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.

---

Местом, где удобнее всего исследовать последних аммонитов, обитавших у экватора в позднем меловом периоде, является толстый слой соответствующих пород в Бискайском заливе — большая область отложений, протянувшаяся с юго-запада Франции к северо-востоку Испании. А лучше всего в этом регионе изучать скалистый берег возле старой баскской деревушки Сумая[211]. Там, подобно книжным страницам, открываются сотни метров породы возрастом от 72 до 50 млн лет. Границы периодов, отражающие массовое вымирание, открыты взору и очевидны, в том числе благодаря изменениям в литологии и цвете пород.

Возраст старейших отложений вдоль побережья, где находится Сумая, — около 71 млн лет. Породы состоят из отдельных слоев, от 15 до 30 см, каждый слой — парный, представляет собой сочетание более толстой известняковой части и тонкой глинистой прослойки с незначительным содержанием известняка. Тысячи и тысячи таких парных слоев когда-то отвердели и создали береговую линию. По типам породы и по ископаемым мы можем определить, что эти слои сформировались на относительно большой глубине моря, вероятно, в самом глубоком месте континентального шельфа, а может, даже на самом его краю, где-то между 200 и 400 м под водой.

Слои располагаются перпендикулярно основной линии берега и имеют сильный уклон к северу. С юга на север породы «молодеют». Очень крутой уклон пород и высокий прилив делают визиты к большей части данных отложений весьма затруднительными.

В начале пути по этой местности, непосредственно на пляже (и в самом начале истории этих пород), откуда начинается крутой — и единственный — подъем на скалы, окаменелости можно увидеть повсюду. Большинство из них — большие двустворчатые-иноцерамы, о которых мы писали в предыдущей главе, но также много аммонитов, морских ежей, имеющих форму сердца. Костей позвоночных не видно, нет и зубов акул, и, конечно, никаких динозавров, а ведь возраст этих морских отложений совпадает с возрастом тех образованных на суше пород, в которых окаменелости динозавров встречаются во множестве.

Больше всего вызывают удивление иноцерамы. Они достигают 60 см в диаметре и выглядят как плоские гигантские тарелки, располагаются рядом со своими более мелкими сородичами других видов. На сотни метров местных слоев их останки являются самыми многочисленными. Окаменелости легко можно найти в верхних и нижних границах слоев, особенно в верхних. Возле Сумаи есть где поохотиться за окаменелостями, они в огромных количествах находятся в слоях разных возрастов. Неожиданно исчезают большие двустворчатые — примерно в сотне метров ниже того уровня породы, где хорошо заметно вымирание аммонитов. Сами аммониты и морские ежи продолжают попадаться в изобилии дальше в верхних слоях, а затем совершенно внезапно тоже исчезают.

Работа на побережье Бискайского залива, поддерживаемая исследованиями других отложений мелового периода, позволяет установить, что двустворчатые-иноцерамиды вымирали постепенно в течение приблизительно 2 млн лет перед внезапным исчезновением аммонитов. Статистические методы, разработанные Чарльзом Маршаллом из Калифорнийского университета в Беркли, помогли самому Маршаллу и Питеру Уорду, одному из авторов этих строк, выяснить, что, по крайней мере, в данном регионе непосредственно перед падением астероида обитали 22 вида аммонитов, что подтверждается составом пород: иридий, ударный кварц, тектиты (маленькие стеклянные шарики метеоритного происхождения).

Любопытным фактом в истории вымирания иноцерамов является не то, что они погибли до аммонитов, а то, что их вымирание произошло в другое время и в другом месте. Например, последние иноцерамы в породах мелового периода в Антарктике не моложе 72 млн лет, то есть там они вымерли на 7 млн лет раньше аммонитов. Теперь мы знаем, что среди этих двустворчатых, обитавших когда-то по всему миру, вымирание видов происходило волнообразно, начиная с регионов Антарктиды и постепенно распространяясь к Северному полушарию. Такое вымирание было похоже на болезнь, медленно продвигавшуюся к северу и убивающую виды двустворчатых один за другим. Но это была не болезнь, это были холод и кислород.

В конце мелового периода в верхних южных широтах стала проявляться термохалинная циркуляция кислородного типа, и за 2 млн лет холодная, насыщенная кислородом вода со дна океана распространилась по всем морям, в направлении с юга на север. Это явление явилось фатальным для иноцерамов, и их исчезновение стало историческим событием, поскольку они процветали в течение 160 млн лет, но были приспособлены к обитанию совсем в других океанах — с низким содержанием кислорода и теплым морским дном. Холод и кислород их убили.

Просто столкновение?

Давайте подведем небольшой итог того, что нам известно о причинах мел-палеогенового массового вымирания. Произошло столкновение Земли с космическим объектом, это было одиночное событие, случилось вскоре (через 1–3 млн лет) после двух быстрых изменений уровня Мирового океана, в период между которыми значительно изменился и химический состав океана[212]. В результате столкновения на полуострове Юкатан возник большой (около 300 км в диаметре) кратер, названный Чуксулуб. Хотя все еще нет единого мнения относительно реального первоначального размера кратера, никто не сомневается, что это именно кратер. Геологические и географические особенности территории в месте столкновения могли усилить гибельные последствия, возникшие от удара. Это тем более вероятно, потому что серные испарения в том регионе и сера, содержавшаяся в самом космическом теле, могли увеличить масштаб катастрофы. По-видимому, падение астероида в неглубокое море, располагавшееся на экваториальных широтах, имело невероятно разрушительные последствия: изменения состава атмосферы на всей планете, падение температуры, кислотные дожди и пожары по всему миру. Многие (но не все) ученые также согласны с тем, что большие, грубые по фактуре отложения, состоящие из обломков пород, расположенные во многих местах вдоль восточного побережья Мексики, были сформированы ударными волнами от столкновения. Долгая зима, последовавшая за столкновением и вызванная затемнением в результате стремительного наполнения атмосферы пылью, послужила основным фактором гибели живых организмов.

Модель атмосферных изменений, последовавших за падением астероида, также учитывает, что пыль, в больших концентрациях поднявшаяся в атмосферу, вызвала затемнение, а это привело к тому, что уровень света резко снизился, поэтому ослабился или вовсе прекратился процесс фотосинтеза. Большая концентрация пыли в атмосфере также повлияла на круговорот воды на Земле. Согласно климатологическим исследованиям, после столкновений планеты с большими небесными объектами средний общемировой показатель осадков снижается более чем на 90 % и на несколько месяцев остается в таком состоянии, а потом в течение полугода не превышает 50 % от нормы. Последствия всех этих явления для биосферы хорошо известны[213].

А что же базальт?

Выше мел-палеогеновое вымирание представлено как комплекс последствий одного события. На Землю что-то упало, и это падение привело к изменениям в окружающей среде, достаточным, чтобы уничтожить более половины всех видов. Все просто, но есть один момент, который не дает покоя. Земля столкнулась с астероидом в период своей невиданной вулканической активности, сопровождавшейся излиянием базальта. Это событие произошло в области, которая теперь называется «Деканские траппы». Из недр Земли на поверхность вышли многочисленные тонны базальта. Примерно 84 млн лет назад массы расплавленной породы отделились от мантии и стали подниматься сквозь земную кору, этот процесс занял около 20 млн лет. Это движение внутри планеты попутно вызвало ряд истинных перемещений полюсов (реакция вращающейся планеты на смещение веса в областях, близких к ее поверхности). Быстрые перемещения в масштабе планеты могли привести к нарушению баланса в некоторых экосистемах. Например, большая часть западной Канады и Аляска, по-видимому, до периода 84 млн лет назад находились на тех же широтах, что и Мексика, но в конце мезозоя оказались довольно далеко оттуда.

Самым важным последствием излияний базальта, как уже было несколько раз показано нами в данной книге, являлось насыщение атмосферы углекислым и другими парниковыми газами. Земля быстро потеплела на полюсах, в высоких широтах и, хотя и не так быстро, — на экваторе. Эти условия послужили причиной так называемого парникового вымирания: большое излияние базальта вызывает сильное потепление в высоких широтах, что приводит к значительному уменьшению концентрации кислорода в океане, к поверхности океана начинают подниматься насыщенные сероводородом и потому токсичные глубинные воды — живые организмы погибают, что и произошло в девоне, перми и позднем триасе. Маленький гнусный секрет геологов заключается в том, что мы очень долго не хотели раскрывать истинных причин тех массовых вымираний. Кому охота признавать, что биологическая катастрофа произошла из-за вонючего сероводорода, тогда как есть красивый кратер от упавшего астероида?