Эпохи льда и пламени
Величайшие катастрофы в истории «населения» Земли
Так в воображении художника Дона Дэвиса выглядело бы столкновение Земли с астероидом пятисоткилометрового диаметра. Выделившейся при столкновении энергии хватило бы, чтобы полностью уничтожить все живое на планете. Иллюстрация: Don Davis/NASA
Про гибель динозавров написано и рассказано столько, что в наши дни каждый школьник сможет выдать несколько занимательных версий этого глобального катаклизма. Однако в истории Земли были и другие, более грандиозные катастрофы, истребившие многочисленные формы жизни. Сами динозавры были потомками рептилий, которые чудом выжили в результате глобального вымирания почти всего живого на земле в конце – геологическую эпоху, названную в честь города Пермь, в окрестностях которого в XIX веке были обнаружены и впервые подробно изучены пласты, относящиеся к этой эпохе. Но тех, кто не смог пережить этот и другие подобные катаклизмы, было неизмеримо больше.
Судный день амфибий
По своим масштабам это катастрофа значительно превосходила ту, что стерла с лица Земли гигантских ящеров. Но о ней ученый мир узнал несколько позднее, она не была так популяризирована, как гибель динозавров, поэтому обыватель только сейчас начинает знакомиться с подробностями этого величайшего катаклизма в истории биосферы.
Среди последних исследований стала , которые обследовали несколько сот образцов, найденных в южно-уральском регионе. Их выводы помогут осознать масштабы катастрофы, полную картину которой только начинают составлять…
 Фрагмент черепа диплокола, обнаруженный в округе Чикаша штата Оклахома (США) в начале 1970-х. Фото: Biology 356/University of Toronto at Mississauga |
После настоящей «вспышки» жизни в каменноугольном периоде (360-285 миллионов лет назад), когда земная поверхность представляла собою кишащие жизнью, жаркие и влажные джунгли, в пермском периоде (285-248 миллионов лет назад) климат становится суше и напоминает субтропический: чередуются сезоны засухи и дождей. Однако сохранялись болота и озера, которые окружали густые леса хвойных, папоротников, плаунов и хвощей. В них по-прежнему господствовали земноводные, в том числе такие хищники, как двухметровый , и весьма необычные и – саламандрообразные животные с огромными сплющенными головами. Для чего у них на теле были наросты, похожие на самолетное оперение, до сих пор не выяснено.
Впрочем, загадкой остается и огромный «парус» – одной из первых рептилий, чьи останки были открыты в пермских отложениях Северной Америки. Его кожистая пленка была растянута на длинных отростках, растущих прямо из позвоночника, и действительно напоминает парус. Возможно, он помогал ему регулировать температуру тела, работая как своеобразный улавливатель солнечного тепла.
Рептилии как класс появились еще в конце каменноугольного периода. К началу пермской катастрофы они прочно заняли свою нишу рядом с земноводными и успели разделиться на несколько групп. Среди них были – первые вернувшиеся в воду пресмыкающиеся, – предки динозавров, и теплокровные «зверообразные» – предки млекопитающих.
Около 250 миллионов лет назад вымерло 70 % наземных видов жизни – и планета превратилась в гигантское кладбище, где себя хорошо чувствовали только огромные грибы, размножившиеся на останках растений и животных (такой вывод был сделан на основании находок огромного количества спор и мицелий). Этот «золотой век» грибов, короткое пиршество на руинах погибшего мира, стал занавесом катастрофы. Последствия пермской катастрофы были столь плачевными, что даже через пятнадцать миллионов лет видовое разнообразие экосистем так и не восстановилось.
Конечно, нет худа без добра. Благодаря катаклизму, с лица земли исчезли ужасные гигантские насекомые и земноводные, открыв дорогу предкам динозавров и млекопитающих. А в морях начали стремительно размножаться костные рыбы… Но какова же его причина? Первой версией была глобальная засуха, которая действительно могла погубить влаголюбивые леса и амфибий. На эту мысль наталкивают в значительные солевые отложения, обнаруженные в пермских горных породах. Однако во время пермской катастрофы еще в большей степени пострадала морская жизнь – 90% животных и растений, обитавших на мелководье. Вымерло почти все, что не спряталось в подводных пещерах или не опустилось на глубину. Полностью исчезли трилобиты, большая часть аммонитов и других моллюсков, многие виды рыб.
Столь масштабный урон, нанесенный биосфере, вызывает не просто удивление и живой интерес, но и понятную озабоченность со стороны ученых, занятых исследованием последствий той далекой трагедии – а вдруг она повторится? Предположений много: взрыв сверхновой звезды, который уничтожил все живое своим губительным излучением, недостаток кислорода в океане и атмосфере, массовое извержение на территории будущей Сибири…
Самой популярной является традиционная в таких случаях метеоритная гипотеза. Недавно профессор Асиш Басу (Asish R. Basu) из университета Рочестера (США) и его коллеги сообщили о , относящейся к концу пермского периода, элементов, указывающих на присутствие остаточных частиц метеорита. Они считают, что диаметр упавшего тела мог достигать 10 километров. Энергия, выделившаяся в результате столкновения с ним, в миллион раз превышала энергию самого сильного из известных землетрясений. А одним из последствий стало усиление вулканической активности по всей планете.
Похожей гипотезы придерживаются и коллеги профессора Кайхо Кунио (Kaiho Kunio) из университета Тохоку, которые считают, что . Этот вывод они сделали на основании залежей серы, обнаруженных у южного побережья Китая. Столкновение с космическим пришельцем запустило процессы массивного выброса серы в океан и атмосферу, падения уровня кислорода в атмосфере, выпадения кислотных дождей, которые не только способствовали массовому вымиранию живых организмов по всей планете, но и вызвали множество мутаций, которые в последствии послужили причиной появления новых видов животных и растений.
Космическая гипотеза кажется наиболее вероятной, но пока ученые не пришли к единодушию относительно места и природы упавшего на землю тела, ее нельзя считать в должной мере обоснованной.
В ледяном плену
Пермская катастрофа была, наверное, самым мощным, но не первым великим испытанием, которое пережила биосфера нашей планеты. Гораздо раньше ей пришлось столкнуться с чередой великих оледенений, случившихся в период между 750 и 440 миллионами лет назад. По своим масштабам они значительно превосходило последний ледниковый период, поскольку их следы обнаружены даже в экваториальных районах тогдашней суши – что показывают анализы остаточной намагниченности горных пород.
 Гипотезу о том, что на протяжении миллионов лет Земля была полностью покрыта снегом, высказал советский геолог Михаил Будыко еще в начале 1960-х годов. За прошедшие два года ей было найдено новое подтверждение: такое действительно произошло около 635 миллионов лет назад. Иллюстрация: Nature |
Весьма красноречиво о масштабе этих оледенений говорят и отложения, в частности валунных, достигающих 800 метров! Это в несколько раз больше, чем аналогичные отложения последнего ледникового периода. Особенно жестокой была Варангская эпоха оледенения, начавшаяся 680 миллионов лет до нашей эры. Исследования карбонатных отложений показывают, что ей предшествовал период чудовищных температурных амплитуд – когда жара внезапно сменялась арктическим холодом. В конце-концов из этой эпической борьбе огня и льда победителем вышел последний. По мнению некоторых ученых, двухкилометровый слой льда покрыл почти всю планету.
В океанах даже временно прекратилась биологическая активность – лед перекрыл доступ солнечных лучей, без которых невозможен фотосинтез. Последнее из этих великих оледенений произошло на рубеже (440 миллионов лет назад). Живой мир теплых мелководных морей был снова застигнут врасплох великим глобальным похолоданием. Оно больно ударило по живым организмам, любящим нежиться в прогретой солнцем воде. Существовавшая на тот момент жизнь была бесхребетной и в переносном, и в прямом смысле. Бесчисленные черви, первые членистоногие, удивительные существа, которых до сих пор затрудняются классифицировать, – все, что размножилось в результате т.н. «кембрийского эволюционного взрыва» и существовало в практически тепличных условиях, столкнулось с суровым испытанием. Палеонтологи зафиксировали вымирание многих видов.
Как результат, погибла почти вся уникальная биосистема первобытного океана. Это был переломный этап в истории эволюции – она пошла другим путем. Толчок к развитию получили организмы, более других способные к ожесточенной борьбе за выживание. Спустя 50 миллионов лет жизнь снова развилась настолько, что смогла выйти на сушу. Возможно, если бы не это похолодание, она бы так и осталась бы в воде, и пошла бы по пути создания иных высших существ – например, разумных моллюсков… Каждое оледенение прекращалось столько внезапно, как и начиналось – разумеется, в масштабах геологического времени. И это вызывает ряд вопросов. Причем, если еще лет двадцать назад это была чисто научная любознательность, то сегодня тема древних оледенений изучается на фоне озабоченности нынешним состоянием земного климата. Что именно вызывало эти катаклизмы и, опять таки, не случиться ли подобное снова?
Называют несколько причин. Одна из них – прохождение Земли сквозь огромные облака космической пыли, затруднившее доступ солнечного тепла. Однако эта теория слишком гипотетична и пока что не имеет никаких доказательств. Большее внимание привлекает актуальная теория «парникового эффекта», а именно: оледенение наступало тогда, когда в земной атмосфере резко снижалось количество «парниковых» газов – углекислого газа и метана. Первый поглощался стремительно размножавшимися водорослями, а второй окислялся выделяемым ими кислородом. Парниковый покров исчезал, атмосфера остывала быстрее, от резких перепадов температур возникали чудовищные циклоны.
Соответственно, когда на планете усиливалась вулканическая активность, и в атмосферу выбрасывалось большое количество углекислоты, то «парниковый эффект» возвращался – создавая на планете более теплый и спокойный климат…
 Палеобиологи считают пурпурные и зеленые бактерии древнейшими фотоморфными бактериями на Земле. От значительно более распространенных сине-зеленых водорослей (цианобактерий) они отличаются тем, что осуществляют фотосинтез без выделения кислорода. Фото: geobiology@MIT |
Задохнувшиеся в кислороде
С изменением состава земной атмосферы была связана еще одна веха развития земной биосферы, которую с одинаковым успехом можно назвать как эволюционным скачком, так и глобальной катастрофой – с какой стороны посмотреть. Около 2,5 миллиардов лет назад в водах мирового океана расцвела первая примитивная жизнь. Основную группу тогдашних живых обитателей планеты представляли (они существуют до сих пор, но уже не доминируют в природе). По мнению сотрудников американского Института геномных исследований (The Institute for Genomic Research), принимавших участие в , они были первыми фотосинтезирующими живыми организмами планеты. Примитивней них были только еще более древние микроорганизмы, которые просто поглощали различные неорганические вещества.
Сине-зеленые водоросли жили за счет фотосинтеза, однако помимо углекислого газа поглощали не воду, а сероводород. «Отходами» такого производства, как нетрудно догадаться, являлась чистая сера. Но запасы сероводорода катастрофически уменьшались, поскольку выделяемая сера не возвращалась в круговорот, а вулканы не успевали поставлять жизненно необходимый бактериям газ. По мнению американского исследования Джеймса Кастинга (James F. Kasting), с подобным дефицитом «продовольствия» столкнулась другая группа бактерий, еще более древних, которая получала необходимый водород в чистом виде, пока он сохранялся в атмосфере Земли. При этом продуктом их синтеза был метан – отчего бактерии получили название метаногенов.
Возможно, на этом бы земная жизнь и закончилась, если бы новая группа бактерий не приспособилась добывать водород из более доступного источника – воды, с помощью все того же фотосинтеза. Благодаря практически неисчерпаемому источнику ресурсов, эти предки растений начали стремительно развиваться, вытесняя другие, «голодающие» виды, чей ареол стремительно сужался. А выделяемый при фотосинтезе кислород, окисляя другие газы и соединения, оставил без питания примитивных анаэробов – и даже убивает некоторые их виды (облигатные анаэробы).
Древние метаногены с исчезновением свободного водорода вообще вымерли, ряд же других «старожилов» планеты были вынуждены схоронится у источников стремительно исчезающего пропитания – у жерл подводных вулканов и гейзеров, в насыщенном сероводородом морском иле, гнилых болотах. Но это были лишь жалкие остатки некогда пышной архаической жизни.
Самыми находчивыми оказались те анаэробы, которые нашли себе убежище… в других организмах. Они либо стали частями их клеток, либо вели в них независимое существование, превратившись в патогенные микробы. Зато в новых условиях начали развиваться те, кто научился потреблять кислород, окисляя им потребляемые углеводы – при этом выделялось в 18 раз больше энергии, чем у анаэробных процессов. Так появились первые животные – самые активные живые существа Земли.
На первый взгляд - обычная борьба бактерий за выживание, которые даже не видна невооруженным глазом. Однако в реальности это был колоссальный переворот, который одним открыл дорогу к развитию, а для одних стал катаклизмом, остановившим их развитие и отбросивший их в «подвал» эволюции. Это заставляет сделать ряд важных выводов. Во-первых, человек как один из видов земной жизни своей деятельностью загрязняет моря, уничтожает леса и изменяет состав атмосферы, что также может повлечь за собой еще одну грандиозную катастрофу.
Во-вторых, жизнь может зародиться и развиваться и в атмосфере, отличной от современной земной. Поэтому при поиске ее на других планетах не следует сосредотачиваться исключительно на «кислородных» мирах. И в-третьих, не исключено существование внеземной жизни, основанной на еще неизвестных нам химических процессах, которые могут быть опасны для земной биосферы. Можно только представить себе, что произойдет, если на Землю попадут микроорганизмы, живущие за счет синтеза из воды и свободного азота ядовитого для нас аммиака…
Читайте также в журнале «Вокруг света»:
Сергей Кутовой, 15.08.2006
Новости партнёров