Распространненость жизни и уникальность разума?
Шрифт:
6.1.2. Позднеордвикский и Позднедевонский кризисы
Около 440 млн лет тому назад (граница Ордвик-Силур) произошло значительное вымирание. Исчезли до 20 % всех существовавших тогда видов. Причины кризиса, приведшего к этим вымираниям, пока не установлены. Не исключено, что и на этот раз произошло оледенение (Paris et al. 2000). Это был ответственный этап эволюции, когда в океане уже существовали высокоорганизованные морские животные, в том числе позвоночные (рыбы). Кризис “убрал” некоторых из них, облегчив тем самым развитие других. В числе последних были предшественники кистеперых – разновидности двоякодышащих (обладавших наряду с жабрами также легкими) рыб, еще через 30 млн лет образовавшей единственную ветвь земноводных, у которых четыре плавника рыбы-предшественника преобразовались в конечности. От этой линии ранних тетраподов пошли все виды наземных животных.
Позднедевонский кризис (около 370 млн лет тому назад) – первый крупный кризис после появления наземных животных, в том числе позвоночных. Его причина так же, как Позднепротерозойского кризиса и, вероятно, Позднеордвикского кризиса, – сильное похолодание. Однако на
6.1.3. Позднепермский и Позднетриасский кризисы
Позднепермский (Пермь-Триасский) кризис (около 250 млн лет тому назад) считается самым глубоким за последние 500 млн лет (Erwin, 1994; Benton, 1995; Bowring et al., 1999; Poreda and Becker, 2003; Ward et al., 2005). Тогда, по данным разных авторов, вымерли от 60 % до 80 % морских обитателей и от 50 % до 70 % наземных растений и животных. Высказаны разные точки зрения о причинах, инициировавших Позднепермский кризис. В качестве первой такой причины назовем повышенную вулканическую активность, проявлявшуюся в разных регионах планеты и длившуюся миллионы лет. Следы этой активности на границе Перми и Триаса обнаружены на Сибирской платформе, где тогда излилось около 3 миллионов кубических километров лавы (Bowring et al., 1999; Reichow et al., 2002; Lin and van Keken, 2005). На границу Триас-Юра (200 млн лет тому назад) пришелся следующий эпизод повышенной вулканической деятельности, также длившийся миллионы лет. Следы этого Позднетриасского кризиса обнаружены на разных континентах (Marzoli et al., 1999). Именно с находящими геологическое подтверждение глобальными извержениями лавы многие авторы связывают массовые вымирания животных и растений в те кризисные эпизоды (Clark et al., 1986; White, 2002).
Другая активно обсуждаемая причина Позднепермского и Позднетриасского кризисов – столкновения Земли с крупными космическими телами (импакты). В ряде недавних исследований было обнаружено, что сформированные на границе Перми и Триаса осадочные породы содержат слой, в котором количества никеля, железа, кобальта, магния и марганца соответствовали соотношениям, характерным для метеоритов типа углистых хондритов (Basu et al., 2003; Poreda and Becker, 2003; Becker et al., 2004). “Метеоритный” слой был зарегистрирован и в породах, соответствующих границе Триас-Юра. Этот слой обогащен крупицами метаморфозированного кварца и иридием (Olsen et al., 2002).
Весьма доказательным стало обнаруженное в разных регионах Земли (Китай, Япония, Антарктида и др.) обогащение соответствующих границе Перми и Триаса осадочных пород фуллеренами – наноструктурами, представляющими собою полые сфероиды, образованные исключительно атомами углерода. В лабораторных условиях эта, а также другие формы фуллеренов, были получены впервые в 80-е годы прошлого века путем конденсации испаренного лазером графита в атмосфере инертного газа. Однако фуллерены могут образоваться в электрической дуге и при других условиях неполного сгорания (в саже). Соответственно, они были обнаружены в определенных породах земного происхождения. Внеземное происхождение фуллеренов в осадках на границе Перми и Триаса было доказано путем анализа заключенных в них инертных газов, которые захватываются из среды при формировании наночастиц. Изотопный состав этих газов оказался характерным для космоса, но не для Земли (Becker et al., 2001; Poreda and Becker, 2003). Можно добавить, что этому же периоду принадлежит обнаруженный в Австралии большой кратер Бедаут, который, возможно, возник при падении астероида (Becker et al., 2004). И хотя этот вопрос еще окончательно не решен, данных, приведенных выше, достаточно для утверждения, что на границе Перми и Триаса произошло столкновение Земли с космическим телом, имевшее глобальные последствия. Вместе с тем, это столкновение нельзя рассматривать как непосредственную причину происшедших тогда массовых вымираний. Будь это так, они произошли бы внезапно, как внезапно наступают изменения окружающей среды. Однако данные палеонтологии свидетельствуют, что при Пермь-Триасском кризисе вымирания растянулись на десятки тысяч лет (Bowring et al., 1999). Геохимические исследования показали, что в этот период получили развитие фотосинтезирующие анаэробы, главным образом зеленые серные бактерии, использующие как источник энергии сероводород (сульфид водорода, H2S), который они окисляют до элементарной серы. Эти бактерии обитают в океане только вблизи поверхности, т. к. нуждаются в Солнечном свете для фотосинтеза. С другой стороны, они не терпят кислорода. Отсюда следует вывод, что кислород даже у поверхности океана тогда практически отсутствовал.
Эти данные дают ключ к пониманию роли цепочки событий в разразившемся тогда глобальном кризисе (Huey and Ward, 2005; Ward, 2005, 2006). Мощный импакт и, по-видимому, инициированная им массированная вулканическая активность, вызывая глобальные пожары и выводя на поверхность легко окисляемые газы и минералы, выжгли кислород атмосферы. Напротив, в десятки раз повысилось содержание в атмосфере углекислоты и метана, поступавших на поверхность вместе с лавой, что привело к увеличению парникового эффекта и, соответственно, к значительному потеплению. Указанные изменения в составе атмосферы и потепление вызвали резкое снижение содержания в океане растворенного кислорода. В этих условиях получил перевес производимый придонными хемотрофными анаэробами сульфид водорода, проникновению которого в верхние слои океана ранее препятствовал кислород. Граница сульфида водорода/ кислород стала перемещаться все ближе к поверхности. Ввиду этого обстоятельства, а также общего снижения содержания кислорода, дышащие кислородом морские организмы в верхних слоях океана стали вымирать. Они замещались зелеными и пурпурными фотосинтезирующими организмами, использовавшими поступавший из глубины сульфид водорода как источник энергии. Сульфид водорода распространился до поверхности океана и стал выходить в атмосферу. Это вызвало вымирания наземных животных и растений. Помимо прямого действия на живые организмы, сульфид водорода уничтожил озоновый слой, не пропускавший на Землю жесткое ультрафиолетовое излучение, что усилило вымирания. Выход из кризиса мог начаться после ослабления вулканической активности, снижения поступления углекислоты и сульфида водорода, похолодания, восстановления озонового слоя и т. д. Все эти процессы, происходившие в глобальных масштабах, не могли быть быстрыми. Соответственно, не были быстрыми и вымирания. Общая продолжительность кризиса могла достигнуть миллиона лет. Естественно, после выхода из кризиса живой мир выглядел сильно обедненным, а после восстановления многообразия оказалось, что прежних доминант нет и магистральное направление эволюции стало другим.
В тот период уже существовали ветви рептилий, которые впоследствии трансформировались в млекопитающих и динозавров. Ближайшими предшественниками млекопитающих были рептилии терапсиды-синодонты (Fox et al., 1992; Damiani et al., 2003; Kemp T.S., 2006). Вскоре после Позднепермского кризиса почти одновременно появились динозавры и млекопитающие, сменив своих предшественников, которые, как и многие другие виды животных, вымерли в тот же период или несколько позже, когда разразился Позднетриасский кризис (см., однако, Fox et al., 1992). Можно считать, что оба эти кризиса расчистили пути для взрывного развития динозавров в Юрском и Меловом периодах. Быстро распространившись в самых разных климатических зонах и заняв практически все ниши, динозавры не только потеснили млекопитающих, но и поставили их на грань исчезновения. За 170 млн лет процветания динозавров млекопитающие мало прогрессировали и не дали крупных форм.
6.1.4. Маастрихтский кризис (кризис на границе K/T)
Наиболее известным стал кризис, случившийся 65 млн лет тому назад на границе Мелового периода и Третичного периода. При более детальной периодизации говорят о границе Маастрихта и Дания (Палеоцена), а также о границе К/Т (Krebs/Tertriary, Cretaceous/ Tertriary). Именно в этот кризис погибли процветавшие дотоле динозавры. Полностью вымерли также самые распространенные обитатели морей моллюски аммониты, а всего исчезло около 30 % всех видов, обитавших как в водной среде, так и на суше.
Определяющая роль мощного импакта в кризисе на границе K/T практически доказана. Имея в виду интересную предысторию этого открытия и его значение для интерпретации кризисных ситуаций в прошлом и осознания их опасности в будущем, мы кратко опишем эту предысторию, прежде чем рассмотреть сам кризис и его последствия.
6.2. Основная причина многих глобальных кризисов – столкновение Земли с крупным космическим телом (астероидом или кометой)
6.2.1. Массированный вулканизм или падение астероида?
С самого начала было ясно, что биологические кризисы были вызваны изменениями условий окружающей среды в глобальном масштабе. Разные мнения высказывались о причинах климатических катаклизмов, имевших место на Земле. Именно этот вопрос, сохраняющий актуальность для нас и будущих поколений, явится предметом дальнейшего обсуждения. В качестве вероятной причины мощных катаклизмов на Земле первоначально рассматривался только вулканизм, т. к. критерии, позволяющие идентифицировать кратеры как ударные, а также обнаруживать осадочные слои, образованные выброшенным при импакте материалом, были разработаны только недавно. Застывшую лаву геологи научились распознавать значительно раньше. Для того, чтобы иметь глобальные последствия, мощные извержения, сопровождаемые выходом большого количества лавы, должны были произойти одномоментно во многих точках земного шара. Такие события действительно имели место. Около 65 млн лет тому назад извержения продолжались не менее миллиона лет (Courtillot, 1990; Glasby and Kunzender, 1996; Ravizza, 2003). Лава изливалась в Северной Атлантике, Шотландии, Сибири, Индии и в других местах. Нагромождения базальтов в этих местах сохранились с тех пор. Террасы Деккана в Западной Индии – наиболее грандиозные слоистые лавовые образования, сохранившиеся с тех пор. Общий объем лавовых наслоений в этой структуре достигает 50 млн кубических километров. Лава поступала с большой глубины под давлением и, изливаясь, отдавала растворенные в ней газы, в том числе углекислый газ (СО2). Раскаленная лава вызывала пожары, еще более увеличивавшие содержание углекислого газа в атмосфере. Его накапливание должно было привести к значительному потеплению вследствие усиления парникового эффекта (см. однако Caldeira and Rampino, 1990). Существенное изменение климата могло повлиять на выживаемость и развитие тех или иных видов. В течение 70-90-х годов прошлого века состоялись напряженные дискуссии. К этому вопросу мы еще вернемся, а пока последуем за исследователями, внимание которых было переключено на внеземные источники. Помимо глобальных извержений, в качестве причин массовых вымираний (кризисов) на Земле называли взрыв сверхновой на достаточно близком расстоянии (теперь эту причину иногда приписывают Ордвикскому кризису, который имел место 440 млн лет тому назад), резкое изменение солнечной активности и падение крупного метеорита. Не касаясь пока других случаев, будем считать практически доказанной причиной биологического кризиса 65 млн лет тому назад на границе K/T падение крупного метеорита. Ко времени, когда развернулась дискуссия, такой ответ уже был подготовлен многолетними исследованиями геологов, выяснявших природу многочисленных кратеров, обнаруженных на Земле. Первоначально преобладало мнение, что все они имеют вулканическую природу. Однако постепенно накапливались данные, указывающие на образование многих древних кратеров вследствие импакта – столкновения с Землей крупного метеорита или осколка кометы (Хрянина, 1987; Бронштэн, 1987).