7. Вымирание

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

7. Вымирание

Как жизнь заканчивается и начинается вновь

Дарвин почта не думал о вымирании видов. Он, конечно, знал о работах таких натуралистов, как Кювье, утверждавших, что история жизни на Земле время от времени периодически прерывалась катастрофами, каждая из которых расчищала пространство для новых существ. Но Дарвин находился под впечатлением теории постепенных изменений Лайеля и считал теорию катастроф безнадежно устаревшей. «От старого представления о том, что катастрофы время от времени сметают с Земли всех ее обитателей, в основном уже отказались», — написал он в «Происхождении видов».

Для Дарвина вымирание вида — всего лишь уход проигравшего с эволюционной арены. Это не массовое бегство; это лишь тонкий ручеек. Отдельные виды, проигравшие в конкурентной борьбе, покидают этот мир и уходят в небытие. Палеонтологическая летопись могла бы подсказать ученым, что бывают ситуации, когда одновременно вымирает множество видов, — но палеонтология тогда только начинала систематический сбор данных, многое было неизвестно, а что-то могло производить обманчивое впечатление. Дарвин был уверен, что со временем, когда палеонтологи соберут больше данных, эти кажущиеся катастрофы потеряются на фоне череды постепенного вымирания видов.

Действительно, палеонтологи со времен Дарвина, как он и надеялся, обнаружили множество новых окаменелостей; кроме того, появились методы точной датировки останков. Но вся собранная информация лишь доказывает неправоту Дарвина. Катастрофические волны вымирания — реальность. Несколько таких волн прокатилось по всему живому, мгновенно (по геологическим меркам) уничтожая до 90% видов на Земле. Предполагаемых причин у этих разрушительных волн множество: это и вулканы, и астероиды, и внезапные изменения в составе океанов и атмосферы. Вообще, любое из перечисленных явлений подвергает жизнь на планете серьезному испытанию, а если оно оказывается непомерным — вся экосистема рушится как карточный домик. После катастрофы и массового вымирания жизни требуется не один миллион лет, чтобы восстановить былое разнообразие. В результате массового вымирания жизнь на планете, как правило, кардинально меняется. Прежние доминантные формы исчезают, их место занимают новые. Не исключено, что человечество своим успехом тоже обязано катастрофам.

Кроме того, похоже, что Земля сейчас вступает в новый период массового вымирания видов, и впервые в истории планеты причиной катастрофы является один-единственный вид — мы сами. Первые робкие шаги разрушения наблюдались еще тысячи лет назад, когда человек, впервые появившись в Австралии и на других континентах, перебил там самых крупных местных животных. Но за последние несколько столетий темпы вымирания нарастали, по мере того как человек становился преобладающим видом на планете, вырубая тропические леса и насаждая захватнические виды, вытесняющие естественную жизнь. Не исключено, что в наступающем столетии человек поднимет температуру на планете и тем самым подвергнет дополнительному стрессу виды, которые и так находятся на грани уничтожения. По некоторым оценкам, в ближайшие сто лет исчезнет более половины всех существующих на Земле видов.

Периоды массового вымирания по-прежнему остаются одной из величайших загадок эволюции. Палеонтологи всего мира, от холмов северной Италии до пустынь Южной Африки, пытаются понять их роль в истории жизни. И это не чисто академическая задача. Разгадка этой тайны помогла бы понять, куда человек направляет ход эволюции. Вообще, понимание человеком законов эволюции — еще одна черта, которая принципиально отличает нынешний период массового вымирания видов от всех предыдущих. Мало того, что один из видов животных стал причиной нового цикла катастрофических изменений, это к тому же вид, способный осознать и отчасти даже контролировать собственную судьбу.

Великая кривая

Примерные контуры истории всемирных катастроф определились к 1840-м гг. Изучая геологические формации, ученые нередко обнаруживали, что окаменелости какого-то вымершего вида встречаются только в определенном слое горных пород. В другом месте, в сотнях миль от первого, окаменелости того же вида были привязаны уже к другим слоям горных пород. Геологи начали связывать горные породы всего мира в единую стратиграфическую систему — восстанавливать величественную картину жизни на Земле и историю ее развития. В 1840-х гг. английский натуралист Джон Филлипс предложил считать, что палеонтологическая летопись описывает три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую (соответственно «древней жизни», «средней жизни» и «новой жизни»). По Филлипсу водоразделом между тремя этими эрами служили периоды массового вымирания видов. Автор даже нарисовал примерную схему развития жизни на листе бумаги. В ходе палеозойской эры разнообразие жизни на Земле, начавшись практически с нуля, достигло некоторого уровня и колебалось вокруг него, то поднимаясь, то падая, прежде чем рухнуть почти до нуля в конце эры. В начале следующей, мезозойской эры жизнь вновь испытала крутой подъем, а затем вновь упала перед границей с кайнозоем. Доминантные формы каждой эры приходили в упадок в результате массового вымирания, в результате чего на их месте появлялся новый зверинец.

Нарисованная Филлипсом кривая верно, хотя и грубо, отражала ход событий — так проглядывает сквозь туман горная гряда на горизонте. Теперь, спустя полтора с липшим века, туман почти рассеялся. Геологи выстроили доступные горные породы всего мира в хронологическом порядке. Они нашли такие скалы и обнажения, где породы одной эры уступают место породам следующей эры. Они взглянули на изотопные часы, заключенные в этих скалах и обнажениях, и могут теперь точно датировать их. Они собрали всю доступную информацию об окаменелостях по всей планете в обширные компьютерные базы данных. И, как ни странно, кривая Филлипса мало изменилась.

Самая свежая версия этой кривой — труд многих палеонтологов, и в первую очередь покойного Джона Сепкоски из Чикагского университета. Сепкоски потратил на изучение истории и продолжительности существования океанских видов не один десяток лет и составил кривую для родов, лучше всего известных нам по окаменелостям. Его кривая начинается около 600 млн лет назад, в докембрии, когда впервые окаменелостей становится достаточно, чтобы получить достоверную картину массового вымирания видов, и продолжается до сего дня. По вертикальной оси откладывается количество родов морских животных, существовавших в каждой заданной точке.

На протяжении большей части рассматриваемого периода — последних 600 млн лет — уровень вымирания видов был достаточно низким и стабильным. Это «фоновое» значение соответствует тому постепенному исчезновению проигравших видов, о котором говорил Дарвин. В большинстве своем виды существуют от 1 до 10 млн лет, а новые виды возникают примерно с той же частотой, с какой вымирают прежние. В обычное время пространство жизни напоминает поле со множеством светлячков, олицетворяющих разные виды. В каждый момент времени одни светлячки вспыхивают, а другие гаснут. При этом общее число вспышек остается примерно постоянным.

А теперь представьте себе, что половина светлячков одновременно погаснет. В поле станет темнее, а погасшие светлячки вновь вспыхнут не раньше чем через час. За кембрийский период что-то подобное происходило не единожды. Фоновое вымирание внезапно становится массовым. Подобное происходило в океане и на суше каждые несколько десятков миллионов лет, причем пять катастроф следует выделить особо. В каждом из пяти случаев вымирало больше половины всех существовавших на тот момент видов.

Беспощадность уничтожения видов намного превосходит все, что мог вообразить Дарвин. Как он не мог догадываться о способах возникновения новых форм жизни, так и пути исчезновения видов показались бы ему удивительными. Вымирание — темная сторона творческой силы эволюции. Условия на нашей планете могут меняться так быстро и неожиданно, что естественный отбор просто не успевает помочь виду адаптироваться и уцелеть. Разрушительные вспышки способны направить ход естественной истории на совершенно иные рельсы.

Массовое пермское вымирание: на грани полного исчезновения

Бывают ситуации, когда разобраться в причинах гибели очень трудно, — идет ли речь о смерти отдельного человека или о вымирании целого вида. В южноафриканской пустыне Карру есть крохотное кладбище на заброшенной ферме. Местные знают, что в конце XIX в. фермой владела семья Фуше: мать, отец и двое сыновей. Все они умерли в 1890-е гг., но никто не знает отчего. Прошло чуть больше века, а судьба семьи Фуше уже забыта.

Палеонтолог из Университета Вашингтона Питер Уорд ездит в горы, что неподалеку от фермы Фуше, начиная с 1991 г. Здешние горные породы хранят ключи к пониманию крупнейшего за всю историю жизни на Земле массового вымирания видов. Филлипс считал, что вымирание, случившееся 250 млн лет назад, отделяет конец палеозоя от начала мезозоя. (Сегодня палеонтологи называют его пермотриасовым вымиранием, уточняя последний период палеозойской эры (пермский) и первый период мезозойской (триасовой).) Тогда на Земле исчезло 90% всех видов, но причины их гибели скрывает тайна куда более глубокая, чем тайна семейства Фуше, и данных о том, как и почему они исчезли, у ученых почти нет. Уорд каждый год возвращается в пустыню Карру в поисках именно этой информации. «Нам надо понять, что произошло, — объясняет он. — Это важно, потому что законы эволюции, ответственные за это массовое вымирание, могут быть приложимы и к сегодняшнему дню. В настоящий момент мы тоже переживаем массовое вымирание видов, и понимание событий далекого прошлого, возможно, поможет нам понять, как это скажется на Земле».

Сегодня Карру — пустынный горный район, но 250 млн лет назад, еще до массового вымирания, это место выглядело совсем по-другому. «Здесь располагалась большая и широкая речная долина, — говорит Уорд. — И реки здесь текли огромные, размером с Миссисипи. Леса по берегам состояли из растений, не похожих на современные. Цветов не было. Не летали птицы. Этот лес совсем не походил на современную Землю, такую, какой мы ее знаем. Совершенно чуждый незнакомый мир».

Главенствовали в древней Карру рептилии под названием синапсиды, или звероящеры, от которых позже произошли все млекопитающие; 250 млн лет назад среди синапсид были приземистые растительноядные, напоминавшие бегемотов, и причудливые плотоядные виды (так, некоторые из них напоминали ящериц с головами саблезубых черепах). К этому моменту у синапсид уже имелись некоторые ключевые признаки млекопитающих. У них появились челюсти и зубы, которыми можно было пережевывать пищу, вместо того чтобы рвать ее на части и глотать целиком. Это позволило развиться более эффективной пищеварительной системе, что увеличило выносливость животных; ноги у них отходили от тела уже не в стороны, а вниз, придавая силу бегу; да и весь метаболизм был уже скорее теплокровным, чем холоднокровным.

Звероящеры в древней Карру были не одиноки — рядом с ними жили земноводные, черепахи, крокодилы и даже предшественники динозавров, но главенствовали там именно звероящеры. Окаменелости Карру показывают, что в тамошних хвойных лесах и папоротниковых саваннах их было не меньше, чем всевозможных антилоп на равнинах сегодняшней Восточной Африки. Жизненные перспективы синапсид выглядели великолепно. Но в одно геологическое мгновение все изменилось.

«Карру — поразительное место, — говорит Уорд. — Можно сказать, что в палеонтологии это одно из священных мест. На Земле нет другого места, где было бы так много останков звероящеров, где они были бы так легко доступны и так хорошо изучены, по крайней мере на данный момент. Для тех, кто хочет понять, что произошло на суше во время пермского вымирания, здесь настоящий пуп Земли».

В одной из промытых водой впадин на перевале Лутсберг Уорд и его коллеги могут воочию увидеть последние годы пермского периода. Здесь зеленые и оливковые отложения сменяются охряными и красными — знак того, что климат Карру в это время стал жарким и засушливым. Окаменелости четвероногих, которые в изобилии попадаются в более древних породах, встречаются все реже и реже. В конечном итоге сохранились окаменелости всего трех видов синапсид — один из них встречался и раньше, а два других новички: хищник под названием Moschorinus и жутковатое бегемотоподобное травоядное под названием Lystrosaurus. А после окончания пермского периода в породах — притом в зеленых породах! — вообще отсутствуют признаки жизни.

«Именно в этих слоях произошло массовое вымирание, — говорит Уорд. — Мы совсем не находим ископаемых. Все пермские существа, которых мы видели внизу, полностью исчезли. Мы знаем, что некоторые из них все же уцелели, потому что один-два вида вновь обнаруживаются чуть выше. Но именно в этих слоях — ничего. Мало того, что здесь нет окаменелостей, нет ни отверстий, ни ходов, ни вообще каких бы то ни было следов деятельности животных. Вместо этого мы видим слои породы, которые могли сформироваться только в отсутствие всякой животной жизни. Это массовое вымирание было столь катастрофичным, что вымерла даже всякая мелочь. Не только грозные, но и кроткие. Это мертвое место».

Эти горные породы рисуют картину полного опустошения. По ним видно — и Уорд с коллегами это установили, — что исчезновение деревьев высвободило реки Карру из узких постоянных русел. Они петляли по равнине, как спутанные нити, размывая незащищенную почву. Только в самых верхних слоях промоины вновь появляются окаменелости листрозавров. Только они да еще предки динозавров и синапсиды, более тесно связанные с млекопитающими, и уцелели во время той жуткой катастрофы. Прошли миллионы лет, прежде чем деревья вновь скрепили почву.

Сухопутная жизнь пострадала не только в Карру, но и по всему миру. На Земле погибли едва ли не все виды деревьев, исчезли и многие более мелкие виды растений. Даже насекомые — в первый и последний раз за свою 500-миллионолетнюю историю — вымирали в огромных количествах. В океанах катастрофа оказалась еще более опустошительной. Погибали целые рифы. Даже трилобиты — ребристые членистоногие, которые 300 млн лет были самыми распространенными морскими животными, — пали жертвой пермского вымирания[11]. Гигантские морские скорпионы, известные как эвриптериды, появились на Земле 500 млн лет назад и 250 млн лет были весьма успешны. Некоторые из этих животных достигали в длину трех метров. В конце пермского периода они тоже полностью вымерли. В общем, по современным оценкам, тогда кануло в небытие 90% всех видов на Земле.

В океанах по крайней мере все произошло стремительно. Стены заброшенной каменоломни рядом с деревней Мэйшань в Южном Китае свидетельствуют как раз об этом — о вымирании морских животных в конце пермского периода. Кроме того, атомы углерода в известняке говорят о глобальной катастрофе. Как известно, известняк складывается из скелетов микроскопических существ. Эти существа берут из воды кальций и двуокись углерода и превращают их в карбонат кальция, из которого и строят скелет. Углерод, который они используют, может происходить из какого-то живого источника — к примеру, из перегнившего листа или мертвой бактерии — или непосредственно из вулкана (тогда это неорганический углерод). Фотосинтез отфильтровывает значительную часть изотопа С-13, поэтому органический углерод отличается по изотопному составу от неорганического. Измеряя соотношение изотопов в известняке, ученые могут определить, сколько органического углерода производилось в то время, когда жили все те существа, скелеты которых образовали эту осадочную породу.

Во время пермского массового вымирания в изотопном составе известняков в Мэйшане наблюдается резкий скачок. По его характеристикам можно сделать вывод о том, что экосистемы океанов рухнули, и моря на некоторое время наполнились мертвой органической материей. Аналогичный изотопный максимум геологи обнаружили в породах Непала, Армении, Австрии, Гренландии. Но каменоломни Мэйшаня — случай особый; слои известняка в них перемежаются слоями вулканического пепла от извержений, имевших место перед самым началом вымирания и после него. В слоях пепла есть цирконы, точные геологические часы. Иными словами, Мэйшань позволяет примерно определить, как долго длилась катастрофа.

В 1998 г. Сэмюель Боуринг из Массачусетского технологического института и его коллеги измерили содержание урана и свинца в цирконах, обнаруженных в слоях чуть выше и чуть ниже слоя вымирания и, соответственно, выброса в изотопном составе углерода. Ученые пришли к выводу, что катастрофа длилась не более 165 000 лет, а может быть, и намного меньше. Слои вулканического пепла из других частей Китая дали тот же результат. По геологическим меркам пермское вымирание произошло мгновенно.

Любое объяснение глобальной катастрофы должно укладываться в эти достаточно узкие рамки. Одна из популярных прежде гипотез объясняла вымирание живых существ медленным, но неумолимым и очень сильным падением уровня Мирового океана. Известно, что если 280 млн лет назад водой было покрыто около 40% площади континентов и берегового шельфа, то 250 млн лет назад этот показатель составлял уже всего 10%.

Но если причиной массового вымирания действительно стало отступление океанов, то и процессы эти должны были занять миллионы лет, а не тот краткий период, на который указывают исследования Боуринга. Мировые экосистемы рассыпались как карточный домик, а не как холм, медленно размываемый талыми водами. Ученые ищут другие причины.

В принципе, вулканические извержения могли сделать свое черное дело очень быстро по геологическим меркам. Всего за несколько сотен тысяч лет до глобального вымирания в нынешней Сибири открылись гигантские вулканические жерла и началось излияние лавы. Примерно за миллион лет произошло одиннадцать массивных извержений, жерла выплюнули три миллиона кубических километров лавы — достаточно, чтобы покрыть всю поверхность планеты слоем толщиной 20 метров. Сибирские вулканы могли стать причиной вымирания, резко изменив климат и химический состав воды и атмосферы, которые делали возможной жизнь на планете. Вместе с лавой вулканы могли выпустить громадные облака сульфатов (SO42-). В воздухе эти молекулы могли образовать мглистую дымку, отражающую солнечный свет и вызвать охлаждение планеты. Выпав с неба кислотным дождем, эти капельки могли отравить почву.

И охлаждение, и отравление, вызванное вулканами, были способны быстро погубить большую часть деревьев на планете. Насекомые, которые зависели от растительности напрямую, тоже неминуемо вымерли бы, как и многие позвоночные. Кислотные дожди и холодное облачное покрывало могли продержаться несколько лет. Но и позже, когда тучи рассеялись, разрушительное действие вулканов не прекратилось бы. Сибирские вулканы могли выпустить в атмосферу триллионы тонн двуокиси углерода (углекислого газа), который начал бы поглощать тепло и со временем вызвал бы глобальное потепление. Судя по всему, климат на планете потеплел очень быстро, может быть, всего за несколько десятилетий. Из-за тепловой волны биосфера, которая и так уже пострадала, стала испытывать сильнейшее негативное воздействие.

Эндрю Нолл из Гарвардского университета утверждает, что вулканические извержения могли нарушить тонкое химическое равновесие океанов и тем самым погубить водную жизнь. Существуют свидетельства того, что 250 млн лет назад содержание углекислого газа в глубинах океана поднялось до смертельно высокого уровня. Из органического углерода, выпадавшего на морское дно, образовался углекислый газ, который из-за слабой циркуляции воды в океане оказался заперт на глубинных уровнях. Вулканические извержения, изменив климат, взбаламутили океан и вызвали подъем углекислого газа из глубин в поверхностные слои. В результате изменилась кислотность крови морских обитателей, и большинство морских видов вымерло.

Ученые пока не определились окончательно, что же стало причиной массового пермского вымирания. Вполне возможно, что причин было несколько. «При тщательном исследовании геологических пород на границе пермского и триасового периодов мы находим очень много указаний на то, что ситуация быстро ухудшалась, причем во многих отношениях, — говорит Уорд. — Мы видим страшную засуху, мы видим рост температуры. Характер течения рек, аккумулирование осадков на морском дне, уровень океанов менялся — глобальные параметры стремительно менялись в самых разных направлениях. Может быть, это массовое вымирание было вызвано тем, что множество вещей разом провалилось в тартарары».

Возрождение

Человеческое воображение не в состоянии представить мир сразу после массового вымирания. Наш опыт слишком мал, нам просто не с чем сравнить это грандиозное событие. Разве что извержения вулканов, свидетелем которых было человечество уже в исторические времена, могут хотя бы очень примерно показать нам, как выглядела жизнь 250 млн лет назад — сразу после того, как вымирание прекратилось.

В Зондском проливе между островами Ява и Суматра когда-то находился остров под названием Кракатау. До 1883 г. все, кто проплывал мимо, могли видеть поросшие лесом склоны древнего вулкана. В XVII в. голландцы основали на Кракатау военно-морскую базу, позже добывали там серу и рубили лес. До XIX в. индонезийцы жили на острове в нескольких деревнях, возделывали рис и перец. К 1883 г. остров был необитаем.

В мае того года вулкан начал погромыхивать. Группа голландских наблюдателей приплыла на остров и поднялась на гребень одного из кратеров, размер которого составлял 980 метров в поперечнике. Они увидели, как пар вырывается из трещин, как в воздух взлетают вулканический пепел и куски пемзы размером с бейсбольный мяч. Затем Кракатау вновь затаился на три месяца, перед очередной вспышкой. 26 августа на острове началось такое извержение, что взрывы были слышны на расстоянии нескольких сотен километров. Столб вулканического пепла поднялся на 30 километров. Грязь дождем сыпалась с потемневшего неба. Облака испаряющихся горных пород понеслись над проливом со скоростью 500 километров в час. Наткнувшись на землю, они двинулись вверх по склонам, испепелив тысячи людей. Во все стороны от Кракатау прокатились цунами, смывая десятки деревень с лица земли. А затем двинулись по земному шару, дойдя аж до Ла-Манша. Несколько месяцев после этого вулканический пепел носился в воздухе, в результате чего во всем мире пылали кроваво-красные закаты. В ноябре 1883 г. жители штатов Нью-Йорк и Коннектикут не раз вызывали пожарных, поскольку при виде красного зарева на западе многие решали, что по соседству пылает целый город.

Через день после окончания извержения корабль «Генерал-губернатор Лудон» прошел мимо Кракатау и доложил, что остров уменьшился втрое. В том месте, где прежде находился вулкан, теперь была яма в сотни футов глубиной, окруженная несколькими жалкими обугленными островками. Ничего живого на Кракатау не осталось, даже мух. Девять месяцев спустя один натуралист, посетивший эти острова, написал: «Несмотря на все поиски, я не смог найти на этих клочках суши никаких признаков растительной или животной жизни, за исключением единственного крохотного паучка; этот странный пионер возрождения был занят плетением сети».

Через несколько лет острова вновь покрылись тонким живым одеянием. Цианобактерии образовали на поверхности пепла студенистую пленку, затем появились папоротники, мхи и несколько видов цветущих береговых растений. В течение 1890-х гг. там возникла саванна с разбросанными по ней смоковницами и кокосовыми пальмами. Кроме пауков, там жили жуки, бабочки и даже один варан.

От суши новые острова отделяли 43 километра, которые растения и животные должны были пересечь по воде или по воздуху. Семена некоторых растений могли приплыть с течениями Зондского пролива. Варан также мог добраться вплавь, а другие животные могли прибыть на обломках дерева или на растительных «плотах». Пауки достигали Кракатау, сплетая из паутины летающие шарики, которые несли их над водой. Птицы и летучие мыши, включая малайскую летающую лисицу, размах крыльев которой достигает полутора метров, вероятно, прилетели и принесли в своих желудках семена фруктов, которые съели на суше.

При этом жизнь возвращалась на Кракатау не случайным образом. Первыми проникали выносливые, сорные виды, хорошо приспосабливающиеся к катастрофам. Со временем появлялись и другие виды, одна за другой возникали экосистемы, каждая из которой прокладывала дорогу для следующей. Первой сформировалась экосистема саванны, так что любое животное, добравшееся до островов, должно было выживать, питаясь той пищей, которую она предлагала. Это удалось изумрудным голубям и степным козодоям, а также питонам, гекконам и многоножкам длиною до 30 сантиметров, а многим другим видам — нет. Остальным пришлось ждать, пока саванна уступит место тропическому лесу.

Некоторым деревьям, чтобы выжить, нужно было появиться на островах в строго определенный момент. Смоковницы, которым удалось колонизировать новую территорию едва ли не лучше всех, опыляются единственным видом ос; появившись на Кракатау, они могли выжить только при условии, что вскоре после них появятся и эти осы. Очевидно, это невероятное событие произошло: смоковницы начали победное шествие. Животные с удовольствием поедали их плоды, и разнообразие лесного населения росло. Затем появились тенелюбивые виды, такие как орхидеи. В последующие годы лес становился все более зрелым. Появлялся и укоренялся бамбук, а с ним и бамбуковые змеи и другие обитатели бамбуковых рощ.

По мере того как саванна на Кракатау сменялась лесом, многие виды-первопроходцы пропадали. Так, полосатая горлица исчезла с острова в 1950-е гг. Другие виды влачат жалкое существование на открытых участках — там, где упавшее дерево создало просвет в кронах. Сегодня, спустя 120 лет после катастрофы, поток иммигрантов значительно уменьшился. Похоже, экосистема Кракатау приближается к равновесию.

Теорию о том, что на островах должно существовать равновесие разнообразия, выдвинули в 1960-е гг. два эколога, Роберт Макартур и Эдвард Уилсон. Они утверждали, что по размеру острова можно предсказать, сколько видов он может вместить. У первых прибывающих на остров видов достаточно места для свободного распространения. Когда видов становится много, им приходится конкурировать за пищу или солнечный свет, так что число видов может сократиться. Появление большого количества хищников ведет и к уменьшению численности их жертв. Если популяция какого-то вида на острове становится слишком маленькой, любой ураган или какая-нибудь болезнь может уничтожить последние несколько особей. Иными словами, прибытие новых видов увеличивает риск вымирания для всех представленных на острове.

Итак, полным числом видов на острове управляют два фактора — появление новых видов, которые прибывают извне или формируются на месте, и вымирание существующих в результате конкуренции. Со временем биологическое разнообразие на острове достигает точки равновесия. Равновесное число видов зависит от его размеров. На маленьком островке мало места и всего несколько экосистем; значит, конкуренция там будет жестче, вымирание интенсивнее, а видов станет меньше. Более крупные острова могут вместить больше видов. До взрыва на Кракатау, вероятно, было больше видов, чем на любом из мелких островков, которые остались после катастрофы.

До извержения Кракатау его видовой состав никого не интересовал. Но и та скудная информация, которая сохранилась, говорит о том, что с точки зрения экологии новые острова не похожи на старый. В свое время один исследователь нашел на берегах пять видов сухопутных моллюсков; сегодня их девятнадцать, причем ни один из них ранее не был представлен. Леса, которые выросли на новых островах, также не похожи на прежние: в них доминируют другие виды деревьев.

Когда экосистема восстанавливается после катастрофы, она, вероятно, следует правилу Макартура и Уилсона о разнообразии, но ни в коем случае не повторяется. Освободившиеся экологические ниши спешат занять другие виды. Судьба Кракатау в значительной мере определялась тем, какие виды растений и животных попадут туда первыми и сколько у них будет времени, прежде чем появятся конкуренты.

В начале триасового периода весь мир походил на лоскутное одеяло, составленное из таких вот Кракатау. Виды, сумевшие уцелеть в жутких условиях, теперь могли не опасаться конкуренции; подобно сорнякам, они расселились на многие тысячи миль. На прибрежных волнах на мелководье покачивались ковры из бактерий, которые никто не ел. Немногочисленные выносливые виды животных и растений тоже процветали. Единственный вид двустворчатых моллюсков Claraia без помех размножался в мелких морях запада США; сегодня можно пройти многие мили по мостовым из их окаменелых раковин. На суше пышные джунгли сменились заплатками шильника и некоторых других уцелевших видов, неинтересных с ботанической точки зрения, таких как кукуруза в штате Айова. Шильник принадлежит к примитивной ветви растительной эволюции, которая к тому моменту, 250 млн лет назад, уже проиграла в конкурентной борьбе голосеменным растениям (группе, в которую входят хвойные деревья). Но шильник способен выдерживать суровые условия, от которых гибнет большинство голосеменных, так что массовые вымирания идут ему только на пользу.

Целых 7 млн лет жизнь на Земле едва теплилась. Исследователи не знают, почему это продолжалось так долго; может быть, климат и химический состав океанов все это время оставались враждебными и позволяли выжить лишь самым закаленным. Но даже после того как пришли в норму физические условия на планете, экосистемам потребовалось немало времени на восстановление. Леса, к примеру, могут вырасти только там, где предыдущие поколения растений успели подготовить для них достаточный слой почвы.

Экосистемы, хотя и потихоньку восстанавливались, но прежними уже не стали. Океанские рифы, формировавшиеся прежде из водорослей и губок, теперь сооружались колониальными животными под названием мадрепоровые кораллы; из них и сегодня состоит большинство рифов на Земле. До массового вымирания на рифах, как правило, главенствовали медлительные животные или такие, которые намертво прикреплялись к известковому основанию, — морские лилии, мшанки, плеченогие. Сегодня на Земле живут лишь остатки всех этих групп. После пермского вымирания, однако, первые роли на рифах стали играть рыбы, ракообразные и морские ежи.

На суше шильник и другие выносливые растения восстановили почвенный слой, после чего из укрытий выбрались уцелевшие хвойные и другие растения. Всего за полмиллиона лет они вновь потеснили шильник, восстановили леса и кустарниковые пустоши. Но, как мы уже говорили, воспрянув после массового вымирания, жизнь на Земле изменилась навсегда. Так, если до вымирания среди насекомых доминировали стрекозы и другие виды, которые держат крылья всегда расправленными, то после катастрофы наибольшее распространение получили насекомые со складчатыми крыльями — это и до сих пор так.

Почти все синапсиды, бывшие до пермской катастрофы многочисленными и разнообразными и преобладавшие среди позвоночных, исчезли. За время восстановления экосистем звероящеры так и не сумели вернуть себе прежнее доминирующее положение. Большее распространение получили пресмыкающиеся; среди них появилось много новых форм, к примеру, крокодилы и черепахи. И примерно 230 млн лет назад одна стройная двуногая рептилия дала начало динозаврам. Динозавры быстро заняли место главных наземных позвоночных и удерживали его затем в течение 150 млн лет.

Пермское вымирание показывает, что в теории катастроф Кювье все же есть рациональное зерно. За одно геологическое мгновение миллионы видов могут быть стерты с лица земли; при этом жизнь, которая принимает эстафету после катастрофы, как правило, принципиально отличается от той, что была прежде.

При массовых вымираниях обычные законы эволюции на некоторое время перестают действовать. В конце пермского периода природные условия внезапно стали настолько суровыми, что большинство видов их не вынесло. Виды исчезли, экологическая сеть, часть которой они составляли, рухнула — и сработал принцип домино: вымирание одних видов влекло за собой вымирание других и т. д. Должно быть, некоторые из уцелевших видов обладали определенными качествами, которые и позволили им выжить. Возможно, их ареалы охватывали целый континент или океан, что для вида увеличивало шансы на то, что хотя бы несколько особей сумеют выжить в каком-нибудь изолированном убежище. Может быть, они способны были выдерживать низкое содержание кислорода в морской воде или резкое повышение температуры на суше. Но большинство подобных приспособлений имело значение лишь в течение того относительно короткого времени, когда на Земле воцарился ад.

Когда же период массового вымирания закончился, эволюция вновь установила свои обычные правила. Вновь возникла конкуренция между особями и между видами, и естественный отбор принялся изобретать все новые пути специализации. Но поколения, которые могли бы выдвинуться, играя по этим нормальным правилам, никак не могли оказаться среди победителей, если не пережили катастрофы.

Массовые вымирания всегда влекут за собой целую цепь изменений. Они устраняют со сцены доминантные формы жизни, которые при нормальных условиях подавили бы в зародыше всякую конкуренцию со стороны перспективных новых видов. Без этой неравной борьбы уцелевшие виды получают возможность экспериментировать, пробовать новые формы. Возможно, динозавры появились только потому, что со сцены ушли лидеры — синапсиды.

Тем не менее свобода, которую приносят выжившим массовые вымирания, не беспредельна. Даже после пермской катастрофы, когда конкуренция практически исчезла, эволюция не смогла изобрести ни одного нового типа живых существ. Ни одна линия позвоночных не отрастила у себя по девять ног. Не исключено, что после пермского вымирания животные стали уже слишком сложными, чтобы эволюция могла их радикально переделывать. Теперешняя эволюция работала только с вариациями уже сложившейся базовой структуры.

Млекопитающие: скромное начало

Еще немного и пермское вымирание могло оказаться роковым, и тогда млекопитающие никогда не появились бы на свет. До триасового периода дожили лишь несколько видов синапсид, и численность большинства из них еще долго падала — динозавры набирали силу, а звероящеры отступали. Но одна из линий синапсид продолжала развивать у себя приспособления и качества, необходимые для жизни млекопитающих.

Эти синапсиды внешне напоминали собак и получили название цинодонты. Именно у них появился новый тип скелета: грудная клетка и диафрагма позволили им глубже дышать и, соответственно, добавили выносливости. Вероятно, именно в этот момент у них появилась шерсть. Кроме того, цинодонты начали кормить своих детенышей специальным секретом; скорее всего, у них появились кожные железы, выделявшие особую жидкость, которую малыши могли глотать. Возможно, поначалу это «молоко» было своего рода жидким антибиотиком и помогало детенышам бороться с инфекциями, но со временем эволюция добавила в него белки, жиры и другие вещества, которые помогали детенышам млекопитающих быстрее расти. Все эти новинки помогали предкам млекопитающих поддерживать свой метаболизм на более высоком уровне и удерживать температуру тела постоянной. В результате они получили возможность занимать новые экологические ниши, на которые не покушались холоднокровные позвоночные, — к примеру, они могли охотиться по ночам. Высокий уровень обмена веществ позволил также некоторым поколениям этих животных эволюционировать в более мелкие формы. (Мелким животным труднее удерживать тепло, потому что отношение площади поверхности тела к его массе у них больше, а именно от него зависит, как быстро тепло теряется.)

Эти мелкие протомлекопитающие обладали более острыми чувствами, чем их предки; и чтобы разбираться с новыми сенсорными потоками, они развили у себя вокруг головного мозга новую кору. Этот слой, известный как неокортекс, занимался сортировкой входного потока запахов, звуковых и зрительных ощущений, превращением всего этого в сложные воспоминания и использованием их для познания окружающего мира. Теплокровные млекопитающие могли в полной мере использовать возможности неокортекса, поскольку высокий уровень метаболизма требовал постоянной подпитки. Змея может съесть крысу и несколько недель ни о чем не беспокоиться, но млекопитающие не могут долго существовать без пищи. Большой мозг с неокортексом позволял им составлять в голове карту мест, где можно найти еду, и прочно запоминать ее.

Нам, людям, это достижение представляется принципиальным — ведь мы так гордимся собственным мозгом. Нам кажется, что это событие должно было мгновенно изменить ход эволюции. Но для большой семьи синапсид оно не имело особого значения. Вообще, синапсиды, едва оправившись от пермской катастрофы, в конце триасового периода уже вновь двигались к вымиранию.

«Мы считаем, что способ существования млекопитающих — самый лучший, — говорит Уорд. — Это было не так. В соревновании с млекопитающими победили динозавры. Они захватили весь мир. Мы говорим об эпохе динозавров, не надо забывать, что они вырвали лидерство у млекопитающих».

На протяжении полутора сотен миллионов лет динозавры были самыми распространенными наземными позвоночными. Именно в их рядах родились самые крупные животные, когда-либо ходившие по земле. В 1999 г. ученые нашли в Оклахоме куски позвоночника одного из длинношеих динозавров, получившего название Sauroposeidon. По размеру позвонков палеонтологи определили, что в высоту это животное было с шестиэтажный дом. Sauroposeidon мог раздавить крупнейшее млекопитающее мезозоя как скорлупку. Ни одно из этих существ не весило и двух килограммов; иногда палеонтологи, занимающиеся их поисками, просеивают тонну породы и находят единственный зуб размером с булавочную головку.

«Млекопитающие — древние животные, не менее древние, чем динозавры», — говорит палеонтолог Майкл Новачек из Американского музея естественной истории. «Но первые примерно 160 млн лет своего существования они выглядели не слишком выигрышно. На самом деле они жили в тени динозавров и были по большей части мелкими, вероятно, ночными животными. Они не имели особых преимуществ».

Тем не менее млекопитающие, как бы скромно они ни выглядели, в эпоху динозавров продолжали жить и эволюционировать. Они разветвились на множество линий, одни из которых давно вымерли, а другие живут на Земле до сих пор. Утконос принадлежит к древнейшей уцелевшей до настоящего времени линии млекопитающих, известной как однопроходные или яйцекладущие. Однопроходные сохранили до наших дней некоторые особенности, которыми 160 млн лет назад обладали и наши предки. Они гораздо слабее контролируют температуру тела по сравнению с более поздними млекопитающими. Самки однопроходных не рожают живых детенышей; вместо этого они откладывают яйца размером с горошину в мягкой оболочке и носят их в специальной складке на животе. Вылупившись из яиц, детеныши питаются молоком, которое выделяют млечные железы утконосихи. (В тот момент, когда однопроходные отделились от основной ветви млекопитающих, сосков в природе еще не существовало.)

Около 140 млн лет назад эволюция млекопитающих произвела на свет две ветви, которым суждено было достигнуть наибольших успехов. Одна из них — сумчатые; сюда входят такие современные животные, как кенгуру, опоссум и коала. Самцы сумчатых оплодотворяют яйца в сдвоенной матке самки при помощи раздвоенного пениса. Оплодотворенные яйца не формируют оболочки; несколько недель зародыш развивается внутри матери до размеров рисового зерна, а затем выползает из матки. Он забирается в сумку на животе матери и сжимает челюсти на соске.

Другая линия дала начало таким млекопитающим, как мы с вами, — плацентарным. В отличие от сумчатых, плацентарные млекопитающие позволяют своим детенышам расти в матке до гораздо более крупных размеров. Это возможно потому, что детеныш в матке окружен плацентой — специальной тканью, способной извлекать питательные вещества из тела матери. Плацентарные млекопитающие рождаются гораздо более развитыми, чем сумчатые. В некоторых случаях — к примеру, у кроликов — они рождаются слепыми и должны некоторое время оставаться в норе. Однако в других случаях — к примеру, у дельфинов или лошадей — они почти сразу способны двигаться самостоятельно и следовать за матерью.

У нас почти нет ископаемых остатков плацентарных млекопитающих из ныне существующих отрядов старше 65 млн лет, но те немногие, что все же имеются, позволяют предположить, что разделение их на современные отряды началось примерно 100 млн лет назад. Из первой отделившейся линии много позже получились муравьеды, ленивцы и броненосцы. У этих животных отсутствуют многие черты, характерные для остальных плацентарных млекопитающих; к примеру, у их матки нет шейки, а уровень обмена веществ у них хотя и выше, чем у утконоса, но заметно уступает метаболизму других плацентарных. Тот факт, что эти млекопитающие отделились первыми, не означает, что следует искать в них недостающее звено нашей собственной эволюции (точно так же, как не стоит искать недостающее звено человеческой эволюции в обезьянах). Это не означает, что мы происходим от броненосцев, ленивцев или муравьедов; это не означает даже, что у наших предков было бронированное тело как у броненосцев, когти, позволяющие висеть на дереве вниз головой, как у ленивцев, или длинные языки, как у муравьедов. Разделившись, обе линии млекопитающих продолжили эволюционировать независимо, развивая у себя все новые приспособительные механизмы.

Палеонтологи предполагают, что другие отряды современных млекопитающих сформировались около 80 млн лет назад. Среди насекомоядных со временем появились кроты, землеройки и ежи. Плотоядные породили собак, кошек, медведей и тюленей. Грызунообразные позже разделились на грызунов и зайцев. Копытные дали начало лошадям, верблюдам, китам, носорогам и слонам. В рядах архонтов со временем появились летучие мыши, тупайи — и наша собственная ветвь, приматы. Но до всего этого разнообразия оставались еще десятки миллионов лет. Предки современных плацентарных млекопитающих были практически неотличимы друг от друга. Потребовалось еще одно массовое вымирание, чтобы млекопитающие смогли показать, на что они способны.

Смерть с небес

В северной Италии можно найти чудесный розовый известняк, который здесь называют Scaglia rossa и любят использовать для строительства вилл. К северу от городка Губбио есть ущелье Боттачоне; его стены на всю глубину — 350 метров — состоят из этого красивейшего камня. Геологи определили, что порода на дне ущелья сформировалась 100 млн лет назад, когда плацентарные млекопитающие только начинали расходиться на современные группы. Слой этой горной породы формировался непрерывно в течение следующих 50 млн лет. Его формирование продолжалось и 65 млн лет назад, в конце мелового периода, когда динозавры вымерли — и одновременно с ними вымерло 70% всех видов живых существ на планете. Он продолжал формироваться еще 15 млн лет; к концу этого периода млекопитающие успели стать доминирующими позвоночными суши. Интересно отметить, что между породами мелового периода и следовавшего за ним палеоцена залегает тонкая — всего полдюйма толщиной — прослойка глины, напоминающая кремовую прослойку торта. Ниже этой прослойки в породе содержится карбонат кальция из планктонных скелетов; собственно, их тела в основном и составляют эту горную породу. В глинистой прослойке никакого планктона нет; выше вновь начинается известняк, но многие прежние виды планктона в нем отсутствуют. Не исключено, что именно в момент, соответствующий тонкой глинистой прослойке, определилась и наша судьба: эта прослойка — след глобальной катастрофы, которую наши предки пережили, а динозавры нет.

В середине 1970-х гг. американский геолог Уолтер Альварес увез с собой образцы этой глины. Он надеялся отыскать в толще розового известняка точную границу между меловым и третичным периодами и точно ее датировать. При благоприятном обороте дел он надеялся найти способ определять эту границу в других горных породах по всему миру. Каждые несколько миллионов лет магнитное поле Земли как бы переворачивается, меняет полярность, так что стрелка компаса, вместо того чтобы указывать на север, начинает упрямо смотреть на юг, и наоборот. Магнитное поле заставляет кристаллы в горных породах выстраиваться вдоль силовых линий, и геологи даже по прошествии миллионов лет могут определить их направление. Альварес хотел найти горные слои выше и ниже границы, образовавшейся в момент изменения полярности магнитного поля планеты. Тогда можно было бы по аналогичной последовательности находить момент изменения полярности в любых других породах.

По возвращении домой Альварес показал образцы своему отцу Луису. Луис Альварес сам не был геологом, но всю жизнь в науке стремился к новому и неожиданному. В 1968 г. он был удостоен Нобелевской премии по физике; участвовал в изобретении пузырьковой камеры, которая позволила обнаружить многие элементарные частицы; в поисках скрытых гробниц он просвечивал египетские пирамиды рентгеновскими лучами. Образцы горных пород, привезенные сыном, очень его заинтересовали. Что такое могло произойти в океанах в конце мелового периода, чтобы на время остановить, а потом вновь запустить процесс формирования осадочных пород?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.