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.

---

Наука тем не менее все расставляет по своим местам, если предмет изучения достаточно интересный. Поэтому стоит вспомнить еще несколько интересных вопросов относительно того, почему динозавры (да и не только они) вымерли 65 млн лет назад. Например, почему воздействие Деканских траппов[214] на биосферу тех времен не так очевидно, как в случаях с другими излияниями базальта, принесшими столько разрушений и погубившими столько видов?

На самом деле Деканские траппы произвели огромные разрушения. Возможно, самым ярким доказательством этому является, простите за нескромность, результат нашей работы в Антарктике. В 2012 году один из наших студентов, Том Тобин, показал, что действительно имело место потепление океана приблизительно за сотню тысяч лет до столкновения с астероидом, и вымирание видов вследствие этого действительно произошло. Глобальное потепление как один из конечных результатов излияния базальта заметнее проявляется в высоких широтах планеты. Тропики уже достаточно жаркие, какими им и полагается быть. В нашем современном мире мы наблюдаем как раз такую картину — Арктика и Антарктика подвергаются потеплению в большей степени, а вместе с тем и более заметному разрушению экосистем.

Все верно, в нас врезался большой астероид, и это привело к мел-палеогеновому вымиранию. Однако до этого события в течение сотен тысяч лет мир становился теплее из-за излияния базальта. Мы можем закончить эту главу избитой «боксерской» метафорой: нокаут по определению — это один мощный удар, но очень редко один первый удар, не важно, насколько он силен, приводит к нокауту, сначала может состояться несколько раундов, с выпадами и ударами по корпусу. Деканские траппы «измотали» биосферу, астероид нанес решающий удар.

Глава 17 Третья эра млекопитающих: 65–50 миллионов лет назад

Самыми первыми из известных в истории млекопитающих были существа размером не больше крота, которых назвали морганукодонами, они обитали около 210 млн лет назад в позднем триасе. Хотя эти животные находились на периферии экосистем и опасались рыскающих повсюду хищных динозавров, но, в отличие от последних, каким-то образом выжили во время мел-палеогенового массового вымирания. Через некоторое время к морганукодонам присоединились и другие примитивные, но тем не менее «настоящие» млекопитающие. Все современные млекопитающие, включая человека, являются потомками одной группы, пережившей мел-палеогеновую биологическую катастрофу. Когда рухнул мир динозавров, планета подверглась нашествию крыс. По крайней мере, это были существа, по размеру и форме похожие на крыс[215].

Палеонтологи долгое время полагали, что предки всех современных млекопитающих произошли из одной области северных материков, а когда в мезозое Пангея медленно начала распадаться, те первые млекопитающие мигрировали к югу, к Антарктике и Австралии, по сухопутным перемычкам между континентами. Представьте себе потеки краски, стекающей по земному шару с севера на юг — так раньше представляли себе распространение млекопитающих по миру. Однако от этой теории пришлось отказаться, как и от многих других, по мере накопления исследовательского материала, собранного благодаря ископаемым находкам и данным генетики. Теперь все выглядит наоборот: млекопитающие мигрировали с юга на север, постепенно «модернизируясь». Совершенно новые образцы ископаемых подтверждают, что на юге более развитые млекопитающие появились раньше, чем в северных областях.

Генетические исследования показывают, что XXI век — век научных сюрпризов[216]. Вот три главных. Во-первых, крупнейшие «группы» млекопитающих — 18 существующих сегодня отрядов, а также некоторые из подотрядов и даже семейств на самом деле появились задолго до исчезновения динозавров, а это опровергает давно утвердившийся взгляд, что время развития данных групп — не ранее конца мел-палеогенового вымирания. Образцы окаменелостей демонстрируют, что большинство современных групп появились около 60 млн лет назад, после гибели динозавров, но, по данным молекулярных исследований, получается, что развитие разнообразия видов млекопитающих началось около 100 млн лет назад[217].

Во-вторых, важнейшие эволюционные изменения и появление разнообразных таксономических групп произошли на южных континентах, а не на северных.

В-третьих, многие группы казались очень и очень дальними родственниками, а на деле вышло, что они чрезвычайно близки. Например, палеонтологи всегда считали, что летучие мыши входят в тот же подотряд, что и тупайи, шерстокрылы и приматы. Генетические данные тем не менее сближают летучих мышей с коровами, свиньями, кошками, лошадьми и китами. Киты, в свою очередь, сегодня известны тем, что происходят от животных, близких свиньям, а не тем существам, от которых произошли тюлени.

Своим эволюционным успехом млекопитающие обязаны особым изменениям в анатомии, в том числе отделению челюсти от ушных костей, что позволило черепу более поздних млекопитающих раздвинуться в стороны и назад, то есть обеспечить место для более крупного мозга. Впрочем, самое важное новшество — эволюция зубов: верхние и нижние коренные зубы морганукодонов сцеплялись таким образом, что эти животные могли расчленять пищу на более мелкие части.

Современные млекопитающие делятся на две основные группы: более древние сумчатые, у которых детеныши рождаются совсем крошечными и затем донашиваются в особой сумке, и более поздние потомки древних предков — плацентарные млекопитающие. Новые исследования ДНК позволяют определить, что плацентарные возникли от сумчатых не позднее 175 млн лет назад[218]. Это же подтверждают и ископаемые, особенно находки из Китая[219] — там обнаружены совершенно неизвестные до недавнего времени ископаемые останки первых плацентарных, которые подтверждают сведения генетических исследований. Этому ископаемому существу, названному «эомайя», 125 млн лет, а это значит, что первые плацентарные начали появляться еще в юрском периоде[220].

Самая древняя группа существующих сегодня плацентарных животных включает слонов, трубкозубов, ламантинов и даманов[221]. Когда Африка отделилась от Пангеи, с ней вместе откололись и эти животные и развивались своим путем десятки миллионов лет. Также от Евразии и Северной Америки отделилась Южная Америка и стала родиной ленивцев, броненосцев и муравьедов. На северных континентах появились самые молодые плацентарные из всех, в том числе тюлени, коровы, лошади, киты, ежи, грызуны, обезьяны и… люди.

Если основное разнообразие млекопитающих возникло до мел-палеогенового вымирания, то самое заметное преобразование — увеличение размеров — произошло уже после этого события В течение 270 тысяч лет млекопитающие становились все крупнее и многообразнее, хотя по-настоящему крупные животные среди них появились только 55 млн лет назад. Затем одновременно произошли два события: постепенное повышение среднемировой температуры и широкое распространение лесов по всей планете, даже у полюсов. Этот скачок в развитии растений, возможно, стал дополнительным толчком к распространению разнообразных видов млекопитающих.

Жизнь на суше в палеоцене

Палеоцен — особая эпоха палеогена — существовал только благодаря мел-палеогеновому вымиранию. Причина и следствие того массового вымирания были абсолютно неравноценными, а мир после него стал совсем-совсем другим, и причем на многих уровнях.

После исчезновения динозавров, которые властвовали над миром живой природы очень долгое время, безусловно, должен был возникнуть целый спектр новых экологических отношений. Исчезновение множества сухопутных животных произошло очень быстро, и поэтому появление новых форм напоминало весенний поток — так много новых видов возникло за короткий период времени. Очевидно, что млекопитающие стали самыми удачливыми организмами в игре на выживание на суше. Впрочем, вернулись и птицы и какое-то время соперничали с млекопитающими за наземные ресурсы.

Падение астероида серьезно повлияло на воздействие океана на сухопутные среды обитания. В течение тысяч лет экосистемы испытывали последствия того события, климат был нестабилен, а к этому добавлялось небольшое общее похолодание как на суше, так и в океане. Биосфера, разумеется, также подвергалась значительным изменениям. Например, гибель динозавров привела к тому, что лесов стало больше, и они стали гуще. Современные слоны, в силу своих пищевых привычек, заметно прореживают леса в местах своего обитания, и динозавры, скорее всего, делали то же самое. Но когда динозавров не стало, леса уплотнились и разрослись.

К концу палеоцена, более чем через 7 млн лет после катастрофы и мел-палеогенового вымирания, стабилизировался мировой климат. Планета медленно потеплела. По состоянию изотопов кислорода мы можем заключить, что температура экваториальных вод в верхних слоях достигала 20 °C, а в некоторых местах — и 26 °C, то есть ситуация было очень схожа с современным температурным режимом морей на тех же широтах. Однако в более высоких широтах мир того периода сильно отличался от современного. В Арктике и Антарктике температура верхних слоев океана достигала 10–12 °C, в то время как сегодня она близка к показателю замерзания воды. Таким образом, разница между температурами от экватора к полюсу составляла 10–15 °C, что в два раза меньше современного состояния. Тем не менее, несмотря на разницу температурных режимов, циркуляция воды в океане в то древнее время во многом совпадала с нынешней. Самое главное, насыщенные кислородом массы воды, которые рано или поздно оказывались у дна, формировались в высоких широтах, как это происходит и сегодня.