Сергей Ястребов - От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

А что получится, если оценить это явление количественно? В 1979 году палеонтолог Дэвид Рауп, много занимавшийся статистическим анализом разнообразия древних фаун, опубликовал статью со следующим выводом: есть основания считать, что в конце пермского периода вымерло, не оставив потомков, примерно 96 % всех видов морских животных на Земле [509] Raup D. M. Size of the Permo-Triassic bottleneck and its evolutionary implications // Science , 1979, V. 206, № 4415, 217–218. . Получалось, что биота, по крайней мере морская, прошла в этот момент через настоящее «бутылочное горлышко». Подсчеты Раупа были основаны на огромном материале. И хотя его результаты касались только морской фауны, они не оставляли сомнений, что в конце перми действительно случилось очень крупное вымирание.

Другой известный палеонтолог, Дуглас Эрвин, решил определить скорость этого процесса. Анализируя вместе с коллегами распределение остатков животных в осадочных толщах, он постепенно пришел к выводу, что пермское вымирание произошло за очень короткий срок — меньше одного миллиона лет [510] Bowring S. A. et al. U/Pb zircon geochronology and tempo of the end-Permian mass extinction // Science , 1998, V. 280, № 5366, 1039–1045. . Коротким этот срок, конечно, можно назвать только по меркам истории Земли, но для событий такого масштаба он действительно мал.

Итак, на границе палеозоя и мезозоя произошло нечто большее, чем рядовая смена ископаемых фаун. Рауп и Эрвин столкнулись с явлением, относящимся к категории массовых вымираний (mass extinctions). Что же это, собственно, такое?

Массовые вымирания, они же биосферные кризисы, случались в истории Земли довольно регулярно. Принято считать, что в фанерозое крупнейших вымираний было пять [511] Raup D. M., Sepkoski J. J. Mass extinctions in the marine fossil record // Science , 1982, V. 215, № 4539, 1501–1503. . Пермское — одно из них. Из остальных четырех два произошли внутри палеозоя (в конце ордовика и в конце девона), одно — внутри мезозоя (на рубеже триасового и юрского периодов), и еще одно отделяет мезозой от кайнозоя (именно тогда исчезли динозавры). Некоторые из этих событий вполне могли иметь внешние причины. Например, вымирание на границе мезозоя и кайнозоя связывают с падением на Землю 10-километрового астероида, кратер от которого сейчас находится на побережье полуострова Юкатан. Но похоже, что если это и верно, то случай тут все же исключительный: большинство вымираний объяснить подобными единичными катастрофами не удается. Необходимо учитывать, что кризисов, лишь немного уступающих пяти «главным» вымираниям, а то и сравнимых с ними, в фанерозое на самом-то деле было еще больше десятка [512] Bambach R. K. Phanerozoic biodiversity mass extinctions // Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2006, V. 34, 127–155. . Космических катастроф просто не хватит на них на всех.

Некоторые палеонтологи считают, что кризис, сопровождающийся массовым вымиранием, есть совершенно нормальная стадия развития природного сообщества, во всяком случае, сообщества размером с земную биосферу. Известный палеоботаник Валентин Абрамович Красилов так и писал: кризис — это естественный механизм эволюции сообществ [513] Красилов В. А. Нерешенные проблемы теории эволюции. — Владивосток: Дальневосточный научный центр АН СССР, 1986. . Под этим углом зрения становится понятно, почему некоторые кризисы не удается толком связать ни с какими внешними воздействиями на живую природу. Но столь же ясно, что само по себе признание кризиса нормальным явлением еще ничего не объясняет. В основе любого исторического события, и биосферного кризиса в том числе, лежат вполне реальные причинно-следственные связи. Наша задача — их раскрыть. Если нет внешних причин, значит, есть внутренние, и наоборот.

В этом плане вымирание на границе палеозоя и мезозоя особенно интересно. Чтобы понять почему, его можно бегло сравнить с вымиранием на границе мезозоя и кайнозоя, тем самым, которое погубило динозавров. Прежде всего уточним названия этих событий. Последний период мезозоя называется меловым , первый период кайнозоя — палеогеновым , поэтому «динозавровый» кризис мы будем называть мел-палеогеновым, как это обычно и делают. Кризис на рубеже палеозоя и мезозоя по тому же принципу называют пермо-триасовым.

Разница между этими кризисами следующая. Во-первых, пермо-триасовое вымирание было намного мощнее. Аккуратный подсчет по одной и той же методике показывает, что мел-палеогеновый кризис уничтожил примерно 15 % от всех существовавших тогда биологических видов, а пермо-триасовый — примерно 60 % [514] Benton M. J. et al. Diversification and extinction in the history of life // Science , 1995, V. 268, № 5207, V. 52–58. . Эти цифры несколько меньше тех, которые обычно приводятся в научно-популярных публикациях, но зато уж в них можно не сомневаться. Во-вторых, в отличие от мел-палеогенового кризиса, пермо-триасовый кризис не был вызван никаким внешним ударом вроде астероидного импакта (гипотеза, что подобный импакт был и тут, высказывалась, но не подтвердилась). И в-третьих, после пермо-триасового кризиса разрушенная биосфера вступила в очень долгий — растянувшийся на десятки миллионов лет — период постепенного восстановления, чего после мел-палеогенового кризиса не было вообще: там сообщества восстановились сразу [515] Sahney S., Benton M. J. Recovery from the most profound mass extinction of all time // Proceedings of the Royal Society of London, B: Biological Sciences , 2008, V. 275, № 1636, 759–765. .

Недавно детальные геологические исследования показали, что пермское вымирание заняло гораздо более короткий срок, чем думали раньше, — всего 60 000 лет [516] Burgess S. D., Bowring S., Shen S. High-precision timeline for Earth’s most severe extinction // Proceedings of the National Academy of Sciences , 2014, V. 111, № 9, 3316–3321. . Это 0,06 миллиона лет, срок по меркам планетной истории просто невероятно маленький. Что же там случилось?

Большинство ученых сейчас считает, что пермскую катастрофу вызвали вулканы. Показано, что точно в момент биосферного кризиса (то есть 252 миллиона лет назад) на территории, которая сейчас называется Западной и Средней Сибирью, образовалась трапповая провинция — система действующих вулканов, не ограниченных точечными кратерами, а занимающих сплошное протяженное поле. Выглядело это, должно быть, грандиозно. Расколотая во многих местах земная кора извергла буквально море расплавленного базальта, залившее 1,6 миллиона квадратных километров — это площадь современного Ирана. Текущий базальт затопил огромную территорию и постепенно застывал, создавая абсолютно плоскую безжизненную равнину, по которой текли новые базальтовые волны от новых извержений. А дым от них, надо полагать, затмил небо. Но все это было только прологом ко всепланетной катастрофе.

Трапповые вулканы неизбежно выбрасывали в атмосферу колоссальные объемы вулканических газов — углекислого газа (CO 2), хлороводорода (HCl), сероводорода (H 2S), сернистого ангидрида (SO 2) и др. Это имело много последствий. Во-первых, углекислый газ усилил парниковый эффект, вызвав сильное глобальное потепление. Во-вторых, вулканические газы повысили кислотность морской воды, а это по чисто химическим причинам сильно затруднило жизнь кораллов и иглокожих: карбонаты, из которых состоят твердые скелеты этих животных, в слишком кислой воде просто-напросто растворяются. В-третьих, сероводород ядовит для большинства живых организмов, особенно при концентрации, в тысячи раз превышающей нынешнюю атмосферную, — а именно такой уровень сероводорода создавали трапповые вулканы [517] Kump L. R., Pavlov A., Arthur M. A. Massive release of hydrogen sulfide to the surface ocean and atmosphere during intervals of oceanic anoxia // Geology , 2005, V. 33, № 5, 397–400. .