КАТАСТРОФЫ - ГОРЮЧЕЕ ЭВОЛЮЦИИ

02-05-2023

Двести пятьдесят миллионов лет назад произошло самое массовое за всю историю Земли исчезновение организмов. Согласно выдвинутой месяц назад теории, виноват в этом очередной "внешний" для биосферы фактор - взрыв метана.

Сегодня большинство палеонтологов выделяют семь-восемь критических моментов естественной истории, приведших к резким сокращениям видового состава фауны и флоры Земли. Это кризисы раннего и позднего кембрия, позднего ордовика, позднего девона, поздней перми (или, иначе, так называемый Великий пермо-триасовый кризис), раннего и позднего триаса и конца мела - о последнем слышали, наверное, все, поскольку именно тогда вымерли динозавры. Скорее всего, подобные биокризисы случались и в более ранние периоды: по некоторым оценкам, только за последний миллиард лет истории Земли их было около двух десятков.

Способствовать массовым вымираниям могли разные обстоятельства. Помимо экзогенных (обусловленных только внешними причинами) факторов: падения различных космических объектов, а также взрывы ближайших сверхновых звезд, в результате которых Земля могла получить огромную дозу смертельной космической радиации - часто упоминаются также последствия тектоники плит, выразившиеся в движении континентов в неблагоприятные климатические пояса, внезапные всплески континентального вулканизма, выбросы в атмосферу большого количества парниковых газов (углекислоты, сернистого газа, метана и т. п.), и наконец, разнообразные климатические, прежде всего температурные, пертурбации.

Пожалуй, об относительном единстве мнений можно говорить, только когда речь идет об обстоятельствах, приведших к массовому вымиранию представителей животного и растительного мира Земли, в том числе динозавров, на границе мелового и третичного периодов (примерно 65-66 млн лет назад). Подавляющее большинство палеонтологов сходятся во мнении, что одной из главных причин этой катастрофы стало столкновение нашей планеты с крупным метеоритом. Исследования кратера Чикхулуб, обнаруженного в 1990 году космохимиком Аланом Хилдебрандом на полуострове Юкатан в Мексике, а также изучение отложившихся точно на границе мезозойской и кайнозойской эр океанских осадков, в составе которых присутствовал в аномально больших количествах редкий для земной коры элемент иридий, с достаточно высокой степенью вероятности свидетельствуют в пользу космической версии трагедии. В декабре 2001 года в этом кратере было начато бурение: предполагается проникнуть на глубину 1,8 км, чтобы обнаружить прямые доказательства внеземного происхождения этой структуры.

И солнца не стало

Несмотря на то что размеры мексиканского метеорита, по современным оценкам, не превышали 10 километров, энергия, освобожденная при столкновении, была примерно в десять тысяч раз больше энергии, сконцентрированной в мировых запасах ядерного оружия. Прямым следствием падения такого объекта стало возникновение огромного пылевого облака, которое закрыло практически всю поверхность Земли от солнечного света. В результате на несколько лет был прерван процесс фотосинтеза, что вызвало массовую гибель растений и разрушение связанной с ними пищевой цепочки. Другими губительными для животных и растений явлениями были сильнейшие сейсмические волны и атмосферные бури, выпадение азотнокислых дождей, огромные пожары и цунами (в случае, если удар метеорита пришелся на океан, вызванные его падением волны могли достигать нескольких километров в высоту). Картина всеобщего хаоса рисуется поистине ужасающей.

Но тут сразу возникает другой вопрос: почему не удается обнаружить явной корреляции между падениями на Землю столь же массивных небесных тел (астероидов, комет и т. д.), которые, по данным астрофизики, происходили в иные эпохи со средней периодичностью не менее чем раз в сто миллионов лет, и другими случаями массовых вымираний?

Ответ напрашивается простой: потому что ученым просто-напросто не удалось пока найти следов аналогичных событий. Словом, дайте только время и более современные методики обнаружения - и соответствующие космические факторы будут выявлены.

Пожалуй, самым желанным для сторонников экзогенных причин земных биокатастроф стало бы обнаружение признаков падения того или иного небесного объекта на границе между пермским и триасовым периодами - именно тогда, 250-251 млн лет назад, произошло крупнейшее (по крайней мере за последние полмиллиарда лет) массовое исчезновение биорганизмов в истории Земли. В результате этого мегакризиса, по современным оценкам, Земля потеряла почти 95% морских и около 70% сухопутных обитателей.

Вот уже несколько десятилетий поисками следов падения этого пресловутого инородного объекта занимаются многочисленные палеоэнтузиасты, однако пока все их успехи ограничиваются только весьма косвенными свидетельствами. Так, в 2001 году японский геолог Кунио Кайхо со товарищи представил любопытные результаты экспедиции в Южный Китай. Участники экспедиции обнаружили странные перепады относительного содержания в местных осадочных породах двух основных природных изотопов серы. Можно предположить, что подобные перепады объясняются именно падением в этом районе крупного метеорита (исходя из величины изотопного смещения, японские ученые даже смогли рассчитать его примерные размеры - около 60 км "в обхвате"!).

В том же 2001 году группа американских исследователей во главе с Лу-Энн Бекер, обследовав ряд осадочных пород пограничного пермско-триасового возраста в Китае и Японии, выявила наличие молекул инертных газов, входящих в состав присутствующих в этих породах сложных углеродных полимеров, фуллеренов. По мнению г-жи Бекер, эти молекулы могли быть включенными в состав вещества некоей быстроходной кометы. Красочное описание столкновения кометы с Землей, представленное американскими специалистами, во многом очень напоминает вышеупомянутые последствия визита юкатанского метеорита - колоссальные землетрясения, извержения вулканов (скажем, выплеснувшейся лавы, по оценкам исследователей, должно было хватить на то, чтобы покрыть поверхность Земли трехметровым слоем), резкое - на 250 метров - падение уровня Мирового океана и т. п. Причем практически на полное уничтожение позднепермской биоты, по кометной версии, должно было уйти не более ста тысяч лет (смехотворный по геологическим временным понятиям срок). Вдохновленная полученными данными, группа Бекер обещала в скором времени представить научной общественности результаты применения этой новой фуллеренной методики при анализе состава пород позднедевонского периода, т. е. раскрыть тайну еще одного загадочного экологического кризиса, потрясшего нашу планету примерно 380-360 млн лет назад (по данным палеонтологов, в тот период вымерло около 40% существовавших в океане видов, а основной удар приняли на себя головоногие моллюски - аммониты). Однако до сих пор никаких вестей от Бекер и Кш в мировой научной прессе не обнаружено.

Метановая бомба

Продолжают исследования и сторонники других - более экзотических - версий массовых биокатастроф. Так, весьма интересную гипотезу, претендующую на исчерпывающую интерпретацию великого пермско-триасового кризиса, представил в августовском номере журнала Nature американский геолог Грегори Рискин из Северо-западного университета штата Иллинойс. По мнению Рискина, причиной той экологической катастрофы стал мощнейший выброс в атмосферу метана, скопившегося в придонных областях океана.

Мировые запасы гидрата метана, являющегося важнейшим потенциальным источником энергии, очень велики: по последним оценкам, они составляют около 875000 трлн кубических футов, что, например, вдвое больше совокупных запасов нефти и обычного природного газа. Замороженный гидрат метана (самые богатые залежи - в плотном мерзлом грунте океанического дна) представляет собой кристаллическую структуру газа метана, окруженного молекулами воды, выполняющими роль закрепителя. Кристаллы замораживаются под воздействием низкой температуры и большого давления.

Проведя ряд расчетов, Грегори Рискин пришел к выводу, что при определенных условиях (в качестве одного из возможных катализаторов цепной реакции Рискин называет "удар небольшого метеорита" - и здесь не обошлось без дежурного реверанса поклонникам космических ужастиков) сконцентрированные под толщей воды кристаллические соединения могли прийти в движение, постепенно поднимаясь к поверхности океана и быстро распадаясь при этом на метан и воду. Гигантский столб метана в результате резкого падения давления оказался выброшенным из воды. При этом сила выброса, по расчетам американского ученого, была эквивалентна силе взрыва в сто миллионов мегатонн тротила. От подробного описания процессов, последовавших за взрывом метановой супербомбы, г-н Рискин предпочел воздержаться, ограничившись лишь констатацией того, что "неизбежным итогом стало массовое вымирание живых организмов".

Судя по первым отзывам коллег по геологическому цеху, новая гипотеза Грегори Рискина пока воспринимается ими как "весьма эксцентричная". Тем не менее подобный сценарий вовсе не выглядит плодом неуемной фантазии автора. Так, в результате недавних анализов химического состава ископаемых организмов позднего пермского периода ученым удалось выявить резкое изменение содержания в тогдашней земной атмосфере углекислого газа. А одной из вероятных причин такого скачка концентрации CO2 как раз и мог стать внезапный распад или взрыв значительного количества метана.

Наконец, нельзя не упомянуть и еще об одном любопытном предположении, сделанном в той же публикации Грегори Рискиным: американский исследователь высказал идею, что аналогичный метановый взрыв (хотя, разумеется, и куда менее мощный) мог стать причиной легендарного библейского Великого потопа. По мнению ряда ученых, примерно семь-восемь тысяч лет назад нечто подобное внезапному газовому извержению имело место в одном из районов Черного моря, и вполне возможно, что и в этом случае причиной катастрофы стал гидрат метана.

Освобождение лучших ниш

Обратимся теперь к более консервативным теориям. Их приверженцы исходят из того, что, ceteris paribus, всегда предпочтительнее искать объяснения событиям, происходящим на Земле, не прибегая к гипотезам, которые постулируют определяющее влияние экзогенных факторов, никак не опосредованное конкретными земными условиями. Как отмечает известный российский палеобиолог Александр Пономаренко, "в настоящее время подход к истории жизни на Земле становится преимущественно 'событийным'". Интерес и самих палеонтологов, и представителей смежных дисциплин оказывается в первую очередь связанным с крупными переворотами в ходе эволюционного процесса. Если обратиться к таким ведущим общенаучным журналам, как Nature или Science, то непропорционально большая часть печатающихся здесь статей будет посвящена переломным, катастрофическим событиями в истории биоты Земли. Причем при анализе причин этих катастроф явное предпочтение отдается внешним по отношению к самой биоте и, как правило, экстраординарным факторам - таким, как падение гигантских небесных тел, вспышки сверхновых звезд, планетарные климатические катастрофы. Биотическим же взаимоотношениям, внутренним причинам перестроек биоты уделяется гораздо меньше внимания.

Далее Пономаренко высказывает предположение, что причины биологических событий неравноценны, и среди них наибольшее значение все-таки имеют инновации в органическом мире: "Именно инновации следует рассматривать в качестве наиболее частой причины биологических событий, причем особенно большое значение имеет то, что последствия этих инноваций необратимы, тогда как последствия любого другого биотического, а тем более абиотического воздействия обратимы и могут легко нивелироваться биосферой".

В развитие этих идей приведем точку зрения еще одного известного отечественного исследователя макроэволюционных процессов на Земле доктора биологических наук, сотрудника Палеонтологического института РАН Александра Маркова. Он считает, что, по-видимому, ни один из кризисов нельзя считать обусловленным только внешними факторами. В ходе эволюции экосистем их устойчивость закономерно меняется. В стабильных условиях в сообществах происходит экологическая специализация видов. Повышается их конкурентоспособность и коадаптированность, но снижается толерантность к резким непредсказуемым изменениям среды. "Особенно быстро экологическая специализация идет в доминирующих группах, для которых в стабильных условиях главная проблема - это конкуренция с другими представителями своей группы, - утверждает Александр Марков. - Напротив, второстепенные, подчиненные группы вынуждены приспосабливаться к жизни в тени господствующих; им приходится занимать менее удобные ниши. Для них главная проблема - не конкуренция с себе подобными, а давление доминирующих групп и вызванная им необходимость приспосабливаться к плохим, маргинальным, неустойчивым внешним условиям. В результате подчиненные группы не только сохраняют свою экологическую пластичность, приспособляемость, но могут и увеличивать ее. Поэтому, когда наступает резкое изменение условий, доминирующие группы вымирают, а второстепенные выживают, занимают освободившиеся ниши и сами становятся господствующими. Яркий тому пример - последствия падения астероида 66 млн лет назад, когда вымерли именно те группы, которые занимали господствующее положение в сообществах (например, динозавры, аммониты), а второстепенные группы (млекопитающие, рыбы) пострадали существенно меньше.

В некоторых случаях, по-видимому, кризис может происходить и по чисто внутренним, биотическим причинам, без всяких астероидов и изменений климата. Особенно велика вероятность таких кризисов в наиболее совершенных - наземных - экосистемах. Вероятно, такого рода кризисы происходили в средней юре в сообществе наземных четвероногих; в среднем мелу - в сообществах растений и насекомых. И обусловлены они могли быть неравномерными темпами эволюции отдельных блоков сообщества (например, когда прогрессивная специализация у хищников идет быстрее, чем у их жертв - травоядных; в результате сообщество загоняет себя в эволюционный тупик: возникает гигантизм и другие крайние формы необратимой гиперспециализации). Другой вариант - появление новой прогрессивной группы (например, покрытосеменных растений), которая вытесняет прежних доминантов (например, голосеменные) и тем самым меняет весь облик и структуру биоты".

Правда, при этом г-н Марков отмечает огромную эволюционную роль внешних по происхождению кризисов. "Стабильные сообщества тормозят, ограничивают и направляют эволюцию видов. Эволюция биосферы в спокойные периоды идет сравнительно медленно и детерминированно. Вновь появляющиеся формы, даже самые прогрессивные, почти никогда не могут вытеснить прежних доминантов из занятых ими ниш (а эти ниши - самые лучшие!). Тем же покрытосеменным это удалось далеко не сразу, а млекопитающим и вовсе пришлось ждать сто миллионов лет, пока наконец не упал астероид и не освободил для них эволюционное пространство, прикончив динозавров".

Автор: Тигран Оганесян

По материалам сайта "Конкурс Русских Инноваций"

Другие статьи по теме: