История развития жизни на Земле (К.Ю. Еськов)

Опубликовано: Еськов К.Ю., 2006. История развития жизни на Земле. – в: Творчество учителя как необходимое условие совершенствования учебно-воспитательного процесса. М: «Карпов Е.В.»: 110-122.

Когда в середине 90-х меня пригласили прочесть спецкурс по палеонтологии для «продвинутых» школьников из гимназии № 1543, я не сразу осознал всю сложность поставленной передо мною задачи. Понятно, что школьная программа всегда отстает от ныне господствующих в науке взглядов — лет этак на пятьдесят; однако про раздел учебника общей биологии «История развития жизни на Земле» (который, собственно, и является «общеобразовательным» аналогом нашего спецкурса) в Одессе наверняка сказали бы: «Это что-то особенного!..» В то время как научная палеонтология за последние двадцать-тридцать лет совершила гигантский рывок (вполне сопоставимый с таковым в молекулярной биологии), школьный учебник консервирует воззрения примерно конца 19-го — начала 20-го века. Некоторые утверждения учебника (вроде того, что появлению первых живых существ предшествовал весьма длительный, до 1,5 млрд лет, период «добиологической эволюции», или что «мезозой — время динозавров, а кайнозой — время млекопитающих») являются просто ошибочными.

Другая проблема — форма представления («формат») материала. С самого начала мне было ясно, что спецкурс этот ни в коем случае не должен представлять собой адаптированный (упрощенный) вариант университетского курса палеонтологии — каковой курс являет собою унылый мартиролог вымерших таксонов, который по сдаче зачета следует забыть как страшный сон. Отсюда (что называется — «от противного») и родилась основная идея спецкурса: объектом его сделать не отдельные таксоны, а биосферу земли в процессе ее исторического развития. Иными словами — следует сменить характерный для школьных курсов систематический подход на «событийный», сконцентрировав внимание на ряде ключевых, узловых для истории биосферы событий (таких, как возникновение кислородной атмосферы, освоение живыми организмами наземной среды и т.п.). Этим ключевым событиям и посвящена данная статья. Их анализ, видимо, можно использовать и как основу изучения истории Земли в общеобразовательной средней школе.

1. Как устроена геохронологическая шкала?

Прежде чем перейти к рассмотрению этих событий, нужно разобраться с геологическим временем — в частности, с геохронологической шкалой. Тут надлежит помнить о том, что геология и палеонтология оперируют запредельно длительными (с точки зрения обыденного сознания) временнЫми промежутками — миллион лет здесь, пожалуй, самая мелкая, «разменная» единица. Кроме того, существуют фактически «два разных времени»: абсолютное и относительное. В первом случае «когда?» — это «столько-то оборотов часовой стрелки вокруг циферблата (или — переворотов песочных часов) назад», во втором случае «когда?» — это «до такого-то события, но после такого-то»; в некотором смысле любая последовательность событий уже сама по себе является временем — относительным временем.

В вашем школьном кабинете химии наверняка висит на стене таблица Менделеева, в кабинете математики — формулы сокращенного умножения и т.д. Столь же обычный атрибут кабинета биологии — геохронологическая шкала: линейка, отрезки которой раскрашены в разные цвета. На ней соседствуют названия геологических эпох и даты (в миллионах лет). Например, темно-голубой отрезок в средней части шкалы (цвета эти унифицированы по всему миру) снабжен надписью «Юрский период» и датами 138–205 млн лет… К сожалению, на простой вопрос: «Как построена геохронологическая шкала?» в 95% случаев можно получить такой примерно ответ: «Ученые сначала поделили все горные породы по времени их образования (от 0 до 70 млн. лет — кайнозойские, 70–250 млн. — мезозойские и т.д.), а потом стали изучать, по окаменелым отпечаткам, животных, что жили в те времена (в кайнозое жили мамонты, в мезозое — динозавры и т.д.)». Что совершенно неверно.

Люди зачастую представляют себе примерно следующее: вот, есть в некоем месте огромная толща изо всех осадочных пород, образовывавшихся на протяжении всей истории планеты — что-то вроде эталона из «палаты мер и весов». В самых верхних ее слоях содержатся остатки мамонтов и первобытных охотников, поглубже идут динозавры, еще глубже — древние ракоскорпионы и трилобиты, а в самом низу нет ничего, кроме микроорганизмов. Толщу эту делят при помощи неких «независимых часов» (самые умные даже знают, что часы эти называются радиоактивный распад) на слои, образовавшиеся в разное время. Затем выделяют фауну, характерную для этого временнОго отрезка (например, слои, образовавшиеся между 138 и 205 млн. лет назад, назовем «юрскими»; раскапывая их, можно установить, что в это время жили динозавры, аммониты и т.д.).

На самом деле — всё наоборот. Во-первых, единая шкала (украшающая стену вашего кабинета биологии) — это лишь абстракция, такая же, как, к примеру, «идеальный газ». Во-вторых, столь привычные нам ныне абсолютные, радиоизотопные датировки подразделений геохронологической шкалы появились много позже, чем была создана сама шкала.

В реальности существует лишь множество местных последовательностей осадочных пород, вмещающих ископаемые остатки, и плюс к тому — два принципа: принцип Стено (если один слой горных пород лежит на другом, то верхний слой образовался позднее, чем нижний) и принцип Гексли (слои, содержащие ископаемые остатки одних и тех же видов животных и растений, образовались в одно и то же время). Первый принцип позволяет установить хронологический порядок образования горных пород в одном месте, второй — синхронизировать между собой пласты, залегающие в разных местах. Так вот, последовательно применяя принципы Стено и Гексли, геологи и формируют из реальных, местных, последовательностей осадков единую общемировую последовательность (абстрактную, в природе не существующую!). Затем эту абстрактную последовательность (периодов образования соответствующих осадков) делят по наиболее крупным изменениям в составе ископаемых: например, массовое исчезновение аммонитов, белемнитов и т.п. — граница между мезозойскими и кайнозойскими слоями. И только после этого, на уже готовой «шкале событий», расставляют даты, полученные радиоизотопными методами: в нашем случае — возраст пород, пограничных между мезозоем и кайнозоем, определен в 70 млн лет.

2. Первые следы жизни на Земле (ранний докембрий)

Издавна считалось, будто появлению первых живых существ (прокариот) предшествовал весьма длительный период добиологической эволюции: «Химическая эволюция и эволюция пробионтов длилась 1000–1500 млн. лет» (учебник «Общая биология» по ред. А.О.Рувинского). В настоящее время ошибочность этой точки зрения можно считать твердо установленной.

Возраст Земли сейчас оценивают 4,5–4,6 млрд. лет (эта оценка косвенная, основанная на возрасте вещества метеоритов и лунного грунта; земных минералов древнее 4,2–4,0 млрд. лет пока не найдено). Возраст же древнейших пород, в которых найден углерод органического происхождения (в углероде, принимавшем когда-либо участие в реакциях фотосинтеза, необратимо меняется соотношение стабильных изотопов 12С и 13С), составляет… 3,8 млрд. лет! Цифра, согласитесь, интересная и сама по себе, однако здесь есть еще одно важное обстоятельство. Дело в том, что формация Исуа в Гренландии, в которой обнаружены прослойки этой графитизированной органики, одновременно является вообще древнейшими на Земле осадочными породами. Таким образом, первые достоверные следы жизни появляются на Земле одновременно с первыми достоверными следами воды. А поскольку ископаемые в принципе могут сохраняться только в осадочных породах, на дне водоемов, то можно сказать так: следы жизни отмечены в геологической летописи Земли с того самого момента, когда возникает принципиальная возможность их фиксации.

Кстати, еще в 1922 г. В.И. Вернадский, исходя из структуры и геохимических особенностей различных осадочных пород, пришел к такому заключению: в геологической истории Земли не удается обнаружить периода — сколь угодно древнего, — когда образование всех известных для него осадков происходило бы заведомо абиогенным путем. Следовательно, заключал он, если мы будем твердо стоять на почве эмпирических данных (а не всякого рода «общих соображений»), то нам придется признать, что жизнь существовала на Земле всегда: «биосфера геологически вечна».

В любом случае, мы теперь не можем даже про самый ранний период существования нашей планеты (4,5–3,8 млрд. лет) с уверенностью утверждать, что «жизни тогда не существовало»; можно лишь говорить — «следы жизни не обнаружены».

3. Возникновение кислородной атмосферы (средний докембрий)

То, что первичная атмосфера Земли была восстановительной и соответствовала по составу вулканическим газам (H2O, CO2, CH4, NH3, H2S и т.д.), сомнений не вызывает. То, что весь свободный кислород планеты, составляющий 21% ее нынешней атмосферы, создан растениями и фототрофными микроорганизмами — тоже. Вопрос: когда именно произошло насыщение атмосферы кислородом, и были ли эти изменения постепенными или резкими, скачкообразными?

Свободный кислород впервые появился на планете как побочный продукт одного из типов фотосинтеза — того, что осуществляли цианобактерии (прочие группы фототрофных прокариот, такие, как пурпурные бактерии, осуществляют различные варианты бескислородного фотосинтеза). Источник свободного кислорода возник с появлением первых цианобактерий (3,8 млрд лет назад), но мир еще на протяжении полутора миллиардов лет оставался анаэробным. Весь кислород расходовался без остатка внутри гидросферы на окисление (неполное) растворенного в воде закисного (двухвалентного) железа. Оно осаждалось в виде железистых кварцитов; эти руды формируют главные мировые месторождения железа, вроде Курской магнитной аномалии.

И вот около 2 млрд. лет назад осаждение железистных кварцитов прекратилось навсегда, и на смену им пришли красноцветные отложения, где железо находится в трехвалентной (окисной) форме. Согласно расчетам геофизиков, именно в это время процесс гравитационной дифференциации недр планеты привел к тому, что большая часть железа «опустилась» в ядро и кора приобрела нынешний, почти чисто силикатный состав. С этого момента растворенное в морской воде закисное железо не могло уже возобновляться по мере выбывания из цикла. В итоге баланс свободного кислорода в гидросфере и атмосфере стал положительным, а планетарная среда стала устойчиво окислительной (хотя содержание свободного кислорода в ней не превышало 1%) — произошла кислородная революция.

Аэробная биосфера в целом осуществляет химическую реакцию: n СО2 + n H2O => (CH2O)n + n О2. «Читая» ее слева направо, мы получаем фотосинтез, а справа налево — дыхание. Уровень содержания кислорода на планете стабилен потому, что прямая и обратная реакции взаимно уравновешиваются. Сместить химическое равновесие можно, выводя из сферы реакции один из ее продуктов. В нашем случае — добиться увеличения выхода О2 можно, лишь изымая из сферы реакции восстановленный углерод в форме (CH2O)n или его производных. Итак, производство кислорода аэробной биосферой начинает превосходить потребление этого газа (ею же), только если происходит захоронение в осадках неокисленного органического вещества.

Изучение соотношения изотопов 12C/13C в позднепротерозойских осадках, отлагавшихся в период с 850 до 600 млн лет назад, показало, что на протяжение этого времени темпы захоронения органического углерода оставались самыми высокими за всю историю Земли.

Все это, вероятно, стало следствием начавшегося около 1,2 млрд лет назад роста численности и разнообразия эукариотного фитопланктона, продолжавщегося до 600 млн лет назад. Другим источником органики могли быть водорослевые луга (из первых нитчатых зеленых водорослей). Сколько-нибудь эффективных консументов («травоядных») в ту пору просто не было, а детритные цепи протерозоя, существующие в условиях сильного недостатка кислорода, обладали ограниченной «пропускной способностью». Начиная с некоторого момента они перестали справляться с потоком органики из наращивающих продуктивность растительных сообществ. В результате органический углерод начал захораниваться в осадках на дне морей. Оборотная сторона этого процесса, как мы теперь знаем — накопление свободного кислорода.

Итак, есть два принципиальных этапа в изменении состава атмосферы: «кислородная революция» (2 млрд лет назад), когда атмосфера сделалась устойчиво окислительной, и «кислородный бум» (850–600 млн лет назад), когда содержание кислорода приблизилось к современному. Механизмы их принципиально различны: «кислородная революция» связана прежде всего с эволюцией недр планеты (исчезновением «восстановительного буфера» из закисного железа), тогда как «кислородный бум» — с эволюцией сообществ (несбалансированным ростом их продуктивности). Именно «кислородный бум» непосредственно предшествовал появлению многоклеточных животных — и вряд ли можно счесть это простым совпадением.

4. Появление многоклеточных организмов (конец докембрия)

Как известно, Ч. Дарвин в «Происхождении видов» четко и честно сформулировал ряд вопросов, на которые его теория не давала (при тогдашнем уровне знаний) удовлетворительного ответа. Так, например, известно, что в кембрийских отложениях (возраст 540 млн. лет) практически одновременно появляются ископаемые представители почти всех основных подразделений животного царства. По идее, их появление должно было предваряться длительным периодом эволюции, однако реальные следы этого процесса отсутствуют: в предшествующих кембрию слоях ископаемых остатков нет — никаких. Почему?

Поскольку с той поры в предшествующих кембрию слоях найдено немало отпечатков живых организмов, авторы школьных (да и вузовских) учебников разрешают мучившую Дарвина загадку элементарно: этих странных бесскелетных существ объявляют представителями современных типов животных. Благодаря этому докембрий оказывается густо заселен предками привычных нам групп, а картина эволюции обретает наконец предписанную ей учебниками стройность. На самом деле все намного сложнее.

Первые эукариоты, планктонные водоросли-акритархи, появились около 2,0 млрд. лет назад. Первые многоклеточные водоросли неясного систематического положения — 1,4 млрд. лет назад; первые водоросли из ныне здравствующего отдела (примитивнейшие из багрянок, бангиевые) — 1,2 млрд. лет назад. Первые многоклеточные животные, эдиакарская бесскелетная фауна — в вендский период, 600 млн. лет назад. Первые грибы, хитридиомицеты — в том же венде. Эти палеонтологические данные хорошо согласуются и с теоретической картиной эволюции живых существ, и с историей накопления кислорода: многоклеточные животные появились заметно позже многоклеточных растений, после «второго кислородного бума». Вроде бы все ясно…

Только вот не вполне понятно, что из себя представляют эти вендские животные — эдиакарская фауна. Если все современные группы животных, появившиеся в кембрии (540 млн. лет назад), были поначалу представлены мелкими формами (миллиметры или первые сантиметры), то эдиакарская фауна состояла из крупных и очень крупных беспозвоночных, размером до полутора метров. Среди них были и радиально-симметричные формы, называемые медузоидами, и двусторонне-симметричные; одни из них внешне напоминают кораллы морские перья, другие — кольчатых червей и членистоногих… Первые исследователи эдиакарских организмов считали это проявлением реального родства и включали их в состав соответствующих типов и классов животных. Ныне, однако, полагают, что сходство тут чисто внешнее, и эдиакарская фауна — нечто совершенно особенное. Для этих существ ввели специальное собирательное название — вендобионты.

Тело вендобионтов представляло собой различные варианты широкой ленты со вздутиями, нечто вроде стеганого одеяла или надувного матраса; такое строение обеспечивает максимально выгодное соотношение объем/поверхность. По-видимому, ни рта, ни кишечника у них не было.

Возможно, эдиакарские организмы являлись осмотрофами: они поглощали всей поверхностью тела растворенную в воде органику. Хищников в тогдашних экосистемах не было, в том «райском саду» никто никого не ел. Часть исследователей считают, что вендобионты занимали совершенно обособленное положение в системе животного царства. Некоторые даже сомневаются — животные ли это (по типу обмена это могло быть и что-то вроде грибов). «Эдиакарский эксперимент» был геологически краток (около 50 млн. лет) и являл собою эволюционный тупик: в конце венда все эти крупные бесскелетные существа вымерли, не оставив прямых потомков.

Откуда же взялась пришедшая в начале кембрия (540 млн лет назад) на смену вендобионтам современная, скелетная, фауна? Поверить в одновременное, как по мановению волшебной палочки, появление всего кембрийского разнообразия жизни — от раковинных амеб до хордовых — весьма затруднительно. Наиболее логична гипотеза, что в позднем протерозое существовала, наряду с эдиакарскими организмами, и достаточно богатая фауна мелких планктонных животных (размерного класса инфузорий, коловраток и т.п.). Появление же в начале кембрия минеральных скелетов лишь «сняло шапку-невидимку» с этих микроскопических бесскелетных существ. В пользу реальности существования такого микрозоопланктона свидетельствуют, например, находимые в протерозойских осадках мельчайшие гранулы обогащенного органикой вещества — фекальные пеллеты (пища, прошедшая через организм неких консументов). Более того, судя по всему, эдиакарская попытка животных «выйти в крупный размерный класс» была не первой по счету: совсем недавно в Китае и Предуралье были открыты более древние, довендские, червеобразные организмы, отличные и от современных, и от эдиакарских.

Итак, в результате «кембрийской скелетной революции» возникла та фауна, состав которой принципиально (на уровне типов) уже не менялся.

5. Освоение суши живыми организмами (ранний палеозой)

Человек выносит из учебников такую примерно картину события, именуемого «выходом живых организмов на сушу». В конце силурийского периода на берегах морей появились заросли первых наземных растений — риниофитов. Растительность сделала возможным появление на суше беспозвоночных животных — насекомых и паукообразных. Беспозвоночные, в свою очередь, создали пищевую базу для первых наземных позвоночных — амфибий (ведущих происхождение от кистеперых рыб), таких, как ихтиостега. Наземная жизнь в те времена занимала лишь узкую прибрежную полоску, за которой простирались необозримые пространства абсолютно безжизненных первичных пустынь.

В последнее время, однако, палеонтологи заметно переписали эту картину. Подвергают сомнению даже правомочность самой формулировки: «выход живых организмов на сушу». Есть серьезные основания полагать, что сухопутные ландшафты современного облика в те времена вообще отсутствовали, и живые организмы не просто вышли на сушу, а, в некотором смысле, создали ее как таковую.

Подобно тому, как показателем существования на планете процессов фотосинтеза является свободный кислород, показателем наличия наземных экосистем может служить почва: процесс почвообразования идет только на суше, а ископаемые почвы четко отличимы по структуре от любых типов донных отложений. Так вот, самые древние палеопочвы со следами жизнедеятельности фотосинтезирующх организмов (углерод со смещенным изотопным отношением 12C/13C) найдены в среднем докембрии — около 2 млрд. лет назад, т.е. в период «кислородной революции».

В раннепалеозойских, ордовикских палеопочвах обнаружены норки, прорытые какими-то достаточно крупными животными — видимо, дождевыми червями. В более поздних, силурийских, палеопочвах помимо норок найдены копролиты (ископаемые экскременты) каких-то почвообитающих животных. Пищей им, судя по всему, служили гифы грибов, составляющие заметную долю вещества копролитов. Начиная с позднего ордовика встречаются и загадочные споры с трехлучевой щелью (присущие лишь наземным растениям), похожие на споры печеночников.

Итак, к настоящему моменту два факта установлены достаточно твердо. Во-первых, жизнь появилась на суше очень давно, в среднем докембрии. Она была представлена, судя по всему, различными вариантами водорослевых корок (в том теле амфибиотическими цианобактериальными матами) и, возможно, лишайниками; все они могли осуществлять процессы почвообразования. Во-вторых, животные (беспозвоночные) существовали на суше по меньшей мере с ордовика, т.е. задолго до появления высшей растительности (чьи достоверные следы по-прежнему остаются неизвестными до позднего силура). Средой обитания и пищей беспозвоночным могли служить упомянутые водорослевые корки; при этом сами животные становились мощным почвообразующим фактором.

А вот несомненные пресноводные фауны появляются намного позже, чем почвенные — в девонском периоде. Этот вывод заставляет вернуться к тому самому вопросу, с которого мы начали, а именно: вышли живые организмы на сушу или фактически создали ее как таковую?

Дело в том, что в отсутствие высшей наземной растительности скорость водной и ветровой эрозии должна превышать современную во много раз. Незащищенные наклонные субстраты при этом размываются очень быстро; ландшафт окажется состоящим из вертикальных останцов и почти горизонтальных равнин, простирающихся на огромные площади и лишь незначительно превышающих уровень моря. Так что, вероятно, в те времена на окраинах континентов формировались обширные мелководные бассейны с постоянно меняющимся уровнем воды и без настоящей береговой линии.

Именно в этом «вымершем» (не имеющем современных аналогов) ландшафте, который не является ни сушей, ни морем в современном смысле, и процветали в докембрии строматолитовые экосистемы, а в силуре появились первые сосудистые растения — риниофиты. Судя по всему, они росли «по колено в воде», вроде нынешнего камыша. Возникшая в амфибиотических ландшафтах густая щетка «риниофитного камыша» начинает действовать как фильтр, регулирующий сток: она интенсивно отцеживает (и осаживает) сносимый с суши обломочный материал и формирует тем самым стабильную береговую линию. Дальше начинает работать система с положительной обратной связью: именно на этих наносах риниофиты растут гуще всего, обращая их из обсыхающих отмелей в настоящие острова. Так сосудистая растительность в девоне разделила пресловутые амфибиотические ландшафты на «настоящую сушу» и «настоящие пресноводные водоемы».

6. Великое вымирание (мезозой-кайнозойская граница)

Наиболее крупное вымирание (по проценту вымерших видов и более крупных таксонов) произошло в конце палезойской эры. Однако сейчас мы рассмотрим другое крупное вымирание — целую цепь драматических событий, которые произошли около 70 млн. лет назад. Они означали конец мезозойской эры («века рептилий и голосеменных») и начало эры нынешней, кайнозойской. («века млекопитающих и цветковых»). За короткий период истории Земли — как один день в жизни человека — исчезли и все гигантские рептилии (на суше — динозавры, в воздухе — птерозавры, в морях — плезиозавры и мозозавры), и множество менее «знаменитых» животных и растений — главным образом, морских. В глазах широкой публики исчезновение динозавров, конечно, выглядит куда более важным событием, чем массовое вымирание каких-то там микроскопических водорослей и ракушек… Однако оказалось, что суммарное разнообразие морских организмов сократилось на четверть, причём повсеместно и очень быстро. Это-то и навело на мысль о неком внезапном общепланетарном кризисе.

В поисках причины этого кризиса ученые обратили внимание на то, что образовавшиеся в тот момент осадки содержат примесь редкого металла — иридия. Его очень мало в земной коре, но много в веществе метеоритов. Поэтому появилась гипотеза, будто Земля столкнулась тогда с гигантским астероидом. Согласно расчетам астрофизика Альвареса, астероид диаметром в 10 км должен при ударе поднять столько пыли, что атмосфера станет непрозрачной, и солнечные лучи перестанут доходить до Земли. Без света немедля зачахнут растения, потом вымрут животные, которые ими питаются… Еще серьезнее то, что подавление фотосинтеза планктонных водорослей приведет к росту концентрации CO2 в океанской воде и, следовательно, к повышению ее кислотности, а это погубит всех морских жителей, строящих карбонатные раковины (от головоногих моллюсков-аммонитов до микроскопических водорослей-кокколитофорид). Гипотеза «астероидной зимы» весьма популярна среди физиков и астрономов, а вот специалисты по ископаемым организмам относятся к ней скептически.

Во-первых, «великое вымирание» было стремительным лишь по геологическим меркам: речь-то идет о десятках и даже сотнях тысяч лет. С этой точки зрения «астероидная зима» — событие просто мгновенное: пыль после астероидного удара, как показывают расчеты, должна осесть в течение первых же недель.

Во-вторых, крупные астероиды падали на Землю много раз (известны их воронки диаметром до 300 км), но никаких заметных последствий это не вызывало. Повышенное содержание иридия найдено сейчас в десятках слоев самого различного возраста, но серьезных изменений в животном и растительном мире в те моменты не происходило. И наоборот: все попытки обнаружить повышенное содержание иридия в тех слоях, что соответствуют другим крупным вымираниям, окончились неудачей.

В-третьих, «астероидная зима» должна была бы погубить почти всё население планеты, а реальное вымирание было странно избирательным. Животный и растительный мир морей пострадали очень сильно, а наземные растения и насекомые этих событий как бы и не заметили… Вообще, если судить по числу исчезнувших видов (а не по размерам животных), то «великое вымирание» происходило почти исключительно в морях.

Главную причину «великого вымирания» палеонтологи видят в естественных процессах, происходивших в биосфере Земли. Отправным моментом в той цепи событий, по их мнению, было появление цветковых растений. Главным «изобретением» цветковых, которые стали стремительно распространяться, тесня голосеменных, в середине мелового периода, была… трава! Дело в том, что главные их конкуренты, голосеменные, травянистых форм не образуют вовсе — ни сейчас, ни в прошлом.

Морские растения нуждаются в минеральных веществах. Они поступают сюда с суши вместе с водой, размывающей почвы и горные породы. Чем лучше наземная растительность сдерживает размыв поверхности суши, тем меньше питательных веществ достается водной растительности океана. Поэтому появление в конце мезозоя травянистых цветковых, способных образовывать гораздо более плотную дернину, чем их предшественники, неизбежно вызвало оскудение потока минеральных питательных веществ, поступавших с суши в океаны. Это привело к угнетению планктонных водорослей — основных производителей органического вещества в морских экосистемах, — что и вызвало цепную реакцию вымирания. (Кстати, предыдущее крупное морское вымирание — на границе палеозоя и мезозоя — тоже можно связать с успехами наземной растительности по части закрепления почв. Как раз незадолго до того появились засухоустойчивые хвойные, которые впервые смогли заселить внутренние части материков и уменьшили их размыв.)

Астероидные же удары, по всей видимости, не представляют угрозы для сбалансированных, «здоровых» экосистем. Но вот если те уже находятся в состоянии кризиса (вроде планктона, столкнувшегося с серьезными глобальными изменениями в порядке поступления биогенов), то кратковременная «астероидная зима» вполне может сыграть роль «последней соломинки, ломающей спину верблюда».

Что касается вымирания динозавров, то оно происходило в то же время, но было далеко не столь внезапным и стремительным, как у морских животных. Предполагают, что оно вызвано иными причинами, прежде всего — климатическими (похолодание, крайне неблагоприятное для этих инерциально-теплокровных животных), а также биотическими (конкуренцией детенышей динозавров с плацентарными млекопитающими, а в ряде случаев и прямым хищничеством последних — на стороне которых было такое преимущество, как круглосуточная активность, связанная с более совершенным механизмом терморегуляции).

7. Великое оледенение (конец кайнозоя)

Вам наверняка случалось находить по краям полей и на лесных опушках валуны — гладко окатанные куски гранита, иногда с характерной «штриховкой». Некоторые из них размером с автомобиль, а иные — с хороший деревенский дом. Какая же сила перенесла их на сотни километров от ближайших мест, где гранитные породы выходят на поверхность?

Ответ на этот вопрос ученые получили, изучая современные ледники в высокогорьях Альп. Оказалось, что «блуждающие валуны» равнинной Европы чрезвычайно похожи на те окатанные штриховатые булыжники, что на наших глазах вытаивают из-под краев горных ледников.

Ледники образуются из снега в местах, где его за зиму скапливается больше, чем успевает растаять за лето. Когда толщина снежного пласта достигает тридцати метров, нижние его слои под собственным весом спрессовываются в чистый лед. Лед обладает замечательным свойством: под давлением он начинает «течь», создавая водяную смазку, понижающую трение: благодаря такой смазке мы можем кататься на коньках. Дальнейшее увеличение толщины снежно-ледяного слоя ведет к тому, что он начинает медленно растекаться, как мёд на блюдце. Движение будет тем быстрее, чем толще ледник и выше создаваемое им давление. Обломки скал, щебень и песок, вмороженные в нижние слои движущегося ледника, выполняют роль гигантского напильника: он стачивает и шлифует или глубоко царапает каменные поверхности, служащие ледниковым ложем.

При похолоданиях ледник разрастается, при потеплениях же его края тают и отступают назад. На месте отступившего ледника остаются вытаявшие изо льда валуны, песок и суглинок, которые ледник собрал на пути своего движения. Горы грунта, которые ледник, как бульдозер, толкал перед собой, образуют морену — вал, повторяющий границу ледника.

Основываясь на том, как ведут себя современные горные ледники, геологи пришли к выводу, что Евразию и Северную Америку тоже некогда покрывал огромный, пришедший с севера ледник. Именно он создал в этих местах формы ледникового рельефа: притащил «блуждающие валуны», нагрёб моренные гряды, отполировал движением льда скальные выходы –«бараньи лбы».

Климатологи считают, что ледниковые шапки на полюсах, вроде нынешних — скорее исключение, чем правило в истории Земли (более 80% времени климат планеты был гораздо более ровным и безморозным). Последнее, Великое оледенение началось около двух миллионов лет назад.

Оледенение представляет собой чередование ледниковых эпох и межледниковий. Во время ледниковых эпох нетающие ледяные шапки на полюсах планеты разрастались, доходя до широты Киева и Нью-Йорка, то есть почти полностью покрывая территорию теперешних зон тундры и тайги. Они, в свою очередь, отступали на место более южных природных зон. Во время межледниковий ледовый покров съеживался до примерно нынешней величины. Ледниковых эпох было четыре, а разделяющих их межледниковий, соответственно, три. Так что мы сейчас живем просто во время последнего по счету межледниковья: оно началось около 10 тысяч лет назад. Бывали, кстати, межледниковья и потеплее нынешнего… Ну, а потом, надо полагать, настанет новая ледниковая эпоха.

Перспектива эта, кстати, не столь мрачна, как может показаться. Сейчас, когда ледник пребывает в «съежившемся» состоянии, обширные территории на севере Евразии и Америки заняты тундрой и тайгой. А что такое тундра? — это, считай, просто моховое болото, расползшееся на огромную площадь. А много ли на болоте вырастет?..

Иное дело — ледниковые эпохи. Тогда почти вся избыточная влага северных территорий была собрана в леднике. Поверхность самого ледника, конечно, покрывала огромную площадь и была практически безжизненна, зато вокруг него простиралась обширная зона сухих холодных степей, с очень высокой численностью и разнообразием копытных и хищников. Эту экосистему называют тундростепью; сейчас на Земле нет ничего подобного. Часть тамошних животных живет сейчас в тундре (северный олень, овцебык), часть — в степи (сайгак, бизон, дикая лошадь), а часть (мамонт, шерстистый носорог, саблезубый тигр) были характерны лишь для тундростепи и исчезли вместе с этой экосистемой. Все эти животные вместе составляли так называемую «мамонтовую фауну».

Многочисленные травоядные служили пищей для хищников, одним из которых был человек современного типа (кроманьонец). Именно в это время у людей сложились высокоразвитые культуры со сложными каменными орудиями и великолепной наскальной живописью; их иногда так и называют — культуры охотников на мамонтов.

Иногда говорят, будто именно первобытные охотники истребили мамонтов и прочих вымерших животных ледниковой эпохи, но это, судя по всему, напраслина. Когда ледник стал таять, его кромка отступала к северу. За ней в том же направлении постепенно смещались и границы соседних природных зон. Тундростепь при этом снова превратилась в холодную и мокрую моховую тундру, с тёмной и долгой зимой. С юга её ограничивала тайга. Тундровые и таежные экосистемы просто не смогли прокормить такую массу копытных и хищников, и многие из них вымерли. Конечно, человек мог нанести этим животным «последний удар», но всё-таки главная причина их вымирания — изменение климата. Ведь вымирание мамонтов и прочей тундростепной фауны произошло почти одновременно и в Евразии, и в Америке, где людей тогда еще почти не было.

2005–2022 © «БиоКласс». Контакты
Телефон: (495) 433-76-29