Палеонтологическая летопись: переписывая заново
Пытаюсь не читать газет и не смотреть телевизор, радиоточку отключил напрочь. Как только затрагивается история Земли и жизни на ней, звучат, мельтешат и наползают строка за строкой сплошные несуразности. (Неужели другие предметы подаются на таком же, граничащем с полным идиотизмом уровне?) Краткий курс эволюции в газетно-телевизионном исполнении: на Земле жили динозавры, их убило метеоритом, затем от пришельцев (атлантов, параллельных миров и т.п.) появились люди, происхождение которых ученые, представляющие «официальную» науку, тщательно скрывают. Скрывают, потому что продажны. (Это за зарплату доктора наук, которая в три — пять раз ниже, чем у грузчика на базаре.)
Обратимся к книгам, призванным популяризовать науку (научной попсе). Снова динозавры, динозавры и еще раз динозавры на глянцевых обложках и цветастых разворотах таблоидов. На картинках красуются толстые неповоротливые твари, не способные ступить и двух шагов, не опрокинувшись.
Открываю любой таблоид на любой странице. «Первые рыбы, вышедшие на сушу, имели легкие, с помощью которых они могли дышать в условиях воздушной среды, а плавники их были мускулистыми и парными, чтобы рыбы могли передвигаться по грунту. В то время, а это был девонский период, сушу в изобилии покрывали растения, а значит, пищи было вдоволь». Вспоминается школьный анекдот братьев Стругацких: Учитель: «Дети, запишите предложение: «Рыба сидела на дереве». Ученик: «А разве рыбы сидят на деревьях?» Учитель: «Ну… Это была сумасшедшая рыба». Надо быть сумасшедшей рыбой, чтобы плавать, не имея парных мускулистых плавников. И надо совсем уж спятить, чтобы на плавниках полезть на сушу. В это негостеприимное пространство вышли уже совсем не рыбы, и передвигались они на вполне оформившихся лапах. Обилие растительности к первому шагу тоже отношения не имеет, поскольку к столь грубой пище четвероногие начали приспосабливаться только к концу каменноугольного периода (каких-то 70 миллионов лет спустя!).
Учебники… Но это отдельная невеселая история. Хотя в последнее время на данном фронте некоторый прорыв наметился. (См., например, учебное пособие для продвинутых старшеклассников «История Земли и жизни на ней» от Кирилла Еськова. О нем шла речь в шестом номере «Знание — сила» за этот год.)
Не удивительно, что вместо того чтобы читать, я стал писать. Правда, все больше на языках иностранных. Не только и не столько из меркантильных соображений, сколько от невозможности подыскать отечественного издателя. Лишь в Новосибирске, и то благодаря счастливому случаю, удалось найти добротное издательство, занимающееся в наше время (!) научно-просветительской деятельностью и популяризацией незаурядных сибирских ученых. Так что я очень благодарен «ИНФОЛИО-пресс» за возможность выпустить книгу «До и после динозавров» (особенности нашего маркетинга требуют упоминания этих зверей хотя бы на обложке).
Цель я поставил непростую: по возможности понятным нормальному человеку языком описать историю земной жизни, причем используя самые свежие научные сведения. Хотел убедить (наверное, в первую очередь самого себя), что наша наука не такая скучная и бессмысленная, какой она предстает в развлекательных изданиях (да и в сугубо научной литературе). Для чего проштудировал подшивки основных палеонтологических изданий за последние десять лет, пытаясь разобраться в дебрях статистики, физических констант и всего прочего, на чем держится современная палеонтология. Благо, прохаживаясь по ночам среди полок в библиотеках крупнейших научных центров, эти издания найти нетрудно. (Без спокойного ночного общения со свежей периодикой прогресс в науке вряд ли вообще возможен, и личный ключ от библиотеки для ученого значит больше, чем ключи от врат рая.)
|
Почти все самое интересное печатается на английском языке. Но по-прежнему довольно много непереводимых на другие языки интересных мыслей излагается по-русски. Непереводимы они, потому что слишком оригинальны и оставляют в полном недоумении редакторов международных журналов, привыкших работать в рамках существующих парадигм. (Только не стоит использовать критерий «непубликуемости» для оценки оригинальности произведения. Откровенную халтуру, вроде грибов, собранных на метеоритах некоторыми нашими спецами в надежде получить госпремию имени О.Б. Лепешинской, там тоже печатать не будут. Она предназначена исключительно для своих «карманных» сборников.)
В итоге сложилась картина, которую я и сам не вполне ожидал.
Самая большая неожиданность, пожалуй, заключается в том, что, раскручивая биологическую земную историю, можно обойти вниманием внешние причины. Я имею в виду не пресловутые метеориты, а всю систему геологических процессов в целом. Не следует, конечно, считать, что они не оказывали никакого влияния. Но и без них весь биологический событийный ряд выстроился бы практически так же.
Никого давно не удивляет, что состав атмосферы, крупнейшие месторождения полезных ископаемых, включая не только горючие ископаемые, но и железо, марганец, фосфориты, возможно, золото, — производные биосферы. Кроме того, какие бы спусковые механизмы для наступления великих оледенений мы не искали (изменение альбедо вследствие усиления облачного покрова или прироста суши, снижение содержания парниковых газов в атмосфере), без влияния биосферы, особенно водорослевого планктона, наземной растительности и бактериальных сообществ не обойтись.
Донные океанические накопления мела, которые опять же нацело сложены раковинками микроскопических организмов, ускорили подачу извести в зоны субдукции, где океаническая кора погружается под континентальную. Не эта ли многомиллиардотонная добавка для углекислых вулканических выбросов спровоцировала среднемеловое потепление (около ста миллионов лет назад) со всеми его последствиями для жизни в океане и на суше? А если «всего навсего» убрать с планеты цветковые растения и заменить кокколитофорид (их скелетики и образуют писчий мел) на динофлагеллят среди одноклеточных водорослей, то средняя температура повысится на три градуса. Таково влияние этих двух групп на атмосферные процессы.
Каждая из прошлых биосфер выводила из обращения свою долю природных соединений. Одновременно она создавала на планете новые условия, не вполне пригодные для нее и, следовательно, требующие существенных качественных и количественных изменений в самой биосфере. В результате почти четыре миллиарда лет земная жизнь плодилась, размножалась и становилась все неуемнее.
Рост разнообразия организмов, отмеченный в геологической летописи планеты, уже никому не кажется артефактом. За последние 600 миллионов лет число родов организмов, поддающихся подсчету (высших растений, скелетных животных и водорослей), выросло не менее чем в пятьдесят раз, а общее число видов, наверное, намного больше. Число видов в отдельных сообществах за то же время подскочило на два порядка.
Явно увеличивались средние и абсолютные размеры организмов. Понятно, что раннепротерозойские одноклеточные водоросли были крупнее архейских бактерий, а многоклеточные и подавно. Например, древнейшее многоклеточное существо грипания, которому около 2,1 миллиарда лет, дорастало в длину до полусантиметра. Почему и зачем во всем себя обеспечивающем, замкнутом, по-своему уютном бактериальном мире возникли настоящие организмы с ядром, пока ответить никто не может. Действительно ли сошлись разные группы бактерий в единую клетку, ставшую первым таким организмом? Но как только он появился на свет, дальнейшие преобразования органического мира пошли ускоренными темпами. В самом конце протерозоя (примерно 620 — 610 миллионов лет назад) организмы размером в три — пять сантиметров стали обычным явлением. Среди этих извилистых лент и трубок, наверное, встречались не только водоросли. Еще через 60 миллионов лет по всей планете развернулась вендэдиакарская биота, среди которой метровые и даже трехметровые особи не были редкостью. Впрочем, что это были за особи, для нас остается загадкой. С исчезновением вендобионтов организмы снова несколько измельчали, чтобы затем начать поступательно наращивать размеры.
|
Особенно хорошо эта тенденция выражена в абсолютных размерах морских хищников. 530 миллионов лет назад крупнейшие представители этой группы не превышали в длину одного метра. Около 460 миллионов лет назад среди членистоногих и головоногих появились хищники по два — шесть метров длиной. Примерно с 400 миллионов лет назад эта ниша была прочно занята позвоночными, которые тогда доросли до девяти метров (отдаленные родственники скатов и акул — пластинокожие рыбы). В первой половине мезозойской эры морские рептилии-ихтиозавры достигли, видимо, предельных для хищников размеров в пятнадцать метров. Позднемезозойские плиозавры и кайнозойские акулы остановились на этом же рубеже. (В популярной литературе часто можно встретить упоминания об ископаемых акулах-мегалодонах в двадцать и даже тридцать метров длиной, но, кроме фильмов Спилберга, данных о существовании таких суперхищников не имеется.) Крупнейшие плотоядные туши (динозавры-тираннозавриды) тоже остановились на этой отметке, ограниченной максимальным размером жертвы (в пределах тридцати, максимум сорока метров), который в свою очередь определен сугубо химическими и физическими явлениями.
Однако абсолютный размер хищника представляет собой знаковую величину опять же для оценки разнообразия. Чем больше этот размер, тем длиннее можно выстроить пищевую цепочку, которая в морской среде практически целиком состоит из хищников. Не случайно все три взрывные волны роста разнообразия, стартовавшие 530, 460 и 210 миллионов лет назад, соответственно совпали с внедрением в биоту новых и более мощных групп хищников.
Не исключено, что именно появление животных, выполнявших эту роль, спровоцировало первую и самую важную из них. В какой-то степени всю историю жизни на планете можно представить как гонку вооружений. Внедрение все новых групп хищников, вооруженных зубами, давящими пластинами, клешнями и другими приспособлениями для перекусывания, пробивания и раздавливания жертвы, вызывало развитие либо все более мощных и укрепленных панцирей, либо изощренных способов бегства. Уже в середине палеозойской эры (около 400 миллионов лет назад) на мелководье низких широт с более теплым и устойчивым климатом почти не осталось животных с тонкостенными раковинами. (Так же обстоят дела и ныне.) Именно в таких условиях хищники, нуждающиеся в постоянном разогреве, особенно многочисленны. Видимо, не случайно темпы эволюции были значительно выше в пределах экваториального пояса. Лишь потом прошедшие проверку на надежность новшества распространялись по всему земному шару. Так что же все-таки ускоряло процесс видообразования — тепличное постоянство условий или «страшная раскрытая пасть с зубами»?
Вместе с размерами и количеством особей подрастала их общая масса. К такому выводу можно прийти, рассчитав средние и предельные мощности ракушняков, накопившихся за последние 550 миллионов лет земной истории. Если мощность ракушняков 550-миллионолетней давности едва изредка доходила до пяти миллиметров, то 50 миллионов лет спустя она возросла в сто раз, еще через такой же промежуток времени (во время второй волны нарастания разнообразия) — еще в два раза и в кайнозойскую эру достигла пяти метров. Причем для накопления древнейшего пятимиллиметрового ракушнякового пласта времени требовалось на десятки — сотни тысяч лет больше, чем для образования почти современного нам пятиметрового слоя. В какой-то степени эту страсть к накопительству остатков жизнедеятельности унаследовал человек: если в средние века среднестатистическая европейская семья (из семи-восьми человек) накапливала кубометр отходов за неделю, то ныне в изрядно измельчавшей, но столь же средней европейской семье (из трех-четырех человек) для создания кубометра мусора требуются сутки.
Но вернемся к ракушнякам. Не менее важно, чьи раковины их слагали. В подавляющем большинстве это скелетные остатки животных-фильтраторов, пропускающих сквозь свое тело потоки воды, чтобы насытиться отцеженными оттуда бактериями, водорослями, личинками животных или растворенными органическими веществами. Древнейшие фильтраторы (археоциатовые губки, хиолиты и некоторые другие давно вымершие животные), населявшие раннепалеозойские моря (550 — 490 миллионов лет назад), пассивно цедили воду. Они целиком полагались на естественные течения, вызванные приливами, перепадом температур между водными слоями и прочими физическими явлениями. Заместившие их в течение мезозойской эры основные конкуренты — двустворчатые моллюски — при той же массе особи пропускают сквозь свои органы фильтрации в пять — десять раз больше воды в час. Одновременно замещение пассивных активными произошло и среди мшанок, морских лилий и других групп животных. Взявшись вместе, нынешние фильтраторы (главным образом именно двустворки) способны процедить весь объем Мирового океана всего за полгода.
Так что к середине мезозойской эры океан не только пополнился новым количеством (организмов), но и перешел в новое качество. Просветленная и основательно прочищенная водная толща, пронизываемая лучами солнца, стала действительно толщей, а не приповерхностным тонким слоем. А в такой толще, что было доказано и теоретически, и практически, вмещается гораздо больше разных плавающих одноклеточных водорослей. (Ничто так не способствует многообразию и расцвету, как чистота.) И опять же, чем разнообразнее те, кого можно съесть, тем менее схожи будут те, кто их ест. Но водоросли и светолюбивые бактерии можно не только непосредственно кушать. В последние 230 миллионов лет в морской среде распространились животные-«колхозы» (особенно среди кораллов и двустворок), которые содержат в своих тканях водорослевых и бактериальных сожителей. Благодаря им они не только почти напрямую используют энергию света, но и вырастают быстрее и больше. И раскидистые ветви современных кораллов, и гигантские створки тридакн — все это плоды такого сожительства. А чем крупнее большие организмы, тем лучше себя на них чувствует всякая прилепившаяся и обрастающая мелочь (те же мшанки, губки, черви). Вот и еще несколько причин стремительного подъема последней волны разнообразия.
Повышали производительность труда не только фильтраторы.
Рыться в иле (преимущественно в приповерхностных пяти сантиметрах) животные начали еще 550 миллионов лет назад, за что получили звучное научное название — биотурбаторы. Вероятно, в первую очередь они искали там убежище от хищников. Незатвердевшее дно стало местом обитания не только «илоедов», но и засадных хищников, и фильтраторов, намного раньше Бернулли познавших законы сохранения в применении к потоку воды по трубам разного диаметра и открывающихся наружу на разных уровнях.
Еще одним показателем работоспособности копателей является степень переработки осадка. На продольном срезе образца осадочной горной породы, отложившейся до появления биотурбаторов (ранее 550 миллионов лет назад), можно разглядеть каждый слоек. А в породах, которым 400 миллионов и менее лет, не видно ничего, кроме однородной массы, — это осадок, неоднократно перемешанный и пропущенный сквозь многочисленные желудки и кишечники.
|
Даже затвердевший осадок (куски которого мы называем камнями) не может устоять перед нашествием различных организмов. Цели камнеточцы преследуют разные (для одних каменный дом стал укрытием, для других — там запасена пища), но результат один: ни одна бетонная свая не простоит в морской среде и тридцати лет. И вновь в геологической летописи с каждой ее страницей наблюдается обострение сюжета. К незаметной для глаз работе бактерий, начавших преобразование твердых пород более двух миллиардов лет назад, пятьсот миллионов лет назад присоединяются более шустрые губки, некоторые черви и, возможно, хитоны, проникавшие в породу на два-три сантиметра. Двести миллионов лет назад от подводных скал буквально «щепки полетели». Это морские ежи заработали своими челюстями, с помощью которых они вбуравливаются на глубину десять сантиметров даже в базальт. Тогда же вокруг рифов засверкали разноцветной чешуей рыбы-попугаи и рыбы-хирурги, способные сгрызть целый риф, если за ними, конечно, хищники не углядят.
Со временем и хищники, и биотурбаторы, и сверлильщики-камнеточцы, и фильтраторы становились все активнее, разнообразнее и мощнее, но особенно заметно интенсивность работ во всех цехах усилилась за последние четыреста миллионов лет (начиная с середины палеозойской эры). Примерно в это же время резко стал меняться облик суши. На смену мокрым низкорослым порослям пришли леса с деревьями и кустарниками, а это значит, что на единицу использованной энергии (одного атома фосфора) стало производиться в восемь раз больше растительной массы, сосредоточенной в коре и древесине. (Именно тогда, пока внутри сообществ происходила перестройка и поиск организмов, способных разложить эти не очень-то питательные запасы углеводов, мы и получили свои основные энергетические ресурсы в виде каменного угля.)
Параллельно с мезокайнозойской морской революцией, когда активность всех вышеназванных цехов возросла еще на несколько порядков, наземная растительность осваивала не использованные до сих пор почти дармовые ресурсы. Возникли сложные взаимоотношения бактерий и высших растений, позволившие усваивать один из жизненно важных элементов — азот — прямо из воздуха. Еще позднее, с появлением трав, выработавших новые пути фотосинтетических реакций, более полно, без отбора определенных изотопов стал потребляться углекислый газ. Травянистые ландшафты стали основой самой продуктивной наземной экосистемы с особенно разнообразными травоядными и зерноядными насекомыми, птицами и млекопитающими. В значительной степени именно способность последних поддерживать постоянную температуру тела (теплокровность) благодаря активизации обменных процессов позволила им в избытке потреблять грубоволокнистую травянистую пищу.
Само по себе улучшение дыхательных процессов служит ярким показателем увеличения энергозатрат в истории земных организмов. Переход на кислородное дыхание потребовал четырнадцатикратного прироста в потреблении пищи. Теплокровность, параллельно развивавшаяся в нескольких группах четвероногих позвоночных (млекопитающие, различные птицы, динозавры и птерозавры), вызвала следующий десятикратный скачок в увеличении энергозатрат.
И тогда как итог эволюции биосферы появился человек, сочетающий в себе качества хищника, биотурбатора, камнеточца, фильтратора и так далее, и все с приставкой «супер» («супер» — значит «сверх», «слишком», а отнюдь не «хорошо»). Из всех земных организмов только человек (причем каждый, независимо от того, является ли он циничным бюрократом или свято верующим в чистоту своих деяний гринписовцем) потребляет энергии больше, чем требует его естественная физиология, — от 8400 до 17000 килоджоулей. И этот процесс уже необратим. Недавний «эксперимент» с Германией, когда две части ее населения проживали в неодинаковых условиях, показал, что ее западная и более энергоемкая половина проживала на 2,5 (мужчины) — 7 (женщины) лет дольше, чем восточная. (Это означает, что снизить потребление энергоресурсов можно, только превратив всю страну в некое подобие тюрьмы.)
Можно лишь гадать, случайно ли возник именно такой вид, как «человек», но получается, что появление вида с человеческими потребностями и возможностями было совершенно закономерным явлением в ходе земной эволюции, начавшейся четыре миллиарда лет назад.
См. также:
Типографские услуги
