Дэвид Кристиан - Большая история [С чего все начиналось и что будет дальше]

Одним из показателей роста уровня кислорода было появление коралловых рифов, которым его нужно очень много. Первые большие коралловые рифы появились в ордовике. На самом деле кораллы – это громадные симбиотические колонии крошечных, генетически идентичных беспозвоночных животных. С некоторой натяжкой их можно считать огромными расползшимися животными с жестким, но несколько бесформенным скелетом. В любом коралле живут колонии одноклеточных фотосинтезирующих организмов, которые поставляют ему энергию. Коралловые рифы предлагали уютное жилье многим крупным организмам, включая трилобитов, губки и моллюсков.

Рост уровня кислорода стимулировал в девонском периоде вторую волну колонизации суши многоклеточными, которая началась около 370 млн лет назад. Первые растения с древесными скелетами, позволявшими сопротивляться гравитации, появились около 375 млн лет назад, и вскоре после этого выросли первые леса. Путем фотосинтеза они расправились с огромным количеством углерода, так что, когда Земля зазеленела, уровень углекислого газа упал, наверное, до одной десятой от прежних значений [107] Ibid. P. 48: «Самое отчетливое изменение содержания в атмосфере CO2 за весь фанерозой вызвали растения, населившие сушу. Оно началось около 470 млн лет назад, 370 млн лет назад его усилили первые леса. Согласно оценкам, вызванное этим выветривание кремниевых пород понизило содержание CO2 в атмосфере на порядок и привело к охлаждению планеты в ходе ряда оледенений каменноугольного и пермского периодов». . Первые леса оказали особенно большое воздействие, потому что на тот момент еще не было организмов, способных разлагать в древесине лигнин. Вот почему деревья каменноугольного периода (начался 360 млн лет назад и закончился 300 млн лет назад) в основном погребены в почве вместе с углеродом, который они высосали из атмосферы. Со временем они окаменели и превратились в угольные пласты, послужившие двигателем промышленной революции. Около 90 % нынешних залежей угля были захоронены в период высокого содержания кислорода, примерно 330–260 млн лет назад. При таком изобилии этого газа лесные пожары легко вспыхивали от удара молнии. Так что в каменноугольном и пермском периодах мир, несмотря на прохладу, вероятно, был пропитан едким запахом горящего леса, который невозможно уловить на других планетах Солнечной системы, потому что там недостаточно кислорода и нет источников древесного топлива, необходимых, чтобы мог распространиться огонь.

Каменноугольные леса, вероятно, повысили уровень фотосинтеза вдвое, а это фактически удвоило общий энергетический бюджет биосферы, благодаря чему смогло появиться множество новых организмов [108] Ibid. P. 72. . Растения скорректировали работу геологического термостата Земли, потому что ускорили выветривание горных пород, перемалывая и превращая их в почвы, которым легче уносить захороненный углерод в океан; оттуда часть углерода ушла в мантию. Погребенный углерод уже не мог вступать в реакцию с кислородом и образовывать углекислый газ, так что уровень кислорода вырос. Таким образом, количество свободного кислорода в определенной мере зависит от количества углерода, ушедшего в мантию, то есть уровни атмосферного кислорода и углекислого газа стремятся двигаться в противоположных направлениях. Благодаря росту уровня кислорода также стали возможны новые химические реакции в коре, в результате чего возникли многие из 4000 разных типов минералов, которые сегодня можно найти на Земле [109] Ibid. P. 24 (о связи между количеством углерода в недрах земли и уровнем кислорода в атмосфере). Robert M. Hazen . Evolution of Minerals // Scientific American, March 2010. P. 58 (здесь утверждается, что 400 млн лет назад на Земле уже присутствовал полный набор минералов – более 4000 типов). .

С конца ордовика до начала пермского периода (450–300 млн лет назад) леса и сухопутные многоклеточные преобразовали поверхность Земли, озеленили континенты и перенастроили термостаты биосферы, в результате чего установился атмосферный режим позднего фанерозоя с высоким уровнем кислорода и низким содержанием углекислого газа.

Как и историю сложных явлений в целом, историю крупных форм жизни определяли случайность и необходимость. Колоссальную роль первой иллюстрируют массовые вымирания. Без них биосфера сегодня выглядела бы совершенно иначе. Но эволюция никогда не сводилась к случайным событиям. Одни изменения были более вероятны, чем другие. Таким образом, хотя история крупных форм жизни развивается по принципу серендипности [110] Серендипность – феномен, когда важное открытие совершается благодаря случайному совпадению и некоторой внимательности. Пример – открытие реликтового излучения, описанное в первой главе. , в ней есть и устойчивые тенденции, которые сохранялись, несмотря на смятение, вызванное падением астероидов, извержениями вулканов и массовыми вымираниями. Эти устойчивые тенденции для нас не менее важны, чем внезапные катастрофы.

Одной из таких тенденций было стремление к крупным размерам. В первую очередь оно вообще подарило нам многоклеточных. Оно же стимулировало развитие все более и более крупных организмов, потому что в эволюционном плане быть великаном часто оказывалось выгодно. В конце концов, на крупные организмы охотится меньше хищников. Попробуйте впиться зубами в синего кита! Кроме того, им нужно меньше пищи на единицу веса тела, и обычно им легче избежать катастрофического высыхания [111] Gerhard Roth . The Long Evolution of Brains and Minds. N. Y.: Springer, 2013. P. 229. . Наконец, атмосферный режим с высоким содержанием кислорода, установившийся в начале фанерозойского эона, обеспечил дополнительную энергию, необходимую для поддержки больших многоклеточных организмов. По-видимому, очень большие существа особенно хорошо себя чувствовали при самых высоких уровнях кислорода, что обычно означает низкое содержание углекислого газа и более холодный климат. Это верно как для суши, так и для океана, потому что холодная вода может удержать больше кислорода, чем теплая.

Когда содержание кислорода выросло, во множестве разных эволюционных линий стали экспериментировать с телами побольше. В каменноугольном и пермском периодах появляются гигантские насекомые и позвоночные. В те времена можно было встретить стрекозу с размахом крыльев в полметра или существо вроде скорпиона длиной 90 сантиметров и весом 20 килограммов. Первые рептилии появились в каменноугольном периоде, который начался около 320 млн лет назад. Они относились к новой группе животных, амниотам, в число которых входят рептилии, птицы и млекопитающие. В отличие от амфибий амниоты могут размножаться вдали от воды, потому что их детеныши развиваются в защищенных яйцах, сумках или утробе. В конце концов среди рептилий оказались одни из самых крупных животных, которые когда-либо вышагивали, ковыляли, переваливались и скакали по суше.