Новая история происхождения жизни на Земле

Киршвинк Джозеф

Все эти явления создали цепь событий, кардинально повлиявших не только на мировой климат, но и на всю дальнейшую историю развития жизни. Увеличение содержания кислорода в атмосфере и его долговременный высокий уровень (более 30 %) в течение мелового периода спровоцировали большое количество лесных пожаров. Как сказано выше, это привело к снижению мировых температур, что в конечном итоге завершилось самым долгим за всю историю существования нашей планеты оледенением полярных областей. Хотя это оледенение не было общемировым, как в периоды «Земли-снежка», по времени оно было таким же долгим, как некоторые из них. Возможно, этот период полярного оледенения длился более 50 млн лет. За такие длительные периоды на Земле могли происходить самые важные события, например, освоение суши животными, эволюция новых, более развитых сухопутных растений, которые смогли приспособиться к жизни в высокогорных районах, до того не освоенных растениями. За такие интервалы возникали новые формы позвоночных, включая ранних рептилий, а за ними — и предков млекопитающих. Существует, однако, еще один аспект пожаров, который также мог повлиять на развитие растений, а следовательно, и на развитие жизни на планете в целом.

Новые исследования лесных пожаров в бассейне Амазонки доказывают, что пожары на не освоенных человеком территориях могут серьезно менять климатические условия, и это касается не только тропиков. Дэвид Бирлинг в книге The Emerald Planet («Изумрудная планета», см. главу 10) отмечает, что в течение апреля 1988 года дым от пожаров мешал формированию облаков над Северной Америкой, и это изменило режим выпадения осадков. Данный временной интервал

стал для того региона одним из периодов суровой засухи и одним из самых сухих месяцев за весь XX век. В том же году произошло несколько крупных лесных пожаров, например, в июле 1988 года выгорели огромные территории вокруг Йеллоустоунского национального парка. Бирлинг предлагает по-новому оценить факт распространения травянистых растений с фотосинтезом-C₄ — с точки зрения возникновения положительной обратной связи [226] .

226

E. J. Edwards and S. A. Smith, «Phylogenetic Analyses Reveal the Shady History of G Grasses,» Proceedings of the National Academy of Sciences 107, nos. 6 (2010): 2532–37; C. P. Osborne and R. P. Freckleton, «Ecological Selection Pressures for C₄ Photosynthesis in the Grasses,» Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 276, no. 1663 (2009): 1753–60.

Положительная обратная связь демонстрирует усиление экологического эффекта в одном определенном направлении. В современном мире потепление атмосферы вызывает усиленное таяние арктического льда, в связи с чем уменьшается площадь белой поверхности с высокой отражательной способностью. Покрытые белым льдом и снегом арктические моря отражают солнечные лучи обратно в космос, но таяние белого покрова приводит к увеличению площади темной морской воды, которая в таком случае начинает поглощать намного больше тепла, и моря теплеют. С потеплением морей лед начинает таять еще интенсивнее, и цикл продолжается. Положительная обратная связь заключается в том, что потепление ведет к еще большему потеплению.

Дэвид Бирлинг полагает, что положительная обратная связь в случае с лесными пожарами заключается в том, что пожары вызывают еще больше пожаров. Пожары меняют климат и провоцируют засухи, которые приводят к увеличению территорий, где возможно возгорание, и возникают новые пожары, — так замыкается круг.

Мы живем в эпоху, когда мировые температуры стремительно растут. Все возможные последствия для планеты пока не ясны, и еще менее предсказуем тот эффект, который может оказать новый, более теплый мир с более высоким уровнем моря на промышленность, население и развитие цивилизаций в целом.

Глава 18

Эра птиц: 50–2,5 миллиона лет назад

История развития жизни в школьных программах часто выглядит так: рыбы появились в эру рыб; некоторые рыбы выползли на сушу, и началась эра амфибий; амфибии затем дали жизнь рептилиям, и началась эра рептилий, которую еще называют эрой динозавров; заканчивается этот ряд эрой млекопитающих. Нетрудно догадаться, почему такой способ изложения истории стал обычным делом: люди любят все классифицировать, а последовательность «эр» выглядит очень удобной классификацией. Однако, как вы можете видеть, эры птиц-то нет! Ее никогда не выделяют в ряду прочих. Давайте же восполним этот пробел и попробуем описать исторический период, который определим как эру птиц [227] .

227

Наше личное примечание к данной главе: один из нас (Питер Уорд) держал двух попугаев в качестве домашних животных (хотя в отношениях между человеком и птицей непонятно, кто кого содержит). При этом был очевиден уровень интеллекта попугаев. И подобное утверждение касается не только попугаев. Если понаблюдать за воронами или другими птицами, которые держатся стаями, можно заметить их удивительный и, более того, прогрессирующий интеллект. Забавно, что от птиц пошло уничижительное выражение «куриные мозги». Сравните размер нашего мозга с размером мозга жако и задумайтесь, что эти птицы могут строить предложения, заниматься простой арифметикой, и их поведение в целом очень сложно структурировано. Мы все надеемся на то, что курица, которую мы едим каждый день, крайне глупа. А вот, может, и нет!

Эволюция птиц является одной из центральных научных проблем [228] . Эта область исследований содержит ряд весьма спорных гипотез и противоречивых теорий. Всего можно выделить два основных направления: первая — птицы произошли от группы нединозавровых диапсид, но родственных той группе, от которой произошли динозавры; вторая — птицы являются непосредственными потомками динозавров. Представители второго «вероисповедания» даже прибегают к кладистике, чтобы подтвердить свою мысль: птицы это сильно изменившиеся динозавры [229] .

228

K. Padian and L. M. Chiappe, «Bird Origins,» in P. J. Currie and K. Padian, eds., Encyclopedia of Dinosaurs (San Diego: Academic Press, 1997), 41–96; J. Gauthier, «Saurischian Monophyly and the Origin of Birds,» in K. Padian, Memoirs of the California Academy of Sciences 8 (1986): 1–55; L. M. Chiappe, «Downsized Dinosaurs: The Evolutionary Transition to Modern Birds,» Evolution: Education and Outreach 2, no. 2 (2009): 248–56.

229

J. H. Ostrom, «The Ancestry of Birds,» Nature 242, no. 5393 (1973): 136; J. Gauthier, «Saurischian Monophyly and the Origin of Birds,» in K. Padian, Memoirs of the California Academy of Sciences 8 (1986): 1–55; J. Cracraft, «The Major Clades of Birds,» in M. J. Benton, ed., The Phylogeny and Classification of the Tetrapods, Volume I: Amphibians, Reptiles, Birds (Oxford: Clarendon Press, 1988), 339–61.

Целый ряд окаменелостей доказывает, что не только многие двуногие плотоядные динозавры похожи на птиц, поскольку они откладывали яйца, но и сами их яйца очень похожи на птичьи. Некоторые новые находки предоставляют еще более потрясающие свидетельства: у многих динозавров, живших и до и после появления археоптерикса, были конечности с перьями, подобные крыльям, то есть динозавры предпринимали не одну, а несколько эволюционных попыток научиться летать. Вопрос в том, были ли данные известные фоссилии когда-то настоящими динозаврами [230] .

230

A. Feduccia, «On Why the Dinosaur Lacked Feathers,» in M. K. Hecht et al., eds. The Beginnings of Birds: Proceedings of the International Archaeopteryx Conference Eichstatt 1984 (Eichstatt: Freunde des Jura-Museums Eichstatt, 1985), 75–79; A. Feduccia et al., «Do Feathered Dinosaurs Exist? Testing the Hypothesis on Neontological and Paleontological Evidence,» Journal of Morphology 266, no. 2 (2005): 125–66.

Этот вопрос возник в 1996 году, когда палеонтолог Алан Федуччиа занимался исследованием впервые обнаруженной окаменелости существа, которое он принял за загадочную птицу возрастом 135 млн лет, то есть появившуюся сразу после археоптерикса. Эта птица, ляонинорнис (Liaoninornis — «птица из Ляонина»), была совершенно не похожа на динозавра [231] . У нее имелись развитая летательная мускулатура и грудная кость, сходная с аналогичной у современных птиц. Тем

не менее ее нашли среди окаменелостей древних птиц, похожих на археоптерикса. Как эволюция могла так быстро проскочить столько этапов? Федуччиа, таким образом, заключил, что птицы могли быть широко распространены и освоили разнообразные места обитания уже ко времени появления археоптерикса, а это временной интервал приблизительно 140–135 млн лет назад. Хотя такие птицы и были более развиты по сравнению с археоптериксом, все же они значительно уступали современным формам. Так где же они? Федуччиа считает, что большинство из них вымерли вместе с динозаврами около 65 млн лет назад, а все предки современных птиц появились позднее, в интервале 60–53 млн лет назад, независимо от динозавров. Это так называемая теория большого взрыва относительно происхождения птиц [232] . Федуччиа и его коллеги рассматривают все сходства между птицами и динозаврами просто как проявление конвергентной эволюции — иными словами, естественный отбор параллельно создал схожие морфологические типы животных.

231

J. O’Connor, «A Revised Look at Liaoningornis Longidigitris (Aves).» Vertebrate PalAsiatica 50 (2012): 25–37.

232

A. Feduccia, «Explosive Evolution in Tertiary Birds and Mammals,» Science 267, no. 5198 (1995): 637–38; A. Feduccia, «Big Bang for Tertiary’ Birds?» Trends in Ecology and Evolution 18, no. 4 (2003): 172–76.

Данная теория относит возникновение современных птиц либо ко времени мел-палеогенового вымирания (65 млн лет назад), либо к периоду на несколько десятков миллионов лет позднее. Разумеется, такая трактовка событий не является общепринятой на данный момент [233] . За последнее десятилетие было найдено большое количество и разнообразие ископаемых птиц в породах мелового периода возрастом 130–115 млн лет, в основном в Китае. Некоторые из этих находок показывают, что развитию птиц с привычным для нас коротким хвостовым отделом позвоночника предшествовала эволюция форм с длинным хвостовым отделом [234] . Кроме того, теория происхождения птиц от динозавров была подтверждена также открытием в Китае двух видов оперенных динозавров возрастом 145 млн и 125 млн лет, за которыми следуют более молодые ископаемые раннего мелового периода.

233

M. Norell and M. Ellison, Unearthing the Dragon: The Great Feathered Dinosaur Discovery (New York: Pi Press, 2005); R. Prum, «Are Current Critiques of the Theropod Origin of Birds Science? Rebuttal to Feduccia 2002,» Auk 120, no. 2(2003): 550–61; S. Hope, «The Mesozoic Radiation of Neomithes,» in L. M. Chiappe et al., Mesozoic Birds: Above the Heads of Dinosaurs (Oakland: University of California Press, 2002), 339–88; P. Ericson et al., «Diversification of Neoaves: Integration of Molecular Sequence Data and Fossils,» Biology Letters 2, no. 4 (2006): 543–47; K. Padian, «The Origin and Evolution of Birds by Alan Feduccia (Yale University Press, 1996),» American Scientist 85: 178–81; M. A. Norell et al., «Flight from Reason. Review of: The Origin and Evolution of Birds by Alan Feduccia (Yale University Press, 1996),» Nature 384, no. 6606 (1997): 230; L. M. Witmer, «The Debate on Avian Ancestry: Phylogeny, Function, and Fossils,» in L. M. Chiappe and L. M. Witmer, eds., Mesozoic Birds: Above the Heads of Dinosaurs (Berkeley: University of California Press, 2002), 3–30.

234

C. Peiji et al., «An Exceptionally Preserved Theropod Dinosaur from the Yixian Formation of China,» Nature 391, no. 6663 (1998): 147–52; G. S. Paul. Dinosaurs of the Air: The Evolution and Loss of Flight in Dinosaurs and Birds (Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2002), 472: X. Xu et al., «An Archaeopteryx like Theropod from China and the Origin of Avialae,» Nature 475 (2011): 465–70.

Большое внимание ученых сосредоточено на вопросах оперения. Почему вообще появились перья (функциональный аспект)? Как изначально развивались перья крыла, обеспечивающие полет? Во многом эти вопросы пытаются решить, применяя понятие экзаптации — каким образом определенная морфологическая характеристика приобретает дополнительную функцию или функции. Всем нам хорошо известны функции, которые выполняют перья в подкладках одежды и в спальных мешках. Очевидно, что перья хорошо защищают от переохлаждения, но перья, которые сохраняют тепло, сильно отличаются от тех, что используются птицами для полета. Перья редко сохраняются в геологических отложениях, и поэтому, как это часто бывает в палеонтологии, окаменелости слабо влияют на решение вопросов о происхождении перьев, их первого появления и назначения. Хотя в последнее время палеонтологам очень часто помогают образцы из Китая. В данном случае это уникальные ископаемые останки динозавров с сохранившимися перьями [235] , а иногда (и не только в Китае) даже мягкие ткани [236] . Однако находки окаменелостей птиц встречают в научном сообществе без возражений и горячих споров нечасто [237] . Эволюция полета (не просто планирование) — важная инновация, которую с успехом освоили членистоногие, рептилии, динозавры (в виде птиц) и млекопитающие, — была и остается благодатным полем для исследований [238] .

235

D. Hu et al., «A Pre-Archaeopteryx Troodontid Theropod from China with Long Feathers on the Metatarsus,» Nature 461, no. 7264 (2009): 640–43; A. H. Turner et al., «A Basal Dromaeosaurid and Size Evolution Preceding Avian Flight,» Science 317, no. 5843 (2007): 1378–81; X. Xu et al., «Basal Tyrannosauroids from China and Evidence for Protofeathers in Tyrannosauroids,» Nature 431, 7009 (2004): 680–84: C. Foth. «On the Identification of Feather Structures in Stem-Line Representatives of Birds: Evidence from Fossils and Actuopalaeontology,» Palaontologische Zeitschrift 86, no. 1 (2012): 91–102; R. Prum and A. H. Brush, «The Evolutionary Origin and Diversification of Feathers,» Quarterly Review of Biology 77, no. 3 (2002): 261–95.

236

M. H. Schweitzer et al., «Soft-Tissue Vessels and Cellular Preservation in Tyrannosaurus rex,» Science 307, no. 5717 (2005); C. Dal Sasso and M. Signore, «Exceptional Soft-Tissue Preservation in a Theropod Dinosaur from Italy,» Nature 392, no. 6674(1998): 383–87; M. H. Schweitzer et al., «Heme Compounds in Dinosaur Trabecular Bone,» Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94, no. 12 (1997): 6291–96.

237

Dr. Paul Willis, «Dinosaurs and Birds: The Story,» The Slab, http://www.abc.net.au/science/slab/dinobird/story.htm.

238

J. A, Clarke et al., «Insight into the Evolution of Avian Flight from a New Clade of Early Cretaceous Omithurines from China and the Morphology of Yixianomis grabaui,» Journal of Anatomy 208 (3 (2006): 287–308.