Книга: Эволюция: Триумф идеи

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 (SO₄^2-). 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».