Новая история происхождения жизни на Земле
Шрифт:
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] .
149
N. Shubin, Your Inner Fish: A Journey into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body (Chicago: University of Chicago Press, 2008); B. Holmes,
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.
Ранее мы уже отмечали, что есть множество доказательств существования на суше примитивных форм, способных к фотосинтезу, еще за сотни миллионов лет до появления первых сухопутных животных. Наличие таких форм могло даже послужить основной причиной последнего периода «Земли-снежка» 700–600 млн лет назад. Мы не имеем ни малейшего представления о том, что это были за организмы: возможно, просто синезеленые водоросли, или же действительно формы, хорошо приспособленные к обитанию на суше, например, обладающие способностями сохранять постоянное местоположение, добывать питательные вещества, размножаться, получать из окружающей среды и затем сохранять для себя воду. Подобными организмами вполне могут оказаться существующие сегодня одноклеточные зеленые водоросли.
Однако даже эти растения возрастом 700 млн лет могут быть не первыми, кто выбрался из моря на сушу. Все больше палеобиологов приходят к заключению, что сухопутная жизнь намного старше — первыми были одноклеточные фотосинтезирующие бактерии, совершившие переход из моря на сушу по крайней мере 2,6 млрд лет назад. Если это так, то они являются настоящими пионерами суши, тогда как более развитые растения и животные стали сухопутными гораздо позднее.
Вот что нам известно: менее чем через 100 млн лет после появления морских животных некоторые виды зеленых водорослей, вероятно все еще обитающие в пресных водоемах, отказались от жизни в воде и перебрались на сушу. Здесь они быстро эволюционировали от простых, похожих на прутики, растений без листьев, наподобие многих современных мхов, до настоящих гигантов благодаря очередному нововведению эволюции — листьям.
Период 475–425 млн лет назад следует рассматривать как время необходимых, но медленных и постепенных изменений в природе растений, причем следов этих изменений почти не осталось. В начале этого периода у водных зеленых водорослей начали происходить значительные эволюционные изменения, которые позволили им получать пищу и воспроизводиться в среде, где соединялись воздух и почва, а не исключительно в водном пространстве. Конец этого периода отмечен ископаемыми, в которых отчетливо прослеживаются прекрасно сохранившиеся останки первых настоящих растений, обладающих сосудистой системой, корнем и стеблем. Переход этих первых безлистных растений к формам с листьями занял еще 40 млн лет. Но как только листья возникли, произошла настоящая революция: к периоду 370–360 млн лет назад уже появились деревья высотой до 7,5 м.
Многоклеточным растениям понадобилось почти сто миллионов лет, чтобы разрастись из маленьких морских форм в обширные леса, покрывшие весь мир в девонском периоде. В некотором отношении эти растения имели намного большее воздействие на развитие жизни на суше, чем микробы, обитавшие там уже очень давно, поскольку многоклеточные сухопутные растения полностью изменили почвы и форму ландшафта. Также изменилась и степень прозрачности атмосферы, поскольку с распространением растений по суше трансформировались бесконечные дюны из песка и пыли, составлявшие доминирующую часть ландшафта планеты: гранулы песка и частички пыли теперь удерживались корнями растений намного крепче, чем это могли сделать наземные бактерии, ведь последние, будучи одноклеточными, даже распространяясь тонким покрывалом, не имели большой силы. Примитивные растения погибали и начинали гнить, толще становился слой почвы, и изломанные линии скалистых земных видов, которые существовали испокон веков, начали постепенно смягчаться. Очистился воздух, и впервые очертания континентов и морей, больших озер и рек можно было видеть не только вблизи, но и с больших расстояний, в том числе из космоса.
К концу девона леса покрыли планету почти целиком, изменив русла рек. Кроме того, из-за воздействия растений на атмосферу уровень содержания атмосферного кислорода достиг показателей, превышающих сегодняшние (21 %), до 30–35 %. Это позволило рыбам, у которых были конечности, но не было легких, выползти на сушу и выживать в течение сотен тысяч лет, потребовавшихся для формирования полноценного, способного дышать кислородом легкого. Все эти достижения жизни и изменения, вызванные растениями, стали возможны благодаря единственному морфологическому новшеству эволюции — наличию листьев.
Суша и море
Завоевание суши животными похоже на плохо подготовленную высадку десанта: несколько боевых групп появляются на берегу, при этом действуют нескоординированно, непоследовательно, бойцы плохо вооружены и не приспособлены к бою в данных условиях, поэтому многие погибают. Стандартное объяснение данного этапа истории развития жизни следующее: поэтапные попытки животных выйти на сушу стали возможны благодаря развитию у животных соответствующих качеств, основными движущими факторами для этого послужили наличие неосвоенных ресурсов, невысокая конкуренция и малое — до некоторого времени — количество хищников. Другими словами, следующий эволюционный шаг членистоногих, моллюсков, кольчатых червей, а затем и позвоночных — крупнейшего типа, развившегося в процессе освоения суши, — произошел случайно и только потому, что животные достигли уровня развития, позволившего им вылезти из воды. Однако мы считаем, что животные сделали первый шаг на сушу, как только уровень атмосферного кислорода позволил им это.
Давайте же рассмотрим условия, благоприятствовавшие освоению растениями и животными сухопутных сред обитания, и потребовавшиеся для этого эволюционные приспособления. Начнем с растений, поскольку без наличия источника пищи на суше никакое животное не станет даже пытаться.
Уже около 600 млн лет назад эволюция растений привела к существованию большого разнообразия многоклеточных растений, некоторые известны нам и сегодня: зеленые, бурые и красные водоросли — обычные обитатели любого побережья на планете [150] . Но это были растения, обитавшие в морской воде, где необходимые для жизни компоненты — углекислый газ и пищевые элементы — были легкодоступны, и размножение в жидкой среде происходило легко. Выход на сушу требовал серьезных эволюционных изменений для поглощения углекислого газа, пищи, развития средств поддержки тела в пространстве, в системе размножения. Каждый из этих аспектов предполагал значительные модификации в строении тела всего водного типа организмов.
150
A. K. Behrensmeyer et al., eds., Terrestrial Ecosystems Through Time: Evolutionary Paleoecology of Terrestrial Plants and Animals (Chicago and London: University of Chicago Press, 1992); P. Kenrick and P. R. Crane, The Origin and Early Diversification of Land Plants. A Cladistic Study (Washington: Smithsonian Institution Press, 1997).
Большинство этапов данного периода истории развития жизни вызывает жаркие дискуссии, особенно на предмет того, насколько многочисленны и разнообразны были группы организмов в протерозойском эоне, даже перед периодом «Земли-снежка» в протерозое [151] . Хотя, конечно, пресса любит слова типа «древнейший», «крупнейший» и прочее в превосходной степени, следует признать, что есть некоторый дисбаланс между скоростью открытия и классифицирования новых наземных растений и необходимостью их более точной датировки. Например, в 2010 году вызвало ажиотаж сообщение об открытии очередного «древнейшего» сухопутного растения в ископаемых отложениях в Аргентине, а на деле оказалось, что это растение относится к обычным печеночным мхам, датированным 472 млн лет [152] . Однако ошибка в датировке таких древних пород чревата серьезными последствиями. Кроме того, хотя это действительно очень древние «сосудистые» растения, имеющие сложные внутренние системы передвижения веществ, дело осложняет проблема определения того, что считать растением. Задолго до периода, датируемого 472 млн лет назад, присутствовало множество видов фотосинтезирующих организмов с разнообразными строениями тела, которые мы можем называть растениями. Многие палеобиологи предполагают, что большое разнообразие грибов, а также зеленых фотосинтезирующих микробов и многоклеточных растений могло существовать на суше раньше, чем принято думать, и даже миллиард лет назад, возможно, процветали необычайно многочисленные сообщества форм, которые в совокупности можно называть растениями, если отнести к этой категории лишайники, грибы, а также зеленые микробы, тонким покровом устилавшие болота и влажные участки земли [153] .
151
S. B. Hedges, «Molecular Evidence for Early Colonization of Land by Fungi and Plants,» Science 293 (2001): 1129–33.
152
C. V. Rubenstein et al., «Early Middle Ordovician Evidence for Land Plants in Argentina (Eastern Gondwana),» New Phytologist 188, no. 2 (2010): 365–69. С докладом на данную тему можно ознакомиться здесь: www.dailymail.co.uk-sciencetech-article-1319904-Fossils-worlds-oldest-plants-unearthed-Argentina.html.
153
J. T. Clarke et al., «Establishing a Time-Scale for Plant Evolution,» New Phytologist 192, no. 1 (2011): 266–30; M. E. Kotyk et al., «Morphologically Complex Plant Macrofossils from the Late Silurian of Arctic Canada,» American Journal of Botany 89 (2002): 1004–13.