Текст книги "До и после динозавров"
Автор книги: Андрей Журавлёв
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 24 страниц)
Полет валькирии
С середины протерозоя (1,2 млрд лет назад) разнообразие эукариот стало постепенно возрастать. Около 800 млн лет назад господство микробов, длившееся почти 3 млрд лет, закончилось. Начиная с этого времени возникли все основные группы водорослей и простейших, а также предки грибов и животных.
В окаменелостях древнейших многоклеточных распознаются красные водоросли. Они совершенно не отличимы от современных водорослей (хотя извлечены из отложений возрастом 1,2 млрд лет) Арктической Канады. Каждый, кто побывал на море, видел камни, покрытые красными известковыми наростами. Кому посчастливилось загорать на теплом южном взморье, мог подобрать изящные пурпурные веточки, похожие на мелкие кораллы. Так выглядят кораллиновые красные водоросли. Их необызвествленные родственники не столь ярки и приметны – просто невзрачные ворсинки. Но именно такие ворсинки покрыли дно морей 1,2 млрд лет назад. Несмотря на свои размеры (меньше 2 мм высотой), они создали новый, трехмерный мир, недоступный плоским бактериальным матам. Это был мир со своими течениями и осадками. Со временем в нем поселились другие многоклеточные. Собственно багрянки являются древнейшими организмами с клетками разного типа и с чередованием полового и бесполого поколений (половым циклом). Впрочем, половой цикл и предопределил возникновение многоклеточности – ведь специальные половые клетки уже отличались от всех прочих.
На Аляске встречаются различные кремневые окаменелости, которым 800 млн лет. Некоторые из них напоминают чешуйки золотистых и диатомовых водорослей, другие – спикулы (скелетные иголки) губок. Можно считать, что эти спикулы и являются древнейшими, не считая биомаркеров, остатками многоклеточных животных. В одновозрастных породах северо-западной Канады найдены обызвествленные цианобактерии, бурые водоросли и непонятные органические чехлы и пленки. Эти чехлы получили название в честь мест, где они впервые найдены: чуарии – от Чуара в Северной Америке, лонгфенгшании – от китайской Лонфеншани, а дальтении – от норвежского Дала и греческого корня «тения» (лента.) Чуарии представляли собой крупные (до полусантиметра в поперечнике) морщинистые шаровидные оболочки колониальных прокариот или эукариот. Лонгфенгшании напоминали округло-удлиненный листок на черенке. Ветвящиеся ленты дальтении дорастали до 6 см.
Самые необычные окаменелости того времени скрывались подо льдами Шпицбергена в породах возрастом 750 млн лет. Там обнаружены остатки весьма развитых зеленых водорослей. Вместе с ними встречаются меланокирилл и валькирии. Странный меланокирилл (греч. «черный господин») был похож на вазу высотой 2–3 мм, то есть был намного крупнее многих своих современников. Сидели в таких вазочках-раковинках древнейшие амебы. Несмотря на мелкие размеры, эти амебы были крупнейшими хищниками своего времени, а возможно, и первыми плотоядными животными вообще. Валькирии могут быть остатками более сложных многоклеточных. У миллиметровых (в длину) валькирий, похожих на червячков с отростками, различается шесть типов клеток. Валькириями эти существа были названы потому, что найдены они на Шпицбергене. Где-то около этого полярного архипелага скандинавские мифы помещали вальхаллу, куда небесные девы-валькирии (выбирающие убитых) уносили души храбрейших из павших воинов. Может быть, валькирии (ископаемые организмы, а не мифические девы) и были первыми существами, которые убирали поле «боя», то есть были разрушителями-падалеядами?
Из одновозрастных отложений Китая известны плоские кольчатые ленты длиной по 2–3 см. Некоторые из них имеют отверстие на одном из концов червеобразного тела или вытянутый хоботок. Они были описаны как предки настоящих кольчатых червей, но не исключена и водорослевая природа этих организмов. А вот кольчатая партия с Тиманского кряжа России, один конец которой заужен, а другой – уплощен, могла действительно быть очень простеньким червем.
В тот же промежуток времени началась поступательная эволюция эукариотного планктона (греч. «блуждающий») – населения водной толщи, которое в основном состояло из акритарх (греч. «неизвестного происхождения»). Точная принадлежность акритарх, как явствует из их названия, не ясна. Это микроскопические (меньше миллиметра в поперечнике) плотные органикостенные оболочки со всякими шипами, выростами и оторочками. При жизни форма акритарх приближалась к шару. Большинство из них, наверное, были вымершими одноклеточными водорослями, родственниками динофлагеллят (греч. «вертящие жгутиком»).
Природу акритарх помогли понять биомаркеры. Сначала выяснилось, что очень характерные биомаркеры остаются от динофлагеллят. Они обильны в мезозойских и кайнозойских породах (начиная с 248 млн лет) – в слоях с остатками этих водорослей. Хотя более древние динофлагелляты почти не известны, такие же биомаркеры широко распространены в верхнепротерозойских и нижнепалеозойских отложениях. Они встречаются там, где очень много акритарх. Более того, эти биомаркеры были извлечены прямо из акритарховых оболочек, что оказалось весьма непростой задачей. Ведь даже шарики в одну десятую часть миллиметра выглядят в мире акритарх гигантами, а толщина оболочки измеряется тысячными долями миллиметра.
Появились акритархи приблизительно 1,8 млрд лет назад, но стали распространены около 1,6 млрд лет назад. Первые из них напоминали очень мелкие простенькие гладкие шарики размером от 0,02 до 0,1 мм. Между 1,1 и 0,8 млрд лет назад наблюдалось их многообразие и обилие. Среди них завелись огромные (для этих организмов) формы – 0,2 мм и более в диаметре. Очень большие акритархи, скорее всего, были сидячими на дне организмами.
Снежный ком, вертящийся на боку
Избыток водорослевого планктона привел к печальным последствиям для донных бактериальных сообществ, в том числе строматолитовых. Бурное развитие водорослей в толще воды ухудшало освещенность морского дна. Зависимые от светового потока строматолиты не могли сдвинуться на мелководье, где планктон не так многочислен. Туда их не выпускали водорослевые луга. Водоросли, растущие гораздо быстрее микробных строматолитов, заняли их основные местообитания. Обилие донных бактериальных сообществ пошло на убыль.
Но водорослевый планктон не только застил свет строматолитам. Ранее уже говорилось об альбедо земной поверхности и его значении для климата. Даже «цветение» планктона повышает альбедо водной поверхности, поскольку облака небесные прямо связаны с облачками планктона. Планктонные водоросли накапливают особое соединение серы – диметилсульфид. Водорослям он необходим для поддержания давления внутри клетки. Это вещество выделяется наружу при их выедании. Формула его похожа на прическу с шестью косичками.
Как и положено косичкам, они так и напрашиваются, чтобы за них подергали или что-нибудь к ним прицепили. Так и происходит. При поступлении в атмосферу это ломкое соединение распадается и, растворяясь в воде, превращается в кислотные капли. Капли служат затравкой для сгущения водяного пара. А чем кучнее облачность, тем меньше тепла получает планета. Ведь облачный покров отражает тепло обратно. Причем продукты распада водорослевых соединений не только повышают яркость облаков, но и продлевают время их существования. И все это усиливает альбедо. А на холоде водоросли еще больше выделяют свое любимое вещество. Самое удивительное в этой заоблачной истории, что при пониженной температуре снаружи проще поддерживать давление внутри (клетки). Получается, что водоросли как бы устанавливают погоду по своему вкусу.
Из современных планктонных водорослей основными поставщиками серных соединений являются динофлагелляты, кокколитофориды и диатомовые (о них речь впереди). Они производят до 50 т серы ежегодно.
Общее падение температуры в позднем протерозое было вызвано не только уплотнением облачного покрова. Начавшийся рост ледников все больше обнажал сушу для выветривания. Среди выносимых с суши элементов были соединения железа, фосфора и других важных для водорослей веществ. Возрастала продуктивность водорослевого планктона. Соединения фосфора высвобождались из органических веществ прямо в верхних слоях океана. Они использовались новыми поколениями планктона. Повысились темпы захоронения органического вещества. Поскольку на его изготовление требуется углекислый газ, происходило общее ослабление «парникового эффекта». (Для последнего, четвертичного ледникового периода отмечается прямая связь высокой продуктивности планктонных водорослей с низким содержанием в атмосфере углекислого газа.) Холодало. Разлагавшие органику сероводородобразующие бактерии перестали поспевать за поступлениями органического вещества. Распад цепи из производителей, потребителей и разрушителей привел к выбросу кислорода. Уровень его содержания в атмосфере подскочил до 10–15 %, считая от нынешнего.
Так планктонные шарики основательно вмешались в климатические дела земного шара. В конце протерозоя (750–550 млн лет назад) его бросало из жара в холод с преобладанием последнего. Особенно обширное оледенение пришлось на начало вендского периода, которым заканчивался протерозой.
В 1982 году мне удалось посетить родину вендов – Подолию, что на Украине. Случилось так, что американский физик Джозеф Киршвинк, который разгадал выкрутасы пчелиных плясок, раскопал остатки древнейших магниточувствительных бактерий и нашел кусочки магнетита в мозге голубей, китов и человека, решил узнать, где в вендском периоде (605–550 млн лет назад) находилась Балтия.
Сейчас такого материка нет. Он превратился в восточную часть Европы. У каждого континента, как и у любого человека, есть своя судьба. Он нарождается, растет, постоянно двигается и сталкивается с другими.
Примером служит судьба немецкого метеоролога Альфреда Вегенера. В 20-е годы XX века он окончательно выбил почву из-под ног обывателей, сказав, что материки движутся (мобильны). Всякая гипотеза переживает два периода, прежде чем занять подобающее ей место в арсенале науки (или на пыльных книжных полках в забытом библиотечном подвале). Сначала она и ее создатель (при жизни) считаются сумасшедшими и недостойными даже критических упоминаний на страницах истинно научных произведений. Затем он (чаще посмертно) признается гениальным, а она привлекается для объяснения всего и вся. Нетрудно догадаться, что основная причина глубокой неприязни и почти сорокалетнего забвения гипотезы Вегенера крылась в посягательстве метеоролога на основы геологической науки.
В 1960-е годы ученые наконец-то смогли всерьез взяться за исследование океанического дна. Выяснилось, что Вегенер был прав и материки двигались и двигаются. До нас осознание сего факта почти подпольно добралось еще лет на десять позже. В конце 1970-х, когда весь мир перешел на мобилистские карты прошлого, будущие геологи рисовали Землю давних времен по канонам современной географии (фиксистские реконструкции). Лишь в выпускной год в курсе под стыдливым названием «История геологических наук» профессор Виктор Евгеньевич Хаин объяснял, чем же живет современная геология. Поэтому, исходя из постулата, что главное для студента – знать точку зрения преподавателя, был сделан вывод, что нужно быть «фиксистом», но с легкой примесью «мобилизма».
Итак, в чем суть мобилизма? Посередине океанов проходят огромные хребты, названные срединно-океаническими. Вдоль хребтов тянутся рифтовые долины («рифт, по-английски – «расщелина»). Изливающаяся по обе стороны расщелины лава застывает гигантскими полосами, самые древние из которых находятся от нее дальше всех.
Рифтовые долины являются теми линиями напряжения, по которым происходит сначала раскол, а потом и раздвиг плит, а с ними и материков. Расходясь, они сталкиваются с другими. Например, Азия состоит из нескольких ведущих (каждая) свой образ жизни плит: Индия до сих пор не успокоилась и упрямо движется в прочую Азию, от чего у той лезут вверх Гималаи. Если бы Христофор Колумб отплыл на поиски страны пряностей в наши дни, ему пришлось бы преодолеть на пять-десять метров больше, прежде чем его впередсмотрящий заметил бы острова Америки. Примерно на столько же увеличился бы путь Тура Хейердала на «Кон-Тики». Со времени путешествия Колумба прошло пятьсот лет, а Хейердал ставил свой опыт всего пятьдесят лет назад, но Срединно-Тихоокеанский рифт раздвигается быстрее Срединно-Атлантического.
Чтобы узнать, где раньше находился тот или иной материк, существует на первый взгляд немудреный, но технически сложный метод. Наша планета представляет собой огромный магнит с полюсами, положение которых не сильно отличается от положения полюсов географических. Продолговатые частички глины, постоянно оседающие на морское дно, тоже являются магнитами, но маленькими. Словно магнитная стрелка, колебания которой остановлены нажимом пальца, каждая частичка застывает в породе, указывая направление на магнитный (а значит, и географический) полюс в тот момент, когда осадок стал твердой породой. Используя ископаемые «компасы», из одного возрастного среза на нескольких континентах можно установить, где был каждый материк в искомое время.
На поиски глиняных компасов мы с Джо и отправились из Москвы в Подолию, где за два дня, согласно строгим, но, как всегда, бессмысленным указаниям чиновников, предстояло сделать то, на что требуется не меньше двух недель. Просверлить несколько сотен дырок в породах и замерить углы залегания самих пород и полученных дырок, чтобы не перепутать нынешний Северный полюс с «ископаемым».
Наверное, вдоволь наглядевшись на страну, где все происходит вопреки здравому смыслу, профессор Калифорнийского технологического института и придумал «снежок». Иначе говоря – земной мир, где материки и ледники расползаются по обе стороны от экватора. На полюсах же царила чуть ли не тропическая жара. Во времена всех более поздних оледенений крупные массы материков располагались как раз наоборот – вблизи полюсов. Чтобы обосновать эту «противоестественную» модель, и нужно было доказать, что материки действительно находились вблизи экватора.
Верно ли это предположение для всех материков – не ясно до сих пор. Но, как ни крути куски континентов на глобусе, хоть несколько из них все равно оказываются между Северным и Южным тропиками, а вместе с ними и вендские ледниковые отложения. Этому странному явлению пришлось искать объяснение. Даже самый обширный ледниковый покров не спускается с полюса ниже широты 25 градусов. Полярной шапки, напяленной по самый Гондурас, быть не может. В том смысле, что если такое произошло бы, то осталась бы Земля снежным комком навсегда.
Про ледяное кольцо, подобное кольцам Сатурна, которое затеняло бы экваториальный пояс, лучше сразу забыть. Объяснить, куда оно делось, – невозможно. Но если бы плоскость экватора Земли была завалена на 55 или более градусов по отношению к плоскости ее орбиты, то каждый из полюсов получал бы больше солнечного тепла, чем экваториальная область. (Далекий Уран летает по своей орбите, лежа на боку, а его ось вращения всего на 8 градусов не совпадает с плоскостью орбиты.) Снег, выпавший в этой области, благодаря своей белизне повышал бы альбедо, то есть белизну планетную. И снежные покровы в конце концов стали бы ледниками. Следы морозного расклинивания вендских пород остались в Южной Австралии, Шотландии и Мавритании, которые находились неподалеку от экватора. В своем нынешнем положение, с осью, почти перпендикулярной плоскости орбиты, Земля оказалась бы в конце вендского периода, когда масса материков стремительно переехала из низких широт к Южному полюсу. Согласно другой версии, слишком высокое содержание углекислого газа в атмосфере превратило ее из теплоизолирующей оболочки в теплонепроницаемую для слабых лучей солнца. Дальше – снег – альбедо – и тому подобное (см. выше).
Для тех читателей, кто до сих пор не сполз с храпом под стол, сообщаю, что дальше будет интереснее и понятнее. А пока – первая из обещанных сказок.
Основательная сказка про теремок
Это теперь теремки чаще взрывают. А когда-то их в основном возводили.
Жили тогда на свете исключительно очень маленькие существа. Настолько мелкие, что ни в сказке сказать, ни в микроскоп как следует разглядеть. Да и глядеть в микроскоп было некому. Не было тогда ни тех, кто туда смотрел, ни самих микроскопов. Даже того, из чего микроскопы делают – металлов всяких, – тоже не было. Просто очень маленькие существа, которые, собственно, и создают залежи железа и других металлов, еще ничего наделать не успели.
Жили эти очень маленькие существа дружно, но поодиночке. Наскучила им такая жизнь. Решили они поселиться вместе. Построили теремок. А поскольку это был самый первый на всей Земле теремок, никто не знал, как его правильно складывать. Стены возвели. Крышу покрыли. Полы настелили.
Вроде бы все – как надо. А жить в том теремке оказалось невмоготу. Темно в нем было и дышать нечем. Так в темноте, затаив дыхание, и жили эти очень маленькие существа.
Вдруг в один прекрасный день в теремок кто-то постучал. Пока очень маленькие существа искали в темноте, где дверь, прекрасный день подошел к концу. Но не потому, что слишком долго дверь искали, а потому, что дни (и ночи) были тогда намного короче нынешних.
Ночью очень маленькие существа дверь открыть побоялись. Мало ли кто там может быть – большой и страшный. Ведь для очень маленького существа любой другой будет если и не страшным, то уж большим наверняка.
Наступил следующий прекрасный день. Отворили они дверь. Стоит за дверью еще одно очень маленькое существо и от смущения пурпуром переливается.
– Пустите, – просит этот пурпурный гость, – меня в теремок.
– Куда же мы тебя пустим, – хозяева отвечают, – здесь и так дышать нечем.
(В теремке и вправду серой попахивало. Тоже, наверное, от смущения.)
– Вы меня только пустите. Дышать сразу легче станет. Озадачились очень маленькие существа. Но потому, что были они существами хоть и маленькими, зато гостеприимными, пустили пурпурного просителя к себе.
Прижился пурпурный гость в теремке. Хозяйство свое отладил. И действительно стало дышать легче.
Прошло еще много прекрасных дней. Опять стучат снаружи. Снова заползали очень маленькие существа в темноте, пока дверь отыскали.
Стоят за нею новые гости. Одни – красные, другие – золотистые, третьи – зеленые, а некоторые – даже сине-зеленые. Но все такие мелкие.
– Пустите нас, – говорят, – в теремок жить.
– Мы бы и рады вас пустить, – хозяева извиняются, – да темно у нас тут. Передавим в темноте друг друга, того и гляди. Да и куда глядеть, коль ничего не видно?
– Вы нас только пустите, – разноцветные объясняют, – и свет в теремке появится.
Стали они жить вместе. Хозяева жилплощадь предоставляют. Пурпурные помещение проветривают. А красные, золотистые, а главное – зеленые и сине-зеленые солнечные батареи на крыше устроили и освещение наладили. Стало в теремке светло.
Какое-то время спустя опять в дверь стучат. Ну при свете-то ее быстро открыли. А там кто-то такой бледненький и совсем махонький извивается.
– Пустите, – просит, – в теремок жить.
– Мы бы со всей душой, – хозяева вздыхают. – У нас теперь и дышится легко, и видно все, да больно тесно стало. И съели вокруг теремка уже все почти. Пора бы в другое место податься, да теремок бросить жалко.
– Ничего, – новый гость соглашается. – Я тут на крылечке примощусь. Может, и пригожусь для чего.
Легли хозяева почивать. Наутро дверь открывают, чтобы гостя нового проведать. Глядь – стоит теремок в другом месте, лучше прежнего.
Новый постоялец хоть и совсем махонький был, но так извернулся, что сдвинул весь теремок с места и на новое место перетащил.
А поскольку он снаружи теремка постоянно торчал, приспособился жилец этот обо всем, что там снаружи происходит, другим соседям рассказывать. И про то, что там есть вкусного. И про то, где холодно, а где теплее. И о том, что чем пахнет.
Стало в теремке веселее прежнего. Со временем там компьютерный центр наладили. Но не для того чтобы в стрелялки да пулялки поигрывать, а чтобы всю информацию о теремке там схоронить.
Информация та на особых лентах полосатых записана была. Значилось на них, и как теремок заново отстроить. А чтобы накопленная информация зря не пропадала, делили эти ленты пополам. Потом с соседними теремками такими половинами обменивались. Как обмен наладился, в каждом теремке много чего нового узнали. Стали тогда теремки многоквартирными да многоэтажными строить. Сначала из одинаковых блоков. Потом из разных. Так, чтобы и кухня отдельно была, и санузел от кухни отгорожен. И всякие другие подсобные помещения при нем находились.
И были то уже не просто теремки, а палаты белокаменные.
Протерозой длился два миллиарда лет. За это время прекратился круговорот железа, ушедшего в железистые кварциты. Постепенный рост материков и разрушение метановой оболочки привели к началу оледенений, а оледенения – к перемешиванию океанических вод, обогащению их кислородом и выносу питательных веществ. С расширением пространства, доступного жизни, началось преобразование самих организмов, и около одного миллиарда лет назад микробные сообщества были разбавлены эукариотами. Кислородная атмосфера вкупе с похолоданием положила конец господству бактериальных сообществ, но дала начало поступательному развитию эукариот, которым требовалось больше энергии. Бактерии постоянно меняли условия среды. Но, преобразуя ее, они сделали планету пригодной для эукариот и особенно – для многоклеточных животных. Последние отныне получили практически неизменные условия, в рамках которых лишь замещали друг друга, постоянно прибавляя в разнообразии и сноровке. К самому концу протерозоя эукариоты существенно потеснили прокариот. Бурный рост водорослевого планктона отрицательно повлиял на освещенность морского дна и климат. Обилие микробных строматолитов в морских отложениях сократилось. Но появились водорослевые луга, среди которых поползли первые многоклеточные животные.
