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.

---

Рифы, образованные рудистами, как и все рифы, росли вверх, к свету. С внешней стороны рифов, обращенных к открытому морю, дно резко уходило в глубину, и дальше на просторах мезозойского океана, у поверхности и у дна, обитали совсем иные существа, которых сегодня уже не встретишь.

Поверхностные слои океанов тех времен патрулировали большие акулы и гигантские рептилии, вернувшиеся к морскому образу жизни. В группы последних входили короткошеие и длинношеие плезиозавры, а также похожие на ящериц мозазавры. Возможно, их образ жизни очень походил на образ жизни современных тюленей: ныряли за пищей, но поднимались на поверхность за воздухом. Впрочем, они были значительно крупнее тюленей, даже намного крупнее любого известного животного, которое поднимается к поверхности для дыхания, отдыха и спаривания.

Жизнь на глубине океанов, существовавших во времена парникового эффекта, также отличалась почти от всего, что мы знаем о современных морях. Только Черное море сегодня частично схоже по своим условиям с тем, что происходило у дна и даже в средних слоях океанов древних парниковых времен. Это была среда с очень теплой водой и настолько малым количеством кислорода, что многие рыбы не могли там жить. Дно состояло из черной грязи, как донные области Черного моря. Грязь удерживала большие объемы легких частиц органического происхождения черного цвета. На глубине кислорода было так мало, что даже разложение органических останков проходило гораздо медленнее, чем в условиях насыщенных кислородом придонных вод. В верхних слоях (всего несколько сантиметров) этого грязевого дна обитали микроорганизмы, чья жизнедеятельность требовала серу, в результате их специфического дыхания выделялись сероводород и метан.

Лишь в немногих местах мезозойского океана существовали придонные экосистемы, которые могли поддерживать жизнь организмов, нуждающихся в нормальных концентрациях кислорода[199]. В других же частях «парниковых» морей развивались две различные группы моллюсков, приспособленные именно к малому количеству кислорода. Одна группа — двустворчатые моллюски — проживала на дне. Представители другой группы, состоявшей из большого количества видов головоногих моллюсков, или аммонитов, обитали в толще воды, хотя питались у дна.

Головоногие океана в меловом периоде принадлежали к организмам, которые впервые появились на самом раннем этапе юрского периода. Их внезапное возникновение в отложениях тех времен говорит о том, что опустошительное триасово-юрское массовое вымирание, которое произошло за 130 млн лет до начала позднего мела, дало возможность эволюционировать совершенно новому типу животных, включая аммонитов с новым строением. Обнаружение их окаменелостей является одним из приятных моментов поисковой работы палеонтологов, а поскольку мы оба два последних десятилетия провели в охоте за останками аммонитов, то это даже порой вносило некоторую напряженность в наши дружеские отношения. Уорд бывает просто очарован любым намеком на окаменелости аммонитов в породах, а Киршвинк готов просверлить насквозь земную кору ради подходящего музейного образца.

Животные группы головоногих, появившиеся в раннем юрском периоде и обитавшие в «парниковом» океане, важны не только для истории развития жизни, но и для геологической науки, в том числе для использования окаменелостей с целью датировки. В мире есть множество мест, где на морские отложения позднего триаса наслаиваются породы, сформированные в юре. В таких местах можно путешествовать во времени, а если слои достаточно велики, есть шанс проследить многие драматические события позднего триасового и раннего юрского периодов. Данные породы отражают одно из пяти крупнейших массовых вымираний — триасово-юрское. По мере погружения в верхние слои триасовых отложений вы сначала наталкиваетесь на окаменелости двустворчатых рода Halobia, а в более молодых породах встречаетесь с многочисленными представителями рода Monotis. Но потом двустворчатые исчезают, оставляя необитаемыми несколько метров породы и времени — это позднейший этап триаса, около 3 млн лет, известный как рэтский ярус.

Затем, через несколько метров этого безжизненного вертикального пространства пород, неожиданно появляется новая группа — аммониты. Хотя в отложениях позднего триаса и встречаются аммониты, но они весьма немногочисленны. Зато уже в самом раннем ярусе юрского периода (в Лайм Регис в Англии, в южной Германии и других местах, знаменитых своими аммонитами) эти организмы находятся в огромном количестве, и в слое глубиной всего лишь несколько метров наблюдается их большое разнообразие. Это вам не триас, где один вид это всё, что вы найдете. Аммониты раннего юрского периода разнообразны и многочисленны, а это значит, что к тому моменту закончилось, наконец, падение уровня кислорода, и концентрация этого газа в земных средах снова стала увеличиваться. Однако аммониты вовсе не свидетельствуют о наличии уровня кислорода, равного современному. Эти существа появились в связи с тем, что в водах океана у поверхности кислорода стало чуть-чуть больше, вот они и воспользовались преимуществом. Им это удалось, так как они, возможно, — одни из тех животных, что лучше всего на Земле приспособлены к малому содержанию кислорода в окружающей среде и потому укрепили свои позиции во времена парникового эффекта юрского и мелового периодов.

Раковины наутилоидов и аммонитов имеют много общего, а потому мы заключаем, что образ жизни у них также мог быть схожим. Наутилусы сегодня обитают в водах, богато насыщенных кислородом, но при этом время от времени встречаются и в придонных областях морей, где кислорода не так уж много. Любопытно, что среди головоногих, известных тем, что им необходима большая концентрация кислорода в средах обитания, тем не менее существует одна группа, непохожая в этом отношении на остальных, — это имеющий раковину наутилус. Он очень устойчив к переменам среды и может от 10 до 15 минут не выказывать дискомфорта, если его вытащить из воды. В воде они поглощают кислород с помощью относительно большой и мощной помпы-сифона, пропускающей сквозь жабры большое количество воды, тем самым обеспечивая большой приток кислорода даже в воде с малой концентрацией кислорода. Если уж какой-либо организм и мог приспособиться к малому количеству кислорода в воде, то это наутилус, что, в частности, было убедительно доказано британским зоологом Мартином Уэллсом, измерившим потребление кислорода у различных наутилусов в Новой Гвинее. Когда наутилус попадает в среду с малым содержанием кислорода, происходят две вещи: во-первых, у него замедляется метаболизм, а во-вторых, его удивительные плавательные способности позволяют ему проплывать большие расстояния в поисках не только пищи, но и мест, где кислорода будет больше.

Появление множества аммонитов в нижних ярусах юры показывает, что эти организмы были прекрасно приспособлены к поглощению максимума кислорода из воды с минимальной концентрацией этого драгоценного газа. Об этой замечательной способности свидетельствует и разнообразие их форм в юрском и меловом периодах, хотя впервые хорошо приспособленное к недостатку кислорода строение их тел могло появиться на границе триаса и юры. По сравнению с морфологией аммонитов, живших до триасово-юрского массового вымирания, тела новых организмов имели значительно большую, чем фрагмакон, жилую камеру, поэтому у них были более тонкие стенки раковин с усложненными швами. Швы также позволяли моллюску быстрее избавляться от жидкости, накопившейся в раковине, чтобы увеличить скорость и маневренность передвижения. Внутри жилой камеры располагался сам моллюск, который мог спрятаться глубоко в раковину. Кроме того, жабры у новых аммонитов были более удлиненные, чему их предков.

Нам не известно, сколько жабр было у аммонитов — две (как у современных креветок или осьминогов) или четыре (как у современных наутилусов). Большинство сохранившихся раковин раннего юрского периода также показывают, что эти животные не были хорошими пловцами. По всей вероятности, они плавали медленно у поверхности или на поверхности воды, используя свою наполненную воздухом раковину как дирижабль.

В течение юрского периода аммониты изменились незначительно, но в меловом у них произошли большие изменения в строении раковин, которые становились все более и более замысловатыми. Первоначальные формы, ориентированные, как у наутилусов, в одной плоскости, сохранились в меловом периоде, однако появилось и множество новых. Предлагаем вновь нырнуть в океан позднего мелового периода, на этот раз вместе с аммонитами.

Независимо от формы, большинство аммонитов искали на дне ракообразных и другую мелкую добычу. В одной экосистеме могло сосуществовать до дюжины различных групп аммонитов, каждая — со своей формой раковины. Некоторые были совсем маленькими, не более 2,5 см в диаметре, диаметр других достигал 15 см. Большинство раковин аммонитов имели толстые, замысловато расставленные ребра и шипы разного вида, которые могли служить защитой в мире, полном хищников, обладавших приспособлениями для разгрызания раковин. Такие защитные механизмы вполне могут объяснить процветание аммонитов в «парниковом» океане мелового периода. Вероятно, их основными врагами были плезиозавры и мозазавры.