Глава 13 Триасовый взрыв: 252–200 миллионов лет назад

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.

Спустя некоторое время Сэм Эпстайн поступил на работу в Калифорнийский технологический институт и занимался высокоточными измерениями множества образцов, применяя самые разнообразные методы. Однако его первой любовью все же было исследование температур в древности. После замечательной встречи, о которой мы упоминали выше, он пригласил нас, Киршвинка и Уорда, в свою лабораторию, на тот момент уже частично демонтированную. Геохимическое оборудование 1950–1960-х годов (золотые дни Сэма) состояло в основном из самодельных колбочек, стеллажей с тонкими пробирками и трубками, которые, извиваясь спиралями и пересекаясь, образовывали замысловатую стеклянную паутину. В некоторых узлах этой «паутины» находились странные сосуды, вокруг которых вились резиновые трубки, оканчивающиеся краниками замысловатого вида. И все было сделано кустарями от науки, которые в середине XX века двигали исследования только вперед. Они были искусными технарями, целой эпохой, ушедшей по причине экономии бюджета и появления новых исследовательских технологий.

Сэм бродил по лаборатории, а разговор тем временем зашел о наших непосредственных научных интересах: пермском массовом вымирании и его возможных причинах. В то время теория столкновения с астероидом рассматривалась как одна из наиболее вероятных. Сэм, однако, эту точку зрения не разделял. Он повернулся к нам и с улыбкой рассказал следующую историю. Однажды он исследовал образцы морского известняка, относящиеся к самым нижним ярусам триаса и, вероятно, сформированные на очень мелководном участке моря в том месте, где находился экватор, а ныне Иран. В порыве внезапного вдохновения, а может, потому, что он больше всего любил именно этот аспект анализа, он решил проанализировать, при каких температурах могли сформироваться такие образцы породы. Сэм рассказал нам, что был поражен, когда понял, что все образцы были образованы при температуре выше 40 °C, а некоторые — при температуре даже выше 50 °C! Образцы были взяты от древних кораллов, существ, очень чувствительных к солености воды.

Подобные температуры могут наблюдаться в стоячих водоемах или в лагунах. Но в таких местах не обитают плеченогие! Температурные показатели, полученные Сэмом Эпстайном, не могли существовать нигде на Земле, поскольку подобное температурное состояние воды в океане нереально!

Восьмидесятилетний Сэм грустно улыбался. Он признался нам, что у него так и не хватило духу опубликовать эти данные. Всякий палеотемпературный анализ требует для чистоты эксперимента, чтобы образцы были «чистыми», тогда как породы частенько подвергаются воздействию подземных вод, химических процессов, последующему нагреванию или охлаждению и в результате «выдают» показатели того, что они якобы сформировались при аномально высоких температурах. И чем старше порода, тем сложнее получить точные данные при температурном анализе. Тем не менее Сэм был совершенно уверен, что он прав и что в первый миллион лет после пермского вымирания, то есть в первый миллион лет триасового периода, температура воды в океане была выше 37 °C.

Несколько лет спустя, проводя палеотемпературный анализ другого образца триасового периода, мы получили показатель температуры около 40 °C. На этот раз глубина залегания была даже ниже, чем у древних образцов, которые описывал Сэм Эпстайн. Но, как и он, мы не опубликовали свои данные.

Кто не рискует, тот не выигрывает. В 2012 году совместная группа китайских и американских ученых[179], пытаясь раскрыть секрет долгого восстановительного периода морской фауны после пермского массового вымирания, сделала открытие и опубликовала результаты: температура океана — 40 °C, на суше — все обжигающие 60 °C! В отличие от работ Эпстайна, данное исследование использовало более 15 000 образцов, что позволило провести очень детальный и трудоемкий анализ условий окружающей среды в период после пермского массового вымирания.

Ученые, получившие эти данные, попытались представить себе, каков был этот древний жаркий мир. Большинство морских организмов погибают при температуре воды выше 40 °C, а именно такой показатель был обнаружен. При такой температуре и выше практически прекращается фотосинтез. В таком мире зона тропиков должна быть необитаема, и жизнь главным образом сосредоточена на высоких широтах. Даже в средних широтах обитали очень немногие сухопутные животные. При такой жаре воздух был насыщен водяными парами, а тропики оставались влажными круглый год. Судя по всему, это была влажная, но пустыня — не было никакой растительности.

Более точная современная геохронология показывает, что период высоких температур продолжался по крайней мере первые три миллиона лет триаса. Возможно, температуры доходили и до более высоких показателей, и максимум пришелся на период около 247 млн лет назад, когда температура оказалась самой высокой за всю историю существования животных. Сэм Эпстайн был прав. И мы были правы[180]. Ошиблись мы только в одном — не надо было отказываться от публикации результатов своих работ.

Пермское вымирание явилось для растений и животных одной из самых ужасных катастроф в истории развития жизни на нашей планете. А вот с точки зрения микроорганизмов, особенно любителей серы, это событие оказалось чем-то вроде возвращения в рай. С наших же позиций пермское вымирание представляется приблизительным повторением произошедшего в конце девонского периода, то есть первого из так называемых парниковых массовых вымираний. Еще многому суждено было свершиться: и в конце триаса, и в юрский, и в меловой периоды, а последнее парниковое вымирание произошло вообще в конце палеоцена, всего 60 млн лет назад, но с пермским массовым вымиранием не сравнится ни одно из событий подобного рода, в том числе и по масштабам разнообразия форм жизни, которые появились после.

Пермское массовое вымирание открыло дорогу в мир многим новым существам, но для нас особенно интересны два совершенно новых на тот момент истории эволюционных направления — млекопитающие и динозавры, которые к концу триаса процветали и развивались. Это были чрезвычайно важные эволюционные линии развития жизни (редко какая эволюционная новинка дает название целым геологическим интервалам, как в случае с эрой динозавров), но появились они относительно поздно и в триасовый период оставались маленькими по размерам (особенно млекопитающие, которые редко были крупнее крысы), а также являлись малыми группами как по разнообразию видов, так и по численности. Эра динозавров началась не ранее юрского периода, а млекопитающим пришлось ждать своей эры до самого кайнозоя.

Задолго до появления динозавров и млекопитающих на эволюционной сцене выступали другие животные и растения триасового периода. Это были как уже существующие, но развившие новые черты в процессе эволюции таксономические группы, так и совершенно до того невиданные существа, обладающие новыми формами, кардинально отличными от форм палеозойской эры. Именно это смешение старого и нового сделало триас перекрестком эпох. В некотором отношении данный период можно сравнить с кембрием — множество новых морфологических типов наводнили экологические ниши, опустошенные недавним вымиранием (в тот раз это были представители вендобионты). И как во времена кембрийского взрыва, многие новинки эволюции оказались весьма недолговечными и погибли, не выдержав испытаний естественного отбора. Столь интенсивного появления новых форм, как в кембрии и триасе, больше ни в один из периодов не происходило. Тому, как кажется, есть две причины. Во-первых, пермское вымирание настолько опустошило различные среды обитания, что почти любой тип организмов мог иметь шанс выжить и развиваться, по крайней мере, некоторое время. Однако существует и вторая причина, которая может оказаться более значимой для всего, что происходило в триасовый период.

Едва оправившись от потерь пермского массового вымирания, раннетриасовый мир оказался почти необитаем. Кроме того, все исследовательские модели говорят о том, что уровень кислорода в тот период был значительно ниже современного. В предыдущих главах мы продемонстрировали, что низкие уровни кислорода, особенно во времена, следующие за массовыми вымираниями, стимулируют развитие новых строений тел. Два этих фактора — малая заселенность сред обитания и низкий уровень кислорода — в совокупности представляли собой благоприятные условия для бурного развития новых морфологических типов, то есть возникла ситуация, подобная обстоятельствам кембрийского взрыва. На этом основании мы полагаем, что вполне правомерно видеть сходство кембрия и триаса, и поэтому называем события соответствующего периода триасовым взрывом.

Триасовый период был временем развития широчайшего разнообразия в воде и на суше. В океане, например, место вымерших плеченогих заняли многие новые группы двустворчатых моллюсков, а различные аммоноидеи и наутилоиды наполнили моря новыми видами хищников. Четверть всех когда-либо существовавших аммонитов обнаружена именно в отложениях триасового периода — интервал, составляющий 10 % всего периода существования на Земле этих организмов. Океаны наполнились аммонитами, своей формой полностью не похожими на своих палеозойских предков, — почему бы нет, если эти существа показывали исключительную для беспозвоночных степень приспособленности к условиям дефицита кислорода. В то же время появились каменистые кораллы — новый отряд — и начали строить свои рифы[181]. Многие сухопутные пресмыкающиеся вернулись обратно в море. При этом именно на суше произошли самые замечательные изменения и эволюционные эксперименты в морфологии организмов. Никогда до и после мир не видал таких разнообразных анатомических вариантов на суше, как в тот период. Некоторые существовали еще в перми — терапсиды. Они пережили пермское вымирание, снова стали развиваться в начале триаса и теперь соперничали с архозаврами за господство на суше, впрочем совсем недолго. Конкуренцию терапсидам составляли многие рептилии. От звероподобных рептилий до ящериц, от самых ранних млекопитающих до настоящих млекопитающих — триас был настоящей экспериментальной лабораторией эволюции.

На первый взгляд, млекопитающие неизбежно должны были обогнать рептилий в эволюционной гонке. В конце концов, к тому моменту многие звероподобные рептилии уже были теплокровными, вероятно, способными (как сегодня) более эффективно, чем яйцекладущие динозавры, заботиться о потомстве; зубы млекопитающих (благодаря которым они потом все же стали господствующей группой организмов) приспособились к любой пище — семенам, траве, мясу. Но они все-таки проиграли в первом раунде. Первая эра млекопитающих закончилась их вымиранием, но на смену ей пришла вторая эра — с совершенно иными формами животных.

Сегодня работа палеонтологов во многом стала легче благодаря компьютерам. Новые революционные возможности в обмене информацией, морфологической характеризации, анализе изображений и в поиске источников позволяют значительно расширить исследование. Теперь доступны огромные базы данных, не нужно больше ходить по музеям, собирая данные, или глядеть в микроскоп, измеряя образцы чуть ли не вручную, — почти все новые данные, помогающие нам создать новую историю развития жизни на Земле, поступают от больших групп исследователей, которые вводят все новые сведения в машинные системы. Компьютеры делают для нас огромную работу, а мы получаем возможность по-новому взглянуть на изучаемый предмет.

Давайте взглянем на недавние результаты работы наших коллег из Мюнхенского университета, которые исследовали размеры позвоночных животных триаса, обитавших на суше.

В ходе работы этой исследовательской группы было обнаружено, что в раннем триасе на обедневшей после пермского вымирания планете возникли всего лишь два основных морфологических типа: с четырьмя лапами (четвероногие) и с двумя (двуногие). С течением времени (триас длился около 50 млн лет), и уже в юрском периоде (также длился 50 млн лет) эволюция ящерообразных породила гораздо большее разнообразие видов и структурных типов (в том числе в размерах), чем у звероподобных рептилий. Пока другие палеонтологи тратили время, осматривая музейные коллекции, мюнхенские коллеги получили готовые цифры, обосновавшие гипотетические сведения.

Данное исследование также подтвердило, что ящерообразные быстрее росли, достигая половозрелости и больших размеров значительно быстрее животных других групп. Эта черта — скорая готовность к размножению — пожалуй, самая важная из всех. Быстрые созревание и рост означают, что ящерообразные приспособились к экологическим ролям больших травоядных и крупных хищников намного быстрее, чем более мелкие, медленно растущие терапсиды, поэтому последние «опоздали к раздаче» соответствующих анатомических форм и экологических ниш.

Впрочем, остаются кое-какие нерешенные вопросы. В течение позднего триаса, когда динозавры уже вполне освоились в природе, они почему-то не выросли до гигантских размеров, характерных для последующего — юрского — периода, и не стали господствующей по численности группой существ. Как утверждает палеонтолог из Чикаго Пол Серено, в течение почти 20 млн лет, со времени своего появления около 221 млн лет назад и до конца триаса, около 201 млн лет назад, динозавры и терапсиды были одинаково немногочисленны и малорослы[182]. Возможно, в тот период динозавров было больше, чем терапсид, но общая картина показывает, что обе группы не были доминирующими в экосистемах. Нам представляется, что в те времена вообще никакие организмы особо не процветали, а для четвероногих существ куда больше преимуществ имело возвращение в моря, что и происходило в триасовый период в больших масштабах.

Традиционно принято считать, что интенсивный рост многообразия видов в триасе связан с опустошительным пермским вымиранием, которое освободило многие экологические ниши для новых организмов. Возможно, впрочем, более простое объяснение: к тому времени многие морфологические типы сухопутных животных достигли такого этапа эволюции, когда строение их тел стало, наконец, наиболее функционально эффективным. Уже в конце пермского периода и в течение триаса развитые группы животных, например, звероподобные рептилии (точнее, группы дицинодонтов и цинодонтов), продолжали осваивать новые способы постановки тела в пространстве по сравнению с более примитивными сухопутными рептилиями, лапы которых находились по бокам тела.

Структурные характеристики тел развивались в таком направлении эволюции, когда наиболее успешными становились морфологические типы, способные питаться, размножаться и бороться за выживание в условиях малого содержания кислорода в окружающей среде. Есть старинная поговорка: ничто так не обостряет вкус жизни, как перспектива близкой смерти. То же верно и для эволюции: жизнедеятельность животных требует много кислорода, и в пермский период добыть его было легче легкого, но позднее пришлось приспосабливаться к самому жесткому из всех жестких условий естественного отбора — недостатку кислорода. Снижение объема кислорода в атмосфере на две трети от прежнего уровня запустило механизм эволюционных инноваций, который в полную силу заработал в триасе. Таким образом, разнообразие морфологических типов животных в триасовый период схоже с разнообразием морских обитателей в период кембрийского взрыва. Кембрийский взрыв следовал за массовым вымиранием (эдиакарская фауна), и то было время более низкого уровня кислорода по сравнению с сегодняшним. А низкий уровень кислорода всегда стимулирует эволюцию новых форм.