Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк

Высокие плато на континентах, возможно, были вовсе необитаемы, исключение составляли самые стойкие к большим высотам животные. Но эта гипотеза противоречит ожидаемому поведению континентов: 250 млн лет назад континенты были объединены в один гигантский суперконтинент Пангея, и Атлантический океан не должен был мешать свободному перемещению наземных животных с одного края континента на другой. Однако существовал другой барьер — большая высота, которая серьезно препятствовала миграции, и новейшие исследования позвоночных того периода доказывают, что свободного перемещения групп организмов тогда не было, но существовали отдельные экосистемы, по крайней мере на суше.

Работы, проведенные в конце XX и начале XXI века многими исследователями — Роджером Смитом, Дженнифер Бота, Питером Уордом (соавтором данного труда) в пустыне Карру, Майком Бентоном в России, Кристианом Сайдором в Нигере[176], — доказывают существование таких, не связанных друг с другом, экосистем, например, в Африке. Данные биологические сообщества являлись весьма специфичными и не походили друг на друга по видовому составу. Получается, что в период низкого уровня кислорода высота над уровнем моря создавала дополнительное препятствие для миграций и потока генов[177]. Совсем по-другому обстояли дела в периоды с высоким уровнем кислорода: фауна не была привязана к отдельным областям, и изолированные сообщества организмов были немногочисленны.

Дефицит кислорода привел не только к ослаблению миграции, но и к тому, что многие области, находившиеся в поздний пермский период и в триасовый период на высоте более тысячи метров над уровнем моря, оказались необитаемы. Этот эффект — влияние высоты на распространение организмов по суше — мог в значительной степени определять жизнь животных в условиях низкого содержания кислорода в атмосфере. Сокращение мест обитания из-за невозможности заселения высотных областей привело к тому, что многие животные либо мигрировали к морям, либо вымерли. Усилилась борьба за территорию и ресурсы, в прибрежных регионах появились новые хищники, паразиты и болезни, что в свою очередь привело к вымиранию некоторых видов и там. Мы подсчитали, что к концу перми более 50 % земной суши из-за своих высотных характеристик оказалось непригодным для обитания. Возможно, вымирание произошло по причинам, давно изложенным в книге Макартура и Уилсона The Theory of Island Biogeography («Теория биогеографии островов»): разнообразие видов имеет отношение к территории обитания, и если остров или какая-нибудь ограниченная территория становится меньше, животные начинают погибать. Влияние высоты на развитие и распространение жизни подтверждает этот научное положение.

Питер Уорд, один из авторов данного труда, изучал еще один аспект пермского массового вымирания. Результаты его исследований пока не опубликованы, и мы с удовольствием приводим их здесь, тем более что они имеют непосредственное отношение к предмету обсуждения. Фредерик Дули, аспирант Уорда, совместно с Ли Кампом пришел к удивительному выводу. Но сначала небольшое пояснение: Дули занимается вопросом воздействия сероводорода на растения и некоторых животных, а Камп разрабатывает модели состояния океана в конце пермского периода, и ему необходимо делать расчеты объемов сероводорода в верхних слоях Мирового океана. Результаты вычислений Кампа аспирант Дули использовал в экспериментах с одноклеточным океаническим планктоном, включая самый важный вид океанического зоопланктона — похожих на креветок веслоногих ракообразных-копеподов. Уровень сероводорода в эксперименте был недостаточным, чтобы убить водоросли, — наоборот, к удивлению экспериментатора, водоросли стали расти быстрее. Напротив, веслоногие погибли почти мгновенно. Без веслоногих, поедающих фитопланктон и таким образом контролирующих его размножение, эти крошечные растения погружаются на морское дно и там загнивают, уничтожая и без того небольшой запас кислорода в нижних слоях воды. Это приводит к резкому скачку содержания углекислого газа, а также убивает все виды морских животных в верхних слоях океана. В результате планета задыхается среди гниющих растений и остается почти совсем без животных — в конце пермского периода, по крайней мере в океане, так и произошло. Ситуация на суше напоминала две мировые войны одновременно Роджер Смит обнаружил весьма убедительные доказательства необычайной засушливости и неожиданной жары в Южной Африке 252 млн лет назад. Наши собственные изыскания в пустыне Карру (результаты опубликованы в 2005 году) позволяют подробно описать вымирание сухопутных животных в тот же временной период[178]. Роджер Смит считает, что только засухи и жары уже было вполне достаточно, чтобы вымерло большинство позвоночных. Нам же больше нравится аналогия с мировыми войнами: огромные армии погибают в пустыне и, как во времена Первой мировой, задыхаются под действием отравляющего газа. Только в древности это был не хлор, а ядовитый сероводород в атмосфере и океане.

Одним из самых приятных ощущений от общения в научной среде — будь то в маленьком провинциальном колледже или в одном из крупнейших исследовательских центров мира — является наслаждение чувством коллегиальной солидарности. В Америке это обусловлено еще и самим устройством университетской системы, которая предполагает сперва 6–7 лет работы по временному контракту и только затем постоянную должность. Постоянство! Возможно, из всех профессиональных коллективов университетские факультеты — самые стабильные, и, в сравнении с другими коллективами, в университетах наблюдается относительно небольшая текучесть кадров. В результате складываются коллегиальные дружеские отношения, зачастую весьма продолжительные. В этом плане университеты очень похожи на своих предшественников — семинарии, куда монахи приходили еще молодыми людьми и где проводили всю свою жизнь в среде себе подобных. И так же, как в старинных аббатствах, более молодые коллеги приучались уважать тех, кто был старше и мудрее, и прислушиваться к ним.

Авторам данного труда в 2000-е годы или около того посчастливилось присутствовать на встрече с несколькими старшими коллегами естественнонаучного факультета в Калифорнийском технологическом институте. В числе старших товарищей был знаменитый Сэмюэль Эпстайн — один из наиболее выдающихся ученых в области геохимии. Сэм Эпстайн работал в Университете Чикаго как раз в тот момент, когда нобелевский лауреат Гарольд Юри открыл способ измерения температуры формирования древних карбонатных пород с использованием метода сопоставления изотопов кислорода, обнаруженных в карбонатных отложениях. Соотношение кислорода-16 варьировалось вместе с гораздо более редким кислородом-17 пропорционально температуре формирования пород.