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

Маргулис видит причину эволюции жизни в симбиозе и объединении свойств несходных между собой организмов – этот подход она распространяет не только на эндосимбиогенез (что уводит ее далеко от воззрений большинства ученых). Один из ее выпадов, отчетливо сформулированный на выступлении перед геологами в Денвере, штат Колорадо, направлен на поддержку спорной идеи британского биолога Дональда Уильямсона. В 2009 г. Уильямсон предположил, что бабочки представляют собой слияние генетического материала двух совершенно различных живых существ – червеобразной гусеницы и крылатой бабочки. Противостояние еще больше усилилось, когда Маргулис воспользовалась своей привилегией члена Национальной академии наук сокращать процесс экспертизы и способствовала публикации статьи Уильямсона в престижном журнале академии – Proceedings. Это вызвало возмущение у ряда членов академии, которые назвали гипотезу Уильямсона нонсенсом, более подходящим для дешевых таблоидов, чем для периодического издания Академии наук. Маргулис сочла, что работа Уильямсона достойна серьезного исследования и дискуссии. «Мы вовсе не требуем, чтобы все непременно согласились с идеями Уильямсона, – заявила она, – но надо оценить их с научной точки зрения, а не с позиции предрассудков».

Независимо от конечного исхода данной полемики теория эндосимбиогенеза Маргулис стала общепринятой. Ко времени неопротерозоя сложносоставные клетки с ядрами и различными внутренними структурами уже получили широкое распространение и были готовы преодолеть следующий симбиозный порог. Более 600 млн лет назад одноклеточные организмы научились взаимодействовать, соединяться, специализироваться и разрастаться в целые колонии. Они подготовились к тому, чтобы превратиться в животных.

Древнейшее ископаемое свидетельство существования экосистем, в которых доминировали животные, приходится на так называемый Эдиакарский период, начавшийся около 635 млн лет назад, вскоре после второго из трех крупных оледенений. Первые, отчетливо различимые ископаемые остатки этого периода были обнаружены в горных породах возрастом 580 млн лет в Эдиакаре на юге Австралии (отсюда и название периода). Эти мягкотелые организмы, предположительно родственные медузам и червям, оставили симметричные отпечатки, похожие на блинчики с орнаментом или на причудливо резные листья до 60 см в диаметре. Похожие отпечатки были найдены по всему миру в породах, относящихся ко времени 610 и 535 млн лет назад. Самой замечательной из находок стали обнаруженные в богатых фосфором слоях Доушаньто на юге Китая возрастом 633 млн лет группы микроскопических клеток, интерпретированных как яйца и эмбрионы. Эти образования, выросшие на морских шельфах вскоре после Мариноанского оледенения, во всех отношениях выглядят идентичными современным эмбрионам животных.

Итак, получается, что жесткий ледниково-парниковый цикл в конце концов сыграл важнейшую роль в эволюции современного мира. Надо признать, что как многоклеточные организмы мы обязаны своим существованием тому периоду времени, когда 800 млн лет назад климат Земли достиг критической точки после миллиарда лет, в течение которых устойчивое солнечное излучение и теплоизоляционный слой углекислого газа поддерживали на планете тепло. Стремительное поглощение углекислого газа за счет выветривания вновь образованных экваториальных континентов, а также распространение ледяного покрова от полюсов к экватору привело к длительному понижению температуры на миллионы лет, пока не восстановился необходимый уровень СО2, возможно, усиленный быстрым высвобождением метана с океанского дна, вызвав неудержимый парниковый эффект.

Эти очень нестабильные ледниково-парниковые циклы, вероятно, сильнее всех прочих факторов воздействовали на планету, выводя ее из состояния равновесия. Резкие смены климата в эпоху неопротерозоя привели к беспрецедентному росту уровня кислорода в атмосфере, что, в свою очередь, открыло дорогу для появления первых животных и растений и для освоения континентов. Это биологическое новшество привело к тому, что вскоре на Земле распространились новые существа: плавающие, зарывающиеся в землю, ползающие и летающие создания, осваивающие все более экстремальные среды обитания и демонстрирующие все более сложное поведение. Благодаря насыщенной кислородом атмосфере 650 млн лет назад, впервые в истории Земли, путешественник во времени, оказавшийся в окружении непривычного ландшафта, уже смог бы глубоко дышать, и ему не грозила бы мучительная смерть от удушья. Впервые можно было бы найти скудную, но все же пищу в зеленой тине, а также избежать смертельной дозы ультрафиолетового излучения.

Сегодня мы снова входим в период резкого изменения климата, поскольку начинают преобладать положительные обратные связи. Отражающий солнечные лучи ледниковый покров тает с нарастающей скоростью, открывая воду и сушу потоку солнечной энергии. Мы вырубаем и сжигаем деревья, накачивая таким образом атмосферу углекислым газом, поскольку уничтожаем главные потребители CO2 – леса. Вдобавок от таяния вечной мерзлоты и океанского льда усиливается выброс метана, что может еще выше поднять температуру по всей планете, провоцируя выброс новых порций метана и тем самым нарушая баланс парниковых газов. Если прошлое Земли может послужить для нас уроком – внезапное изменение климата в эпоху неопротерозоя должно стоять первым в списке череды событий. Дело в том, что ледниково-парниковые сдвиги в климате хотя и открывали новые возможности для развития жизни, но при этом сами по себе вызывали гибель почти всего живого на Земле.

Глава 10

Зеленая Земля

Развитие земной биосферы

Возраст Земли: от 4 до 4,5 млрд лет (последние 542 млн лет)

Глобальная тектоника спасла Землю от самой себя. Медленно и неуклонно конвекционные потоки в недрах Земли раскалывали экваториальный суперконтинент Родиния, распадающийся на более мобильные части. Континентальные массы сдвигались по направлению к полюсам, освобождая экватор от покрытой льдами суши, смягчая экстремальные состояния ледниково-парникового цикла. Изобилие новых видов водорослей также способствовало замедлению бурных колебаний концентрации углекислого газа, одновременно повышая содержание кислорода в атмосфере почти до современного уровня. С тех пор Земля уже не испытывала таких резких перепадов температуры, как во времена, предшествующие фанерозойской эпохе.

За последние 542 млн лет Земля подверглась пяти видам изменений. Продолжали смещаться континенты, вначале замыкая единственный океан формированием очередного суперконтинента, а затем, распадаясь, они образовали Атлантический океан, который до сих пор продолжает расширяться. Климат менялся от холодного к теплому и обратно, однако не достигал уже тех ледниково-парниковых крайностей, как в эпоху неопротерозоя. Произошло третье Великое кислородное событие, которое сопровождалось сначала уменьшением атмосферного кислорода вдвое, а затем возвращением к предыдущему уровню. Постоянно менялся уровень моря, резко меняя очертания береговых линий континентов; судя по данным исследования горных пород, уровень колебался в пределах нескольких сотен метров. Но самые значительные перемены произошли в биосфере. И в процессе всех этих изменений жизнь и минералы развивались в тесной взаимосвязи.

Земля менялась всегда, но особенно радикальные изменения произошли в эпоху фанерозоя, о разнообразии и сложности которых свидетельствуют горные породы гораздо более отчетливо, чем в прежние времена. Ключевые данные об этой яркой эпохе содержатся в прекрасно сохранившихся ископаемых остатках, подтверждающих процесс развития у живых организмов и растений устойчивых, твердых элементов: зубов, панцирей, костей и древесины. Животные и растения оказались особенно чувствительными к изменениям приповерхностной среды на Земле, и их окаменелые остатки свидетельствуют о поэтапной адаптации. Микроорганизмы способны выдержать почти любые невзгоды; эта устойчивость наряду с простыми формами и редкой встречаемостью в виде окаменелостей означает, что в докембрийскую эпоху, когда микроорганизмы водились в изобилии, не происходило их массовой гибели.

Иначе обстояло дело в фанерозое. В последние 542 млн лет Земля предстает перед нами совсем в ином свете. Это уже не планета, которая неспешно меняется в течение десятков, а то и сотен, миллионов лет, это стремительно развивающийся мир – каждые сто тысяч лет он становился совсем иным, отличаясь от предыдущего периода. Мы узнаем об этом отчасти благодаря более богатым находкам, но в принципе это заложено в самой природе жизни. Животные и растения, особенно те, которые освоили сушу, немедленно откликались на циклические перемены Земли – им приходилось реагировать и развиваться быстро, чтобы выжить. Прежние биологические виды вымирали, а их место занимали новые.