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.

---

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.

Аммониты выглядели как кальмары, которых засунули в раковину наутилуса. Сегодня наутилусы имеют 90 щупалец, тогда как у аммонитов было восемь или десять. Наутилусы — падальщики, а современные кальмары и аммониты мезозоя — хищники, которым для питания нужны живые жертвы.

Другой группой моллюсков в океанах «парникового» периода были двустворчатые, не такие странные, как рудисты, но определенно отличные от всех ныне живущих форм. Мы говорим об иноцерамах (род Inoceramus). Родственники устриц, они составляли большую группу с разнообразным видовым составом и населяли грязевое дно древних морей. Ни один не был роющим, они просто прикреплялись к поверхности дна. Некоторые из них представляли собой настоящих великанов, раковины которых — миндалевидные, со складчатой структурой — от макушки до устья достигали 20 см. Впрочем, в отличие от современных двустворчатых моллюсков, стенки древних организмов этой группы по сравнению с их размерами были тонкими, как бумага. Их верхние створки иногда украшали устрицы, гребешки, мшанки, морские желуди-балянусы и трубчатые черви. Тем не менее обычно двустворчатые-иноцерамы обитали в местах, где было слишком мало кислорода для «нормальных» моллюсков и других беспозвоночных. Многие наши коллеги используют геохимические методы в исследованиях различий древних и современных двустворчатых. Странности сообществ двустворчатых моллюсков мезозойской эры блестяще показаны, например, в недавней совместной работе Нила Ландмана из Американского музея естественной истории и геохимика Кирка Кокрана. Один только размер иноцерамов в сравнении с прочими двустворчатыми может говорить о том, насколько необычными были эти существа. Самые большие современные двустворчатые — тропические тридакны — могут достигать 15 см в длину, при этом вес их живой ткани составляет около 0,5–1 кг. Некоторые устрицы бывают примерно 30 см в длину, но никак не больше. Размеры иноцерамов находятся где-то между гигантскими тридакнами и гуидаками. Разнообразные иноцерамы процветали в «парниковых» морях с пермского периода до окончания мела, периода их полного вымирания. Иноцерамы существовали в симбиозе с микроорганизмами, помогавшими им выживать за счет метана и других химических веществ, поступающих из органического материала со дна моря, — они не фильтровали воду ради пищи, как это делают современные двустворчатые.

Еще следует поговорить о средних слоях океанских вод парниковой эпохи, которые находились слишком далеко от солнечного света, но все же в десятках и даже сотнях метров от затхлого дна[200]. Огромные пространства средних слоев морской воды сегодня являются самой большой средой обитания на планете, освоенной существами, которые, с одной стороны, никогда не поднимаются к поверхности, атмосфере и солнцу, а с другой — никогда не спускаются ко дну. В этой экосистеме жизнь приспособилась быть всегда «посерединке», и для подобных организмов как теплые мелководья, так и холодные глубины будут смертельны как по причине температурных и кислородных условий, так и в связи с наличием хищников. В такой экосистеме жизненно важным становится постоянное движение в толще воды. В наших морях наиболее показательным представителем этой экосистемы является кальмар — животное, которое в ходе эволюции приобрело плавательные щупальца, а также накопления внутри тела жира и других веществ, в том числе богатых аммиаком, что делает его тело легче морской воды.

Добычей кальмаров служат различные плавающие существа, небольшие по размеру, но зато многочисленные и разнообразные, проживающие в той области водных толщ, которая известна как глубоководный рассеивающий слой (ГРС), поэтому совокупность данных организмов также носит название ГРС. Кроме того, такое название связано с тем, что обнаружили их в 1940-х годах с помощью первых сонаров. ГРС состоит из бесчисленных мелких ракообразных и прочих членистоногих, например, бокоплавов и равноногих, а также других различных типов животных. В дневное время этот внушительный живой слой простирается примерно на 600 800 м в глубину и на сотни и тысячи километров во всех направлениях от берега. С наступлением темноты все сообщество начинает медленно подниматься к верхним водам, а когда становится совсем темно, тонны этой живой массы оказываются в верхних, более теплых, богатых пищей слоях. При дневном свете эти области моря оказались бы смертельными для крошечных мясистых членистоногих — основных представителей фауны ГРС, ведь тогда они хорошо заметны для хищников — рыб и кальмаров.

Сегодня мы располагаем убедительными доказательствами того, что эти обитатели морских толщ впервые появились в меловом периоде и являлись в те времена принципиально новым, до тех пор на планете не известным типом экосистемы. До мелового периода пищевых ресурсов в средних слоях океана не было, а потому не было и животных, которые бы развили у себя приспособления для пребывания в тех областях, причем не только для плавания как такового, но и для ежесуточной миграции на сотни метров вверх и обратно в глубину. Но с появлением этих членистоногих в средних слоях воды эволюция быстро породила и животных, способных питаться ими. У новых хищников появились новые приспособления для плавания в морских толщах, включая самое фундаментальное — способность быть легче воды.

Плотоядными животными, которые развили у себя такую способность, в основном были головоноги-аммониты, но формами они сильно отличались и от привычных для нас современных организмов, и от своих предков, которые обитали непосредственно у дна. У аммонитов, обитавших в средних слоях моря, имелись причудливые раковины, которые позволяли им держаться на плаву всю жизнь, однако эти раковины не позволяли развивать большую скорость. Но в областях, где водилось столько представителей ГРС, плотоядные аммониты могли просто оставаться на месте в толще воды, мигрируя вслед за перемещением пищевых ресурсов: пищи было много, а опасности от других хищников не наблюдалось. Так, не торопясь, они и проживали свой век. По существу, это были живые воздушные шары, у которых имелось приспособление для подъема и погружения, а снизу — корзина с «пассажиром».

В толще воды аммонитам необходимо было каким-либо образом контролировать свои подъемы и погружения[201]. Мы знаем, что система камер в раковине современного наутилуса довольно примитивна и ею трудно управлять. Впрочем, возможно, древние головоногие намного ловчее управлялись со своими раковинами, у которых имелось больше камер и удобных перегородок, что позволяло эффективнее перекачивать воду и достигать довольно большой скорости. Головоногие позднего мела называются гетероморфными из-за неправильной структуры своих раковин — подобных им не было ни до, ни после. Они появились в девоне и вымерли в конце мелового периода, просуществовав, таким образом, почти 60 млн лет — до того самого дня, когда Чуксулубский астероид стер их с лица земли.

Раковины некоторых гетероморфных аммонитов напоминали раковины гигантских улиток, но состояли из камер, наполненных воздухом, кроме одной, нижней, в которой находилось мягкое тело моллюска вместе с его щупальцами и всем остальным. Другие аммониты выглядели как громадные канцелярские скрепки, а иные — как крюки. Самыми распространенными тем не менее являлись конусовидные. Острый конец конуса был первой камерой, которая образовывалась у молодых аммонитов, но у взрослых аммонитов эти длинные и тонкие конусы могли достигать 2 м в длину. Они висели в толще воды в вертикальном положении, их головы со щупальцами находились прямо под конусом. Так выглядели головоногие рода Baculites — самые распространенные на планете плотоядные животные мелового периода.