонии кораллов, но рано или поздно такие крупные сообщества погибают, и после этого их известковый скелет становится строительным фундаментом для следующих поколений кораллов.

Рифы мелового периода проходили те же жизненные этапы и имели те же размеры и очертания, но строительными «кирпичиками» были не кораллы, а моллюски — довольно большие двустворчатые моллюски, совершенно не похожие на современных. Их название — рудисты, они были необычны по форме, многие напоминали конусы, у них имелась верхняя створка-крышечка, которая плотно прилегала к нижней. Некоторые рудисты по своим размерам приближались к тридакнам — гигантским двустворчатым современных тропических морей. В отличие от тридакны, одиночного организма, рудисты росли бок о бок, образовывая скопления (как современные мидии), пытаясь занять каждый сантиметр свободной поверхности, росли даже друг на друге.

Каждый большой конус — нижняя створка рудистов — плотно примыкал к соседним, и вместе они представляли собой твердую дорожку примерно 50–60 см в длину и около 30 см в ширину. Сверху на каждом проживал как раз «строитель»-моллюск, которые стремился забраться как можно выше — поближе к свету. Как и кораллы, рудисты проживали в симбиозе с крошечными организмами — одноклеточными растениями, нуждавшимися в свете для фотосинтеза. В свою очередь, растения обеспечивали рудистов необходимым количеством кислорода, а также помогали избавиться от накапливаемых органических останков и избытка углекислого газа. Современным кораллам требуются столетия, чтобы обрести большие размеры, а те древние двустворчатые росли очень быстро. Через год после закрепления на поверхности морского мелководья (чтобы выжить, они, по всей вероятности, нуждались в большом количестве света, поскольку на их телах располагались микроскопические растения) молодые моллюски образовывали известковые раковины внушительных размеров. Они быстро размножались, быстро росли и довольно скоро погибали, а на их твердых останках появлялись раковины их потомков, и вся колония превращалась в огромный жилой комплекс. Коралловый скелет из одиночного полипа в колонию всего в несколько метров высотой и шириной вырастает за века, а рудистам для этого было достаточно пяти лет.