Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
Появление листьев
Человек вполне мог выжить на Земле 400 млн лет назад. На планете было достаточно воды и кислорода. Растения и насекомые вполне годились в пищу. Укрытием могли служить шляпки гигантских прототакситов. Но окружающий ландшафт показался бы совершенно чужеродным. У растений были зеленые стволы и ветви, но не было листьев.
Действительно, на создание первых крошечных листочков – ловушек энергии понадобились еще десятки миллионов лет эволюционной борьбы растений за солнечную энергию. Самое высокое растение с самыми крупными листьями обладало преимуществом – и в этом направлении развивались веерообразные папоротники, разветвленные кроны и могучие древесные стволы. Около 360 млн лет назад на планете возникли леса – совершенно новый вид наземной экосистемы. Впервые в истории земная суша покрылась изумрудной зеленью.
И опять вспомним основную идею – горные породы развивались в единстве с новой, зеленеющей жизнью. Стремительное распространение растений на суше, в том числе гигантских деревьев, имело серьезные минералогические последствия. Климатическое выветривание наземных пород, включая базальты, граниты и известняки, сопровождалось развитием корневой системы деревьев и их быстрым биохимическим распадом. В результате возникали, углубляясь и распространяясь все шире, почвы, богатые глинистыми минералами, органической материей и целыми армиями микроорганизмов, которые, в свою очередь, обеспечивали плодородную среду обитания для роста все более крупных деревьев и грибов.
Корневые системы, скрытые под землей, стремительно эволюционировали. Одним из самых важных факторов стали новые симбиотические отношения между корнями растений и разветвленными грибницами, называемыми микоризой. Это удивительное звено эволюции повлияло на многие из существующих по сей день видов растительности; на самом деле некоторые растения плохо развиваются на почвах, где отсутствуют грибные споры. Микоризные грибы эффективно извлекают фосфаты и другие питательные вещества из почвы и передают их растениям, которые, в свою очередь, регулярно снабжают грибы глюкозой и другими углеводами. Эту конструкцию нелегко представить, но на самом деле переплетение корней и нитей грибниц под землей часто намного превосходит по размерам наземную часть дерева, видимую глазом.
По мере распространения съедобных растений интенсивно развивался и животный мир. Первыми наземными обитателями суши стали беспозвоночные: насекомые, пауки, черви и другие мелкие существа. Позвоночные, родоначальником которых 500 млн лет назад послужила беззубая рыба, претерпели эволюцию протяженностью более 100 млн лет, находясь в океане, прежде чем начали колонизировать сушу. Свирепые, страшные на вид броненосные рыбы с могучими челюстями возникли 420 млн лет назад; более знакомые нам хрящевые акулы и костистые рыбы появились и породили множество разновидностей в течение следующих 20 млн лет. Но на суше позвоночных не было вообще.
Недавнее открытие в Китае костей ископаемых рыб возрастом 395 млн лет показало эволюционный переход от рыб с их плавниками к четвероногим наземным животным. Примерно в течение 20 млн лет рыбы вольготно существовали на шельфе, а порой и на прибрежной суше. У некоторых видов рыб развились примитивные легкие, что позволяло им проводить на суше все больше времени, но потребовались еще миллионы лет, чтобы животные с прочным скелетом полностью освоились на суше и стали постоянно дышать воздухом. Кости древнейшего ископаемого четвероногого животного – ходячей рыбы, лапы которой были больше похожи на ласты, найдены в породе возрастом 375 млн лет.
За последние два десятилетия усилился интерес ученых к процессу перехода от рыбы к амфибии, что привело к расцвету палеонтологических открытий по всему миру, от Китая до Пенсильвании. Судя по новым ископаемым находкам, переходные формы животных существовали примерно в течение 30 млн лет, постепенно приспосабливаясь к условиям суши, но все еще сохраняя отчетливые анатомические признаки рыб. Первые подлинные амфибии появились около 340 млн лет назад, в разгар так называемого Каменноугольного периода, когда сырые низины по всему миру покрывались болотистыми лесами. Эти примитивные сухопутные животные, обладавшие характерными широкими и плоскими черепами и расходящимися в стороны пятипальцевыми лапами, а также ушами, способными прислушиваться к наземным звукам, и другими «сухопутными» чертами, явственно отличались от своих рыбьих предков. Ко временам Каменноугольного периода земная твердь уже имела более близкий к современному вид: была покрыта дремучими зелеными лесами, где росли в основном папоротниковые деревья, болотными трясинами и сочными лугами, населенными бесчисленной армией насекомых, амфибиями и другими существами. Благодаря взаимодействию с живой природой прибрежные горные породы и минералы также приблизились к современному состоянию по своему разнообразию и расположению.
Но не думайте, что на Земле опять наступили застойные времена. Менялись погодные условия, засухи и наводнения терзали сушу, не говоря уже о неожиданных падениях астероидов и извержениях супервулканов, которые наносили жизни такой урон, какого хотелось бы избежать в будущем. Но Земля со своей флорой и фауной оказалась невероятно устойчивой ко всем напастям. Жизнь всегда приспосабливается к изменениям окружающего мира, когда бы эти изменения ни происходили.
Третье Великое кислородное событие
300 млн лет назад Земля была покрыта густыми лесами. Лиственная биомасса воспроизводилась и отмирала в таких масштабах, что из плотного слоя отмерших растений начал формироваться новый вид породы – богатый углеродом черный уголь (отсюда и название – каменноугольный период). Одним из следствий такого потребления углерода органикой стало новое обогащение атмосферы кислородом, подобное тому кислородному событию, которое произошло в предыдущую неопротерозойскую эпоху. Возрастание содержания кислорода в атмосфере шло постепенно, от примерно 18 % 380 млн лет назад до 25 % около 350 млн лет назад, а затем до 30 % или больше 300 млн лет назад. По некоторым оценкам, одно время содержание кислорода в атмосфере превышало 35 %, т. е. было значительно выше современного уровня. Эти цифры отнюдь не являются догадками: в прекрасных образцах янтаря каменноугольного периода, в окаменевшем древесном соке встречаются пузыри древней атмосферы, которые до сих пор содержат более 30 % кислорода.
Повышение содержания кислорода в атмосфере благоприятно сказалось на развитии животного мира. Больше кислорода – больше энергии и выше скорость метаболизма. Самым ярким проявлением всплеска в животном мире оказались гигантские насекомые, например чудовищная стрекоза с размахом крыльев около метра. Увеличение объема кислорода способствовало повышению плотности воздуха, что облегчало летание и парение. Несомненно, именно в это время животные начали подниматься на возвышенные места, поскольку сгущение воздуха способствовало дыханию в горах.
В течение десятков миллионов лет на суперконтиненте Пангея жизнь процветала. Этому способствовал мягкий климат и изобилие ресурсов. Но внезапно таинственным образом 251 млн лет назад произошло самое крупное стихийное бедствие в истории Земли – жизнь почти исчезла.
Великое вымирание и другие массовые бедствия
За последние 540 млн лет накопилось множество ископаемых: сотни тысяч образцов кораллов и морских лилий, плеченогих и щупальцевых мшанок, двустворчатых моллюсков и улиток, не говоря уже о гигантском количестве микроорганизмов. Это свидетельствует о потрясающей биологической изобретательности. По данным специалистов, только трилобитов насчитывается более 20 тыс. разновидностей, и год за годом в каталогах появляются новые описания. С учетом того, что трилобиты населяли Землю всего около 180 млн лет (от 430 до 250 млн лет назад), в среднем каждые несколько тысяч лет появлялся новый вид трилобита. Если же судить по богатейшему разнообразию окаменелостей, можно прийти к выводу, что в течение 500 млн лет каждое столетие появлялось несколько новых видов.
Однако по данным ископаемых образцов трудно выявить явления массового вымирания, внезапной гибели миллионов разновидностей живых существ. Относительно просто отследить появление новых форм живых существ, и палеонтологи не могут устоять перед искушением описать «первое» или «самое раннее» появление целого класса или каких-либо особых признаков. Первое растение, первая амфибия, первый таракан или первая змея (хотя и с рудиментарными задними конечностями) – главные герои в каталогах ископаемых. Автор одной из публикаций возвестил об открытии древнейшего в мире окаменелого пениса (принадлежность паука, жившего 400 млн лет назад) – очередная выдающаяся находка среди райниевых ископаемых.
