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.

---

Как и во время кембрийского взрыва, когда у животных за короткий геологический интервал времени развивались новые морфологические типы на основе модификаций дыхательных систем, так и в триасовых морях животные обрели большой спектр новых адаптивных свойств. На суше, как мы уже видели, животные экспериментировали в основном с типами легких. В океане организмы также осваивали новые способы дыхания. Двустворчатые моллюски, например, были группой, у которой развился новый морфологический тип и даже новая физиология в ответ на появление почти безграничных пространств, богатых пищей, но бедных кислородом.

Недостаток кислорода сделал дно моря в некотором отношении прекрасным местом обитания. На дне скапливалось большое количество восстановленного углерода в форме мертвого планктона и других погибших организмов. Если бы у дна было много кислорода, весь этот органический материал вскоре был бы употреблен в пищу организмами, которые фильтруют воду или питаются останками со дна. Однако дефицит кислорода удерживает таких животных подальше от подобных мест, даже бактерии, которые способствуют разложению органических останков, здесь не встречаются. Впрочем, хотя уровень кислорода в триасовый период сильно упал, двустворчатые моллюски нашли выход из положения. Некоторые, например, иноцерамы, обитавшие в областях, где было хоть немного кислорода, питались не органическими останками, упавшими на дно, но метаном, поступавшим из органических отложений. Свободно себя чувствуют в бескислородных условиях или в местах с очень незначительным содержанием кислорода метаногены — метанобразующие бактерии. Даже там, где у дна есть немного кислорода, в органических отложениях на глубине всего в несколько сантиметров кислорода уже нет, и это создает идеальные условия для жизни метаногенов. Продуктом их метаболизма является метан. На жабрах двустворчатых могли обитать и другие метанобразующие бактерии, а также те, которые разлагают органику. В конце концов, моллюски могли питаться и самими бактериями. Похожие механизмы пищевого поведения сегодня можно обнаружить у глубоководной фауны — гигантских трубчатых червей или двустворчатых, которые для питания используют неорганические вещества. Впрочем, существуют и отличия: области обитания современной глубоководной фауны относительно насыщены кислородом, представителям таких экосистем даже жабры не нужны, так что мезозойским двустворчатым повезло меньше.

Другим путем адаптации в ответ на недостаток кислорода в океане последовали ракообразные — крабы и омары. В палеозойских породах можно видеть останки ракообразных, строение тел которых во многом совпадает с креветкой, но крабы — более позднее эволюционное новшество. Краб — это креветка, у которой брюшко подвернуто под туловище. Слияние головы и грудного отдела превратило краба в бронированный орешек, который не так-то просто разгрызть какому-нибудь хищнику. Размещение брюшка внутри брони — гениальное изобретение. Как правило, именно брюшко является наиболее уязвимой частью при нападении хищника, а защитив этот участок тела, краб стал быстро распространяться по морским просторам. Большие клешни краба позволяют ему легко раскалывать раковины моллюсков и других жертв с твердой защитой — крабы известны как дурофаги, то есть хищники, питающиеся организмами, у которых есть панцирь.

Таким образом, стимулом для эволюционных изменений в строении тела краба послужило стремление как к защите (укрепленный панцирь, слияние головы и груди, подвернутое брюшко), так и к нападению (пара мощных клешней). Но была у краба и другая причина перестройки тела, связанная с особенностями дыхания: его жабры теперь надежно спрятаны под твердым защитным панцирем, а вода к жабрам поступает благодаря системе перегона воды внутрь панциря и наружу, действующей как насос. Система дыхания краба — замечательный способ усилить ток воды, поступающий к жабрам.

Крабы эволюционировали из существ, похожих на креветок, и мы можем проследить этапы эволюции дыхательной системы по останкам предков краба: у креветки жабры частично укрыты под телом животного, при этом они прикреплены к сегментам тела и открыты снизу для доступа воды.

Мезозойские «парниковые» океаны со временем изменились. Две группы самых характерных морских обитателей тех времен — аммониты и двустворчатые-иноцерамы — могли бы существовать и сегодня, но 65 млн лет назад на Землю обрушился Чуксулубский астероид, который навсегда изменил вид земной биосферы.

Глава 16 Гибель динозавров: 65 миллионов лет назад

Картины событий прошлого планеты иногда самым удачным образом отражены, как ни странно, в научной фантастике. Ниже приводится лучшее, на наш взгляд, описание самого знаменитого массового вымирания — мел-палеогенового. Нам очень нравится этот замечательный отрывок из книги Уильяма Гибсона и Брюса Стерлинга «Машина различий»:

Полыхали пожары, мезозойскую Землю хлестали ураганы, бушующая атмосфера насытилась кометной пылью и дымом, планету окутал мрак. Гибли лишенные солнечного света растения, а вслед за ними и могучие динозавры, жестко адаптированные к рухнувшему, безвозвратно ушедшему в прошлое миру. Но в наступившем хаосе еще активнее заработали механизмы эволюции, прошло какое-то время, и опустошенную Землю заселили новые, странные и неожиданные существа[207].

Всем известно, что те «новые, странные и неожиданные существа» были новыми группами млекопитающих, населяющих Землю и по сей день. Почему существует такая глубокая уверенность в том, что именно астероид стал причиной мел-палеогенового массового вымирания? Это факт обсуждается приблизительно с 1990 года, через 10 лет после того, как исследовательская группа Альвареса из Беркли опубликовала свой сенсационный материал, совершенно изменивший не только наше понимание сути массовых вымираний, но и вообще представления о геологических процессах в целом.

Изучение массовых вымираний тесно переплетается с идеями, лежавшими в основе геологии в момент ее зарождения как современного научного направления, то есть в первые 60 лет XIX века. Десятилетиями ученые обсуждали базовые принципы, которые позволили бы объяснить, каким образом возникли все эти геологические формации, породы и отложения, а также растения и животные Земли. Основная борьба развернулась между представителями униформизма, повторявшими как мантру утверждение, что настоящее есть ключ к тайнам прошлого, и группой ученых, продвигавших принцип катастрофизма. Идеологом катастрофизма можно считать Жоржа Кювье, который первым осознал реальность вымираний как таковых. Позднее катастрофизм поддержали и другие исследователи, в том числе широко известный Альсид д’Орбиньи, чьей заслугой является разработка и модернизация геологической хронологии. Однако, несмотря на их исключительный вклад в науку, и Кювье, и д’Орбиньи пытались объяснить очевидные факты массовых вымираний сверхъестественными причинами. Оба верили, что некая высшая сила посылает на планету потопы, стирает с лица земли большую часть живых организмов, а затем вновь населяет сушу и океан новыми существами.

Новые поколения геологов то возвращались к идеям униформизма и катастрофизма, то вновь отвергали их. Униформизм в какой-то момент победил, поскольку в описываемых образцах пород, количество которых постоянно увеличивалось, никто не находил подтверждения ни одному событию мирового потопа, не говоря уж о целой серии последовательных потопов, которые могли бы стать причиной массовых вымираний. Самые крупные из них, известные как «Большая пятерка», это ордовикское, девонское, пермское, триасовое и мел-палеогеновое вымирания. К XX веку катастрофизм больше не находил поддержки среди ученых, за исключением тех, кто писал книги, тешащие представления человечества о прошлом, как о временах куда более захватывающих, чем постепенное скучное послойное накопление геологических летописей. Впрочем, и последователи униформизма (в том числе Дарвин) кое в чем чувствовали себя не очень уверенно — в объяснениях массовых вымираний.

Геологическая наука пришла к заключению, что массовые вымирания проходили очень медленно, а с учетом длительности протекания этих событий даже наблюдаемые изменения климата и колебания уровня Мирового океана могут стать объяснением причин вымираний. Таких мыслей придерживались все геологи во второй половине XX века.

Впрочем, раздавались и голоса протеста, хотя и совсем немного. Одним из самых заметных был голос Отто Шиндевольфа, профессора палеонтологии из Тюбингенского университета на юге Германии. Шиндевольф возражал против теории медленного и последовательного протекания массовых вымираний. Напротив, после кропотливой исследовательской работы с образцами пород и наблюдений за изменениями в них Шиндевольф пришел к выводу, что, возможно, причинами вымираний являлись намного более быстрые и катастрофичные события. Он предположил, что известные массовые вымирания могли быть вызваны, в том числе, воздействием космических лучей. От него же пошло название нового направления исследований — неокатастрофизм, под которым Шиндевольф подразумевал диаметрально противоположные униформизму научные подходы изучения прошлого.