 Фото: USGS |
На протяжении последних 500 млн лет случилось пять массовых вымираний, во время которых бесследно исчезало до 95% всех видов животных, населявших Землю. Игорь Попов разбирается, что могло послужить причиной этому.
Изучение геологических слоев, которые откладывались на протяжении долгой истории Земли, рисует величественную картину глобальных смен фауны и флоры: одни организмы во множестве исчезают, а другие появляются. Исследования таких событий («биостратиграфических событий», или «биособытий») важны, ведь на основании этих данных составляют геохронологическую шкалу — схему И периодизации. Она служит основой геологии, а значит, и поиска полезных ископаемых.
Некоторые биособытия выглядят особенно драматично: погибает свыше половины всех видов живых организмов. Принято считать, что таких массовых вымираний за последние 500 млн лет было пять. Самым мрачным представляется пермско-триасовое вымирание: около 250 млн лет назад, на границе палеозойской и мезозойской эр, вымерло от 90% до 95% всех видов животных, населявших Землю, да и растительный мир претерпел серьезные изменения.
Палеонтологическая летопись рисует ужасную картину. На суше исчезли многие группы даже таких живучих существ, как насекомые. Среди крупных животных пропали огромные амфибии — лабиринтодонты (длина их достигала подчас 9 м). Исчезло и множество рептилий и им подобных животных, которые были весьма разнообразны. Одни напоминали огромных ящериц с гребнями (эдафозавры), другие — бегемотов (парейазавры), третьи — тигров (горгонопсы), четвертые — крокодилов (мезозавры), но, впрочем, их сходство с современными животными было лишь поверхностным. А среди морских обитателей вымирание затронуло практически все основные группы — вымерло множество видов моллюсков, мшанок, брахиопод, червей и членистоногих. Некоторые большие группы вымерли полностью — трилобиты, кораллы Rugosa и Tabulata, морские скорпионы, иглокожие-бластоидеи («морские бутоны»), граптолиты, панцирные рыбы и рыбы-акантодии.
Пермско-триасовое вымирание продолжалось примерно миллион лет и имело ряд пиков, разделенных несколькими сотнями тысяч лет. Затем разнообразие живых организмов начало постепенно восстанавливаться. Среди крупных животных в наступившей мезозойской эре всё больший вес приобретали рептилии — архозавры, а затем динозавры и их родственники. Время от времени на Земле происходили менее масштабные вымирания, тормозившие рост количества видов, но очередная катастрофа случилась только 150 млн лет назад.
Дом, полностью выстроенный из рудистов. Франция. Фото: SHUTTERSTOCK
Завод кончился
Рудисты — вымершие крупные двустворчатые моллюски. Местами подобные останки настолько многочисленны, что их можно использовать в строительстве. Рудисты вымерли в конце мезозоя подобно динозаврам, тогда как многие другие группы двустворчатых моллюсков сохранились. Аммоноидеи — вымершие головоногие моллюски, один из лучших маркеров геологических слоев, откладывающихся на протяжении 325 млн лет. Они имели раковины, хорошо сохраняющиеся в палеонтологической летописи. Эволюция раковин выражалась в усложнении перегородок и внешних стенок. Аммоноидеи полностью вымерли в конце мезозойской эры после длительного постепенного упадка. Конечные стадии эволюции сопровождались появлением «гетероморфных аммонитов», раковина которых имела форму куска трубы, изогнутого дугами и спиралями сложной формы. Ученым пока неизвестно, как жили и к чему приспосабливались гетероморфные аммониты. Может быть, они отказались от активного плавания и стали ползать по дну или, наоборот, пассивно парили в толще воды, ловя добычу длинными щупальцами (как медузы и некоторые крупные кальмары). Во всяком случае, сложное строение их раковин говорит о том, что вымирание происходило не в плохих условиях, а наоборот, в хороших, когда выживали даже самые нежизнеспособные формы. Зубы конодонтов находят повсеместно, и они служат хорошим геохронологическим указателем. Разные виды этих существ маркировали соответствующие им слои горных пород на протяжении длительного периода. А потом они вдруг исчезли из геохронологической летописи. Начиная с триаса эти «часы» перестают работать. В истории Земли было много крупных групп животных, живших сотни миллионов лет по всей планете и вдруг в одночасье исчезнувших
Тогда вымерло около 50% всех видов. На геохронологической шкале это событие отражено как граница триасового и юрского периодов. По сравнению с пермско-триасовым вымиранием оно было очень быстрым — возможно, всё произошло за «каких-то» 10 тыс. лет. При этом также полностью исчезли некоторые большие группы животных. Так, в море вымерли конодонты — существа, внешне похожие на угрей. От них в ископаемом состоянии обычно сохранялись одни зубы, и долгое время об их облике конодонтов оставалось только догадываться. На суше в то время полностью вымерла обширная группа круротарзов (ранее их называли псевдозухиями) — животных, внешне напоминающих крокодилов. Исчезнув, они освободили место для бурно эволюционировавших динозавров.
Следующее вымирание — на рубеже мезозоя и кайнозоя, 65 млн лет назад — тоже впечатляет: исчезли динозавры, летающие ящеры, морские рептилии (мозазавры и плезиозавры), головоногие моллюски с наружными раковинами — аммоноидеи и многие другие группы, процветавшие на протяжении десятков миллионов лет. О продолжительности позднемелового вымирания ученые до сих пор не имеют единого мнения, но ясно, что оно было длительным и заняло от нескольких сотен тысяч до двух и более миллионов лет. Между последними двумя крупными вымираниями случались и другие: в частности, в середине мелового периода вымерли ихтиозавры и плиозавры — крупные группы морских рептилий.
По сравнению с пермским и меловым вымираниями более ранние выглядят не столь эффектно, поскольку крупных позвоночных тогда было меньше или же они вовсе отсутствовали. Но суть происходящего оставалась такой же. Например, 440 млн лет назад исчезло более 60% видов морских беспозвоночных (ордовикско-силурийское вымирание); 364 млн лет — около 50% (девонское вымирание). В конце ордовика — начале силура вымирания случались дважды в течение 10 млн лет. Оба события были разделены промежутком времени в один миллион лет. Особенно пострадали брахиоподы, двустворчатые моллюски, иглокожие, трилобиты, мшанки и кораллы.
Девонское вымирание затронуло те же группы, а также головоногих моллюсков, конодонтов, бесчелюстных и панцирных рыб. Оно растянулось на 25 млн лет, на которые пришлось от 8 до 10 пиков вымирания; самое крупное из них продолжалось около 3 млн лет. До этого в океане были весьма распространены рифы, напоминающие современные коралловые. Кроме кораллов (отличающихся от современных), их формировали губки и мшанки. Во время девонского вымирания рифы пропали и стали вновь появляться лишь спустя длительное время.
Если посмотреть глазами геолога на то, что происходит в наше время, то всё это тоже можно расценить как очередное массовое вымирание. За время существования человеческой цивилизации исчезли многие виды животных, и этот процесс только ускоряется. Мéста для дикой природы становится всё меньше, вымирающих видов — всё больше. Можно или нет приравнивать это «биособытие» к тем, что имели место в геологической истории Земли — вопрос открытый. Среди ученых принято считать, что нельзя: сейчас на планете всем управляют живые существа (пусть даже одного вида Homo sapiens), а раньше действовали иные силы — силы неорганической природы.
Причины и гипотезы
Для объяснения причин массовых вымираний в науке в настоящее время имеется множество гипотез — как минимум 12 (см. врезку «12 сценариев»). Предполагается, что «кары небесные» могли сочетаться и с чисто земными: например, падение астероида могло усилить вулканическую активность или, наоборот, вулканическая активность — могла отравлять атмосферу, а последствия отравления — усугубляться «бомбардировкой» метеоритами.
Нетрудно заметить, что эти гипотезы весьма напоминают мифы древних народов, в которых гром небесный или солнце действуют с наибольшей силой, подземные и водные силы менее страшны, хоть и влиятельны, а усилия человека и тем более животных несущественны. Забавным образом и в современной палеонтологии в наибольшем почете метеориты, в несколько меньшем — вулканы и колебания уровня океана, реже рассматриваются другие явления неорганической природы, а живые организмы — лишь пассивный объект приложения всех этих воздействий.
Астероидная гипотеза, конечно, наиболее эффектна. Она с энтузиазмом подхвачена популяризаторами науки, богато иллюстрируется картинами и фильмами и, в общем, настолько на слуху, что от нее уже трудно отказаться. Роль воздействий из космоса в вымираниях обсуждалась давно, но в новейшее время астероидная (импактная) гипотеза приобрела большой авторитет в результате двух открытий: огромного кратера Чиксулуб диаметром 180 км на полуострове Юкатан (следа падения небесного тела) и слоя высокой концентрации очень редкого в земной коре иридия — свидетельства того, что на нашу планету из космоса упало нечто весьма объемистое.
Время возникновения кратера и иридиевого слоя приблизительно совпадает со временем массового вымирания на границе мезозойской и кайнозойской эр. Сообщения об этих открытиях публиковались в журнале Science, что добавило им авторитета. Однако остается ряд неясностей: скажем, слои иридия и кратер — безусловная реальность, но не вполне понятно, почему некоторые из живых организмов после падения астероида погибли, а другие, достаточно сходные, — уцелели. Также непонятно, как они эволюционировали до удара астероида и в каком состоянии пребывали в момент его падения. Обычно вместо этого ограничиваются ужасной картиной взрыва, превышающего по мощности тысячу Хиросим, — мол, и без того ясно, что после такого всё живое должно было сразу вымереть.
И действительно, если подобная катастрофа произошла, то должны были бы быстро погибнуть все или почти все живые организмы. Однако выми рание выглядит мгновенным только в масштабах геологической летописи. Оценки его продолжительности сильно расходятся, но очевидно, что оно заняло гораздо больше времени, чем могло произойти при сверхвзрыве, даже если его последствия (например пылевое облако) еще долго давали о себе знать. После него могли сохраниться те организмы, которые обладали способностью куда-нибудь зарыться, уйти на глубину, впасть в долгую спячку. Большие шансы выжить должны иметь доминирующие группы, представители которых были более многочисленными и разнообразными. И наоборот, шансов сохраниться у группы животных меньше при небольшом ее разнообразии и численности.
Однако в конце мезозоя всё было несколько иначе. Вымерли динозавры — доминирующая группа, а выжили «подавленные» млекопитающие. Допустим, млекопитающие оказались более холодостойкими и «живучими». Но среди выживших были и такие же теплолюбивые, как динозавры, — крокодилы, черепахи, змеи и ящерицы.
Среди морских животных разницу по степени сопротивляемости метеоритам определить еще труднее, однако одни группы полностью вымирали, а другие сохранялись. Например, во всём Мировом океане были необыкновенно распространены крупные массивные моллюски — рудисты. Но в конце мела они вымерли подобно динозаврам, а другие двустворчатые (например устрицы) сохранились. Разумеется, нет никаких фактов, которые подтвердили бы, что рудисты хуже сопротивлялись бомбардировке метеоритами. А если обратить внимание на предшествующую эволюцию (тех же рудистов например), то их вымирание выглядит как кульминация длительного процесса, который начался рождением, продолжился ростом (молодостью), расцветом (зрелостью), а потом угасанием (старением) и вымиранием (смертью).
Аналогичные фазы можно различить у вымерших головоногих, динозавров и других групп. Остается непонятным, почему они «умерли в один день». Это, конечно, не совсем так, поскольку разные группы вымирали разными темпами, и растянулся этот процесс надолго. Здесь напрашивается мысль о том, что экосистемы или иные комплексы в биосфере тоже претерпевают эволюцию и вымирают как целое.
Ударный кратер Бэрринджера (Аризона, США). Его диаметр 1200 м, а кратер Чиксулуб, с которого могло начаться вымирание динозавров, достигает 180 км в диаметре
Удар из космоса
Впрочем, картины катастроф, достойных научной фантастики, куда привлекательнее для публики. Но если не увлекаться ими чрезмерно, а сосредоточиться и на других подробностях, вопросов и сомнений появляется всё больше и больше.
Катастрофа привела к исчезновению с лица Земли примерно половины всех видов животных. Но как же получилось, что другие виды, включая млекопитающих, выжили? Многие ученые полагают, что мелкие грызуны могли избежать последствий взрыва, в том числе пожаров, спрятавшись в норы или укрывшись в воде. (Существование грызунов уже в меловом периоде не имеет в настоящее время достаточных подтверждений. Самые ранние достоверные оценки — как палеонтологические, так и основанные на генетическом анализе — сходятся на отметке порядка 65 млн лет назад и соответствуют раннему палеоцену. Возможно, автор имеет в виду предков грызунов и других мелких млекопитающих. — Примеч. ред.). Когда же волна жара спала, млекопитающие продолжали питаться водными растениями и насекомыми, которых всё так же могли найти в изобилии на протяжении глобальной зимы. Еще более сложный вопрос касается птиц: каким образом им удалось пережить то, что привело к исчезновению их родственников динозавров? Анджела Милнер (Angela Milner) из Британского музея естествознания полагает, что причиной тому стало их серое вещество. «При взгляде на останки птиц из слоев выше К-Т-границы нельзя не отметить, что их передний мозг — отдел, отвечающий за координацию полета и зрения, — значительно более развит, чем у самых ранних птиц, таких как археоптерикс (Archaeopteryx). Мы также знаем, что передний мозг максимально развит у тех современных птиц, которые отличаются наилучшими когнитивными способностями, таких как совы и попугаи. Судя по всему, более развитый мозг позволил птицам приспособиться к новым условиям обитания, возникшим вследствие катаклизма».
Запреты и белые пятна
Несмотря на большой объем сведений о геологической истории, информация о ней по объективным причинам довольно ограничена. Не стоит ожидать, что начав копать всё более и более глубокую яму в произвольном месте вы увидите четко обрисованные слои всей геохронологической шкалы. На протяжении сотен миллионов лет земная кора раскалывалась на отдельные участки, которые двигались, наползали один на другой, изгибались, сминались в складки, а иногда даже переворачивались «вверх дном». Чтобы восстановить ход этих событий, необходима кропотливая работа по сопоставлению данных из разных точек Земли. В этом сложном процессе всегда остается место для сомнений, и поэтому сроки наступления катастроф получаются несколько растянутыми — может, и не так уж быстро эти выми рания происходили, и не столь одновременно по всей Земле.
По мере углубления исследований сроки скорее растягиваются, чем уменьшаются. Недавно, например, были получены данные, которые дают основания предполагать, что некоторые динозавры (трицератопсы) все-таки пережили конец мезозойской эры и некоторое время существовали во время палеогена. Другие свидетельства вымирания в конце мезозоя обнаруживаются как раньше, так и позже «иридиевой аномалии», и вполне вероятно, что такие факты будут и дальше изменять оценки продолжительности вымирания в сторону увеличения.
Трилобиты, прожив на Земле 300 млн лет, полностью исчезли к концу палеозоя (Национальный музей, Прага, Чехия). Фото:SHUTTERSTOCK
Находки кратера и слоя иридия, несомненно, эффектны, но аналогичные факты не всегда соответствуют другим вымираниям. Пока нечто в этом роде найдено только для пермского вымирания — оказалось, что под километровым слоем льда в Антарктиде есть кратер, причем гораздо больший, чем на Юкатане. Для других вымираний кратеров не обнаружено, и наоборот — метеориты падали и в те периоды, когда вымираний не было.
При этом множество организмов оставляют мало следов в палеонтологической летописи или даже вовсе их не оставляют. Поэтому когда говорят о гибели 95% видов — это надо понимать как гибель 95% тех существ, которые оставили следы в виде отпечатков или окаменевших скелетов. Надо внести и еще одно уточнение — вымирание оценивается по числу исчезнувших видов, родов, семейств, но не по числу особей. А что, если место вымерших видов заняло большее число представителей видов невымерших, и общее число обитателей Земли изменилось мало?
А вот и еще одно важное соображение: возможно, вымирания видов происходили регулярно, но появление новых случались всё реже и реже, пока не прекратились среди каких-то групп организмов. Например, виды динозавров на протяжении десятков миллионов лет вымирали и появлялись, в конце мезозойской эры продолжая вымирать «как обычно». Но новые динозавры перестали появляться. Это означает, что причину вымираний надо искать не только в катастрофах, но и в способности тех или иных групп организмов порождать новые виды.
А что если группы живых организмов и сами по себе могут быстро эволюционировать и быстро вымирать, даже если не бомбить их метеоритами, не топить в океане, не взрывать и не травить вулканами? Рассуждения на эту тему в современной науке не приветствуются. Очень редко специалисты выступают с призывом обратить внимание не на «гром с небес», а на самих живых существ, которые и сами по себе способны изменяться и даже в какой-то степени изменять свое неорганическое окружение.
Тут обычно звучит «чистое» дарвиновское представление событий: вымирания вызваны тем, что появились новые организмы, вытеснившие других. Эта гипотеза тоже хромает, потому что в оценке конкурентного вытеснения наблюдается тавтология: новые организмы считаются конкурентоспособнее, потому что они пришли на смену существовавших ранее, а причиной смены считается бóльшая конкурентоспособность. Но очень нелегко объективно сравнить вымершие группы, например, млекопитающих и динозавров или голосеменные и цветковые растения. Допустим, одни группы демонстрируют бóльшую сложность строения. Но известно, что просто устроенные организмы могут процветать наряду со сложными. Посмотрите на то, как ели (голосеменные растения) в северных лесах вытесняют лиственные деревья и другие покрытосеменные растения, если пустить сукцессию (последовательную смену экосистем) леса на самотек.
Несмотря на то что эти факты хорошо известны, из-за большого числа сложившихся традиций альтернативные точки зрения остаются «в загоне», а «традиционные» представления в духе катастрофизма активно развиваются. Многие специалисты всерьез утверждают, что если бы не метеориты или нечто в этом роде, то и эволюции никакой не было, и чем сильнее был удар по биосфере, тем более значимыми оказались эволюционные события — сильное опустошение расчищает пространство, а значит, дает больше возможностей для эволюции.
В эту схему, правда, никак не укладывается такое знаменательное эволюционное событие, как происхождение человека. Никаких особенных метеоритов в это время не было — человек появился в окружении большого разнообразия всего и вся.
Любопытно, что в вымираниях иногда пытаются выявить периодичность — возникновение через равные промежутки времени. Однако если такое и есть, то весьма смазанно, поскольку продолжительность периодов оценивается по-разному. Называют периоды в 8, 12, 26, 32 млн лет. Их анализ в современной научной литературе разочаровывает. Вывод примерно таков: раз в космосе очевидно присутствие периодических процессов, там и надо искать причины вымираний. Однако напомним один из «заветов» Чарлза Дарвина — «никогда не полагаться в науке на принцип исключения». Дарвин дал себе такой зарок после одного случая. Он объяснил появление параллельных террас, существующих в некоторых районах Англии, действием моря и настаивал на своей версии потому, что считал невозможным предложить другое толкование. Но вскоре швейцарский естествоиспытатель Луи Агассиц (Louis Agassiz) убедительно показал, что террасы возникли в результате изменения уровня ледниковых озёр, и Дарвин в конце концов с ним согласился.
Наверное, в поисках пути для объяснений причин вымираний не стоит пренебрегать простой мыслью: всё со временем меняется. И не всегда в лучшую сторону. Горы осыпаются, реки теряют скорость, озёра мелеют даже при отсутствии катастроф. Вполне возможно, что и с видами, экосистемами или иными биологическими системами высокого уровня происходит нечто подобное — они просто стареют. И тем самым, возможно, освобождают место, стимулируют эволюцию нового в биосфере. Это, конечно же, не означает, что никаких катастроф неорганического мира не происходило. Но рассматривать катастрофы и их реальные и мнимые последствия необходимо на фоне самой эволюции живого — в противном случае есть опасность не осознать сути изменений, которые претерпевает биосфера в настоящее время.
