Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Несколько десятилетий назад попытки извлечь информацию из райниевых окаменелых растений можно было назвать поистине героическими. Требовалось приготовить сотни тончайших срезов, чтобы получить из каждого двумерное изображение сложного трехмерного объекта. Представьте себе любимый цветок, заключенный в твердую непрозрачную эпоксидную массу, и попытайтесь мысленно восстановить форму цветка, расчленив эту массу на плоские срезы, а затем заново собрав срезы в целый цветок. Именно это и приходилось проделывать когда-то палеоботаникам с образцами из Райни. В результате были восстановлены странные, длинные и тонкие безлиственные растения – предки зеленого покрова Земли.

Кевин Бойс решил еще раз поехать в Райни, чтобы собрать больше данных о древнейшей флоре Земли. Он намеревался разрезать образцы и отполировать срезы райниевых окаменелостей размером и формой примерно с 25-центовую монету. Мы использовали электронный зонд – прибор, показывающий расположение химических элементов в отполированных срезах, похожих на наши образцы сланцев, хорошо знакомый минералогам, но редко применяемый палеонтологами. Мы надеялись выяснить, сохранились ли в образцах какие-нибудь частицы растительных тканей. Загвоздка состояла в том, чтобы настроить электронный зонд на распознавание углерода, столь распространенного в жизни, но редко присутствующего в породах. К нашей радости, райниевые образцы изобиловали углеродом, к тому же в виде легких изотопов, что неопровержимо свидетельствовало о его биологическом происхождении. Следы углерода отчетливо обрисовывали трубчатые структуры, свойственные древним сосудистым растениям. Наша первая статья, описывающая клеточный уровень ископаемых растений из Райни, включая их причудливые стебли и споры, была опубликована в журнале «Труды Национальной академии естественных наук» в 2001 г.

Следующим шагом Кевина была попытка извлечь биомолекулярную информацию из образцов ископаемых растений. Не удастся ли нам получить молекулярные данные из растительных тканей? Кевин Бойс сконцентрировал внимание на таинственном древовидном организме под названием прототаксит, высотой около 8 м, который 400 млн лет назад был самым крупным из известных на Земле растений. Окаменелые остатки этого организма представляют собой загадку, поскольку их клеточный состав отличается от существовавших в то время более мелких растений. В отличие от них «стволы» прототаксита состояли из причудливо переплетенных трубчатых структур. Вместе с моими коллегами по Геофизической лаборатории Мерилин Фогель и Джорджем Коди Бойс сумел извлечь и исследовать молекулярные фрагменты нескольких образцов прототаксита – они резко отличались от других ископаемых растений. Бойс пришел к парадоксальному выводу: прототаксит был гигантским грибом, возможно, самой крупной поганкой в истории Земли.

Исследования Кевина Бойса подтвердили выводы специалистов по палеоботанике. Четыреста миллионов лет назад земной ландшафт был покрыт зеленой растительностью, совершенно чуждой современному миру. Чахлые, стебельчатые растения обитали на суше по соседству с гигантскими древовидными грибами в компании с мелкими насекомыми и паукообразными животными.

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.