Новая история происхождения жизни на Земле - Питер Уорд

Оказалось, что существует весьма простое доказательство того, что со времен кембрийского взрыва наблюдается увеличение числа групп морских животных, независимо от того, говорим мы о видах, родах или семействах, и в основе его — изучение ископаемых следов жизнедеятельности с учетом времени. Следы жизнедеятельности являются результатом активности организмов, и мы продемонстрировали в главе, посвященной кембрийскому взрыву, что каждый отпечаток следа, найденный в породе, если он хоть немного отличается от прочих, неизменно относится к другому типу строения тела. Образцы следов жизнедеятельности отражают ту же картину разнообразия, что и окаменелости. Сегодня общепринятой является теория, что давно зафиксированная палеонтологами на примере беспозвоночных картина разнообразия организмов действительно дает нам вполне правдивые сведения о развитии биоразнообразия.

Большинство морских сред обитания, от шельфа до глубин, было освоено к концу девонского периода. Но этому морскому разнообразию предстояло вскоре уступить первенство по числу и формам намного более обширному сообществу живых существ на планете — животным и растениям суши.

Ордовикское массовое вымирание

Ордовик был периодом, в котором произошло первое из пяти крупных массовых вымираний. Все пять коснулись и растений, и животных. Разумеется, вымирания происходили и до ордовика, например, во время кислородной катастрофы или в периоды «Земли-снежка». Но в ордовикском периоде животные находились на подъеме развития разнообразия видов, как вдруг нечто резко прервало этот процесс. Самым простым объяснением может быть то, что это событие произошло, когда Земля находилась в «малом ледниковом периоде», что привело к массовой гибели кораллов из-за внезапного падения температуры. Однако причины этого события по-прежнему остаются загадкой, поскольку вымирание имело два отдельных этапа: в начале и в конце последнего временного интервала ордовикского периода, названного хирнантским оледенением.

Существуют и другие, более фантастические предположения о причинах ордовикского массового вымирания. Самое интересное заключается в том, что в ордовике Земля подверглась мощному потоку космического излучения, называемого гамма-излучением[141]. Это самая драматическая из всех возможных причин, но нет ни малейшего доказательства, чтобы подтвердить подобную гипотезу, сколько бы об этом ни писали журналисты. До 2011 года причиной этого массового вымирания принято было считать отсутствие причин[142]. Большинство пояснений сводилось к некоему быстрому похолоданию. В рамках одной из распространенных теорий предполагалось, что, возможно, в результате вулканической деятельности атмосфера наполнилась выбросами, содержащими серу[143], как это случилось при извержении Кракатау в XIX веке, когда Европа провела «год без лета». Впрочем, недавно геологи и геохимики Калифорнийского технологического института[144] пересмотрели теорию позднего ордовикского оледенения, использовав данные, полученные на основе хорошо сохранившихся пород на острове Антикости в отдаленной области Канады, в заливе Святого Лаврентия, который когда-то располагался в тропиках. Применив новый тип геохимического термометра, они с очень высокой точностью сумели измерить и относительный объем льда, и температуру. И вдруг выяснилось, что, хотя объем льда менялся очень медленно на протяжении хирнантского века, а тропическая температура оставалась очень высокой, но вполне предсказуемой — 32–37 °C, тем не менее в начале и в конце указанного временного интервала произошли резкие изменения обоих показателей. Напомним, что начало и конец хирнантского века связаны с двумя этапами ордовикского массового вымирания. Тропическая температура упала примерно до 5–10 °C, объем же льда в мире достиг или даже превысил максимум последнего оледенения в плейстоцене, а изотопы углерода продемонстрировали положительный скачок, что указывает на сильное возмущение мирового круговорота углерода — вероятно, в этом случае увеличилось накопление органического углерода.

Новые данные сужают круг предположений о реальных механизмах вымирания до двух возможных объяснений: либо это быстрое изменение климата, либо быстрое изменение уровня Мирового океана. В следующей своей статье участники той же исследовательской группы[145] приводили результаты изучения двух огромных баз данных по Северной Америке: одна база показывала распределение окаменелостей, а другая — объем пород, в которых можно найти окаменелости (очень полезное дополнение к открытиям в области ископаемых!). Оба направления работ помогли объяснить вымирания: потеря среды обитания из-за понижения уровня моря и падение температуры оказались основными факторами. Однако неясно, являются ли эти пояснения исчерпывающими. Хронологические показатели климатических изменений, включая скачки уровня углерода, удивительно схожи с некоторыми событиями, связанными с истинным перемещением полюсов, описанным ранее. Краткое истинное перемещение полюсов могло вызвать краткий период глобального похолодания и, возможно, оледенения. Это остается проблемой, которая все еще ждет своего решения, и наверняка оно окажется нетривиальным, но мы и назвали нашу книгу новой историей.

Глава 10

Род ископаемых рыб тиктаалик и покорение суши:

475–300 миллионов лет назад

Долгое время споры между сторонниками эволюционной теории и креационистами по вопросу о происхождении видов вращались вокруг предполагаемой несхожести первых амфибий и их непосредственных предшественников — ископаемых рыб, поскольку последние были очень уже «рыбообразными», а первые амфибии были чересчур «нерыбы», и это вполне удовлетворяло сомневающихся в эволюционной теории. Действительно, кое в чем креационисты были правы: до недавнего времени самый древний образец существа, которое признали земноводным[146] (организм девонского периода, названный ихтиостегой, что означает «рыбоамфибия»), имел рыбообразное тело (в том числе вполне нормальный рыбий хвост) и четыре лапы. Его непосредственный предок представлялся существом с подобным телом, но без лап. Эта рыба, которую палеонтологи предлагали считать истинным предком ихтиостеги и других ранних сухопутных (или хотя бы часть своей жизни проводящих на суше) позвоночных, относится к группе лопастеперых, у них есть предшественники лап[147] — плавники, которые находятся на широком мясистом основании.

Живое ископаемое латимерия (рыба целакант) считается, по крайней мере, похожей на непосредственного предка первых земноводных, включая ихтиостег. Критики эволюционистов спрашивали: «Где недостающие звенья?» Все представления по данному вопросу изменило открытие нового ископаемого в Арктике, в слое девонского периода. Ископаемое получило название «тиктаалик». Оно настолько соответствует представлениям о переходном звене, что нашедшие его дали ему прозвище «рыбоногое»[148]. Это открытие является одним из важнейших не только потому, что помогает заполнить огромную пустоту в общей картине нашего понимания истории происхождения жизни (и дыру в цепи перехода от рыб к наземным позвоночным), но и позволяет укрепить позиции теории эволюции в целом.

Упомянутая огромная окаменелость служит великолепным лекарством от креационизма. Она была обнаружена в канадской Арктике международной группой исследователей, возглавляемой Нилом Шубином из Чикагского университета, и когда ее кости наконец с большим трудом извлекли из похожего на саркофаг участка осадочной породы, то сперва приняли за рыбу, так как сохранились следы чешуи и жабр, а также плоская голова и плавники с тонкими лучевыми костями, то есть обычные рыбьи плавники. Однако у этой новой рыбы был крепкий внутренний костяк, необходимый животным подобного размера (в данном случае около 90 см), чтобы ползать по мелководью, используя плавники как опоры — подобно образу передвижения четвероногих животных. Тиктаалик обладает совокупностью черт, демонстрирующих великолепное пошаговое движение эволюции: от рыбы к четвероногому строению тела[149].

Первое появление позвоночных на суше — замечательное событие в последовательном освоении суши водными существами и растениями, тем не менее позвоночные самыми последними выбрались из воды и присоединились к освоению сухопутных территорий. А если по порядку, то начать следует с растений.

Распространение растений на суше

Все исследователи солидарны в том, что величайшим этапом всей истории развития жизни на планете, если не считать само зарождение жизни, было появление фотосинтеза — процесса, в результате которого выделяется кислород. Именно данное явление позволило жизни двинуться из темных и влажных мест к освоению мелководных областей моря и пресных водоемов, используя при этом самый большой источник энергии, который может предложить наша планетарная система — Солнце. И вот благодаря кислороду, этому всего лишь побочному продукту реакции фотосинтеза, на нашей планете кардинальным образом изменился состав атмосферы, что привело к неожиданным неприятным последствиям для самих растений — появлению травоядных животных. Впрочем, как ни значительны были последствия возникновении фотосинтеза, еще более судьбоносным для всей планеты стал переход растений на сушу. Если исходить из геологических представлений, то скорость, с которой произошло освоение растениями суши, была просто бешеной: за период меньший, чем 1 % от всего времени существования жизни на Земле, сухопутные растения полностью изменили правила игры и всю историю развития жизни.