Нераскрытые тайны природы

Глава 3. В чем причина массовых вымираний?

Согласно оценкам ученых, в какой-то форме жизнь — пусть это всего лишь одноклеточные бактерии — существует на нашей планете вот уже около 3,5 миллиарда лет. Этот промежуток времени соответствует 20-25% вероятного возраста Вселенной (о дискуссии по данному вопросу см. гл. 18). Как бы впечатляюще это ни звучало, после первоначального появления жизни потребовалось почти 3 миллиарда лет, прежде чем возникли разнообразные ее формы. Как об этом писал в своей книге «Вымирание», вышедшей в 1991 г., известный палеонтолог Дэвид Рауп 11], приблизительно 600 млн. лет назад «органическая эволюция буквально сорвалась с цепи». С тех пор появилось не то 5, не то 50 миллиардов различных видов живых организмов — эта неопределенность их количества показывает, насколько мало мы знаем. В то время как некоторым видам, например крабоподобным трилобитам, в той или иной форме удалось просуществовать несколько сотен миллионов лет, 99,9% всех когда-либо существовавших видов в конце концов исчезли с лица Земли. Вряд ли можно похвастаться таким рекордом выживания. Что же произошло с миллиардами видов, которых теперь нет?

Мы довольно хорошо знаем, что случилось с некоторыми видами, исчезнувшими в самое последнее время: с ними успешно расправились сами люди. Яркий пример — странствующие голуби. В XIX веке в США их были миллионы. Небо темнело, когда взлетали стаи этих птиц. Однако, к несчастью, они были хорошей пищей, а их перья популярны для модных женских шляпок. В результате в 1914 г. последняя особь умерла в зоопарке. Более экзотические существа, такие, как дронт, с самого начала немногочисленные, исчезли в результате охоты на них еще в XVII веке, а покрытого шерстью мамонта, как полагают, постигла та же участь от рук первобытных охотников еще до наступления последнего оледенения. В настоящее время, согласно данным биологов и ботаников, быстрым темпом идет истребление тропических лесов в Южной Америке, что приводит к уничтожению миллионов видов животных и растений, большинство которых не были даже занесены в каталоги. Все свидетельствует о том, что среди существ, живших на нашей планете на протяжении всей ее истории, одни только люди были способны приводить к исчезновению множества других видов.

Однако этот ужасный факт объясняет лишь очень небольшой процент вымираний, происходивших в течение миллиардов лет. Мы вовсе не намеревались наносить подобный ущерб очень долго, и миллиарды видов исчезли без нашего вмешательства. Два основных направления научной мысли в отношении того, почему вымирания происходили столь часто, отражены в названии книги Раупа «Вымирания: Неудачные гены или неудачная судьба?» [1].

В течение более 140 лет, которые прошли со времени публикации трудов Ч. Дарвина, преобладала школа приверженцев «неудачных» генов. Поскольку Земля непрерывно изменяется, ее континентальные массы почти незаметно перемещаются, образуя новые материки, через довольно регулярные промежутки времени происходят климатические потепления и похолодания, а геомагнитные полюса меняются местами, и возникающие в результате этого землетрясения, извержения вулканов, оледенения и перенос теплых тропических воздушных масс, безусловно, представляют испытания для любых живых существ. Те, кто обладает генетической «гибкостью» и может приспособиться к подобным изменениям, конечно, имеют наибольшие шансы выжить; организмы с менее гибкой генетической структурой, а часто это самые крупные и наиболее сложные организмы, будут выбиты из колеи. К тому же по мере развития некоторого биологического вида в направлении большей генетической эффективности его хуже приспособившиеся предки постепенно вымирали и без дополнительного воздействия изменений окружающей среды. Даже самый примитивный обитатель ранних морей имел преимущество перед близкими к нему формами жизни, если у него развивалась способность с большей эффективностью, чем у вида, от которого он произошел, перерабатывать в процессе питания микроорганизмы. Таким образом, приспособляемость — «выживание наиболее приспособленных» — многие ученые считали достаточным фактором, чтобы его отсутствием объяснить большинство случаев вымирания.

Однако по мере накопления палеонтологических данных, рассказывающих об истории развития жизни на Земле, этот подход стал встречать все большие трудности. Одной только эволюционной теорией невозможно было объяснить пять известных в истории Земли массовых вымираний, при которых исчезало большинство существовавших в то время форм жизни. Поэтому за последние полстолетия мнение все большего числа ученых смещалось к сценарию «невезения», по которому массовые вымирания были вызваны редкими катастрофами, природа и сила которых были достаточны, чтобы произвести опустошение всей планеты. Но прежде чем говорить о фактических данных, свидетельствующих в пользу таких катастроф, рассмотрим вкратце эти пять массовых вымираний, происшедших за последние 500 млн. лет.

Массовое вымирание происходило в каждом из пяти периодов геологической истории: ордовикском, девонском, пермском, триасовом и меловом (см. схему). В остальные шесть периодов геохронологической шкалы массовых вымираний не выявлено, хотя нет сомнений в том, что какие-то виды исчезали на протяжении всего интервала в 600 млн. лет, называемого фанерозоем, когда на Земле существуют сложные формы жизни. В течение ордовикского периода, продолжавшегося начиная с 505 до 440 млн. лет назад, жизнь на нашей планете существовала только в морях. Растения появились на суше и быстро распространились только в девонский период — приблизительно с 410 до 360 млн. лет назад. Начиная с пермского периода, примерно 286 млн. лет назад, настало время позвоночных — как мелких, так и крупных. И пресмыкающиеся, и млекопитающие существуют начиная с пермского времени, но гораздо более разнообразными млекопитающие стали после того, как примерно 65 млн. лет назад вымерли все динозавры.

В своей книге «Чудо жизни» [3] (1989 г.) и в других своих работах Стивен Гоулд дает понять, что деление фанерозоя на такие отдельные категории, как «век рыб», «век рептилий» и «век млекопитающих», является слишком большим упрощением. После того как и моря, и суша оказались заселенными биологически сложными существами, разные виды живых организмов всегда в какой-то степени перекрывались. Из-за своего восхищения динозаврами мы можем говорить: «когда Землей правили динозавры», однако ничего такого не происходило, несмотря на подчас огромные размеры этих существ. Известно лишь около 50 видов динозавров, тогда как в настоящее время одних только белок имеется 150 видов, но мы не считаем, что белки правят миром, хотя, раскачиваясь на ветвях деревьев у нас во дворе, они подчас действуют раздражающе. Точно так же мы не думаем, что Землей управляют самые крупные из сухопутных млекопитающих — слоны, численность которых быстро сокращается. Размеры не играют никакой роли. Если же руководствоваться только численностью, то окажется, что начиная с пермского периода миром правят насекомые. Гораздо точнее будет сказать, что основная роль на Земле принадлежит многообразию, которое человек непрерывно и успешно разрушает, несмотря на то, что наше собственное существование зависит от его сохранения.

Хотя ни одна группа животных не занимает на Земле господствующего положения, во время массовых вымираний некоторые формы жизни исчезли безвозвратно, как это случилось с динозаврами. Общепризнано также, что массовое вымирание динозавров и множества других видов открыло дорогу для роста численности млекопитающих, и эволюция одного из их семейств привела к возникновению человека. По мнению некоторых ученых, если бы динозавры не были уничтожены, они могли бы в конце концов развиться в прямоходящие существа и приобрести подобные нашим — или даже большие — умственные способности. Некоторые данные свидетельствуют о том, что более мелкие динозавры уже были на пути, который привел бы их к прямохождению на двух ногах. Однако ряд специалистов возражают против такой точки зрения, отмечая, что динозавры существовали очень долгое время, не развившись в двуногие существа, тогда как приматы в результате эволюции очень быстро — в смысле относительных сроков — превратились в человека.

Если не учитывать подобных умозаключений, гибель динозавров послужила основой для выдвижения современных аргументов о причинах массовых вымираний. Этому способствовали два фактора: во-первых, всеобщее увлечение динозаврами, существовавшее в течение полутора столетий начиная с введения самого этого слова Ричардом Оуэном в 1842 г.; во-вторых, исчезновение динозавров было последним из пяти массовых вымираний, и поэтому палеонтологическая летопись об их 140 млн. лет пребывания на Земле гораздо богаче, чем о большинстве других форм жизни, вымерших в более ранние геологические периоды.

Чем больше информации об исчезнувших видах (или о роде, состоящем из некоторого количества семейств, в которые входят отдельные виды живых организмов) становится доступно, тем большее число ученых из других областей науки получают возможность ее изучать. Хотя представления о динозаврах на протяжении последних десятилетий заметно менялись и многие загадки остаются неразгаданными (см. гл. 6), эти существа влекут к себе ученых, не имеющих никакого, казалось бы, отношения собственно к исследованию динозавров. Никто не вступил в споры о динозаврах из более далекой сферы деятельности — и отчасти поэтому вызвал наибольший шум, — чем Луис Альварес, лауреат Нобелевской премии по физике из Калифорнийского технологического института. Разработанные им совместно с сыном, геологом Уолтером, теории настолько взбудоражили в 70-е годы мир исследователей динозавров, что спокойствие не наступило до сих пор. Они заставили совершенно по-новому взглянуть на проблему массовых вымираний в целом.

Вернемся в 1973 г. Уолтер Альварес с группой других геологов проводил раскопки в районе Губбио на севере Италии, пытаясь найти подтверждения инверсий магнитного поля Земли, которые по неизвестным причинам происходят примерно раз в миллион лет. В Губбио между двумя слоями известняка, содержащими множество ископаемых остатков, У. Альварес обнаружил глинистый пласт, почти совершенно лишенный окаменелостей. Его поразило, что этот пласт имел геологический возраст, совпадавший с концом мелового периода, когда на Земле исчезли динозавры. (Это время часто называют границей К—Т, где буква К соответствует немецкому слову Kreide — «меловой», а Т — третичному периоду.) В 1977 г. Уолтер вернулся в США, привезя с собой образцы глины из этого слоя, и поговорил о них со своим отцом, физиком Луисом Альваресом.

Луис Альварес получил Нобелевскую премию по физике в 1968 г. за разработку жидководородной пузырьковой камеры, которую он использовал для регистрации короткоживущих элементарных частиц, называемых «резонансами». Он был человеком очень широких интересов, многого достиг в разных областях, работал над Манхэттенским проектом по созданию атомной бомбы и изобрел систему радиолокационного наведения для посадки самолетов. Глинистые образцы Губбио заинтересовали его, и он стал проводить их геохимический анализ. В 1978 г. Альварес получил несколько дополнительных образцов и обнаружил, что в этой глине концентрация иридия в 30 раз больше, чем в выше- и нижележащих слоях известняка. На поверхности Земли иридий — редкий элемент, но он широко распространен в метеоритах. Высокая концентрация иридия в глине конца мелового периода была поразительна.

Луис Альварес рассмотрел несколько возможных объяснений. Например, если бы в тот период где-то в пределах нашей Галактики произошел взрыв сверхновой, то это могло бы привести к осаждению на Землю иридия — но такое предположение не подтверждалось фактическими данными. Луис и Уолтер Альваресы обратились к другой гипотезе: в Землю врезался крупный метеорит. Если бы он имел в поперечнике по крайней мере 10 км, то при ударе образовались бы огромные тучи пыли, которые в течение нескольких лет окутывали Землю, в результате чего поток солнечного света ослаб настолько, что сильно пострадала бы растительность и в морях, и на суше. Это привело бы к разрушению пищевой цепочки, что, несомненно, могло бы объяснить гибель не только динозавров, но и множества других биологических видов, исчезнувших с нашей планеты в это же время.

Гипотеза Альваресов была опубликована в июне 1980 г. в журнале «Science». Это довольно драматичное научное повествование было тут же подхвачено популярной прессой («Метеорит убил динозавров!»), что только усилило раздражение скептически настроенных ученых в разных областях науки. Многие геологи, коллеги Уолтера Альвареса, особенно активно отвергали эту идею, поскольку предлагали свою собственную теорию, основанную на грандиозных вулканических извержениях, которые также могли порождать пылевые облака, препятствовавшие прохождению солнечного света. Другие же сочли эту гипотезу достаточно правдоподобной. Кроме того, ее вполне можно было проверить. Если бы удалось обнаружить аналогичные осаждения иридия в других местах земного шара, это послужило бы подтверждением выводов, сделанных по находкам в Губбио. И нет ли где-нибудь достаточно большого кратера соответствующего возраста, что доказало бы столкновение такого метеорита с Землей?

^{Размеры кратера Chicxulub, образовавшегося при столкновении Земли с астероидом 65 млн. лет назад, долгое время недооценивались, так как больше половины его находится ниже уровня моря, а следы на суше были почти целиком стерты с течением времени вследствие эрозии и изменений формы полуострова Юкатан. Когда в результате измерений были определены его возраст и полные размеры (180 км в диаметре), это явилось подтверждением теории того, что вымирание динозавров было вызвано столкновением Земли с астероидом. (Из материалов Геологической службы США.)}

В течение двух последующих лет в самых разных местностях было установлено присутствие иридия в пластах нужного возраста, но у других ученых возникли новые вопросы. Усилились сомнения в том, что иридий мог оставаться в атмосфере долгое время, достаточное, чтобы от единственного места удара метеорита разнестись по всему земному шару. Однако компьютерные модели показали, что «баллистическое рассеяние» иридия вполне возможно. В ходе этих дебатов оставалась одна более серьезная проблема: где найти требуемый кратер? Ни один из известных на суше кратеров не имел подходящего возраста или размера. Только в 1989 г. на северном берегу полуострова Юкатан океанографы, проводившие здесь съемку местности, обнаружили подводный кратер. После проведенных в 1993 г. измерений было объявлено, что диаметр этого кратера Chicxulub paвен 180 км, т. е. он больше штата Западная Виргиния и практически является самым большим из известных кратеров в Солнечной системе. Более того, исследования показали, что он образовался 65 млн. лет назад, а значит, в точности тогда, когда произошло массовое вымирание, уничтожившее динозавров. В течение еще четырех лет изучался материал, поднятый из кратера, и в 1997 г. уже другие ученые пришли к выводу, что отложения иридия и других элементов совместимы с геологическими находками в Губбио, Дании и Новой Зеландии, о которых в 1980 г. объявили Луис и Уолтер Альваресы и их коллеги — химики Фрэнк Азаро и Элен Мишель. С этого момента большинство ученых признало, что падение метеорита сыграло, по крайней мере, какую-то роль в исчезновении динозавров. С этим выводом согласовались и обнародованные в ноябре 1996 г. результаты исследований, показавшие, что Юкатанский метеорит врезался в Землю под острым утлом, вследствие чего над Северной Америкой могла пронестись колоссальная огненная буря.

Однако данный вывод не означал, что крупный спор о массовых вымираниях разрешен. Некоторые ученые, в том числе Дэвид Рауп, решили, что теперь стал ясен физический механизм, способный объяснить все массовые вымирания. Ученые не надеялись найти кратеры, которые образовались на Земле в периоды, совпадающие с более ранними массовыми вымираниями: изменения земной поверхности за миллионы лет неизбежно стерли все следы метеоритных ударов, имевших место в периоды более древних вымираний. Дрейф континентов, обнаруженный в исследованиях XX века, показал, что 200 млн. лет назад не только существовал единый суперконтинент Пангея, но и что он возник из обломков еще ранее существовавшего суперконтинента Родиния. Эти грандиозные преобразования земной поверхности вполне могли бы объяснить, почему у нас нет надежных доказательств возникновения других кратеров типа Chicxulub.

Несмотря на эти находки и выводы, попытка приписать все пять массовых вымираний, произошедших за 500 млн. лет, ударам метеоритов была довольно дерзкой и действовала раздражающе. Ученые, по крайней мере, отчасти сохранившие скептическое отношение к этому сценарию даже относительно динозавров, получили повод говорить более открыто и громко. Эти ученые были склонны признать, что падение метеорита сыграло некоторую роль в исчезновении динозавров, однако только некоторую. Плоскогорье в западной части Индии покрыто обширными потоками лавы, известными как Деканские траппы, и некоторые ученые утверждают, что такая интенсивная вулканическая деятельность могла бы создать столь же неблагоприятные атмосферные условия, что и столкновение с метеоритом. Хотя датировка Деканских траппов несколько проблематична, некоторые полагают, что для того, чтобы решить исход дела, необходимо сочетание вулканических извержений и падения метеоритов. Придерживаясь иной точки зрения, некоторые специалисты обращали внимание на то, что в других частях света динозавры погибали медленнее, чем в Северной Америке, где удар при падении Юкатанского метеорита, видимо, был самым сильным. Согласно еще одной точке зрения, динозавры начинали вымирать еще до падения этого метеорита и исчезли бы с лица Земли и без подобной катастрофы, лишь ускорившей их гибель. Это мнение часто связывают с идеей о том, что многие динозавры во вред себе оказались чересчур велики, и совсем незначительных изменений окружающей среды было достаточно, чтобы возник недостаток их пищи. Согласно этим рассуждениям, в процессе эволюции динозавры меньших размеров уже стали превращаться в животных, подобных современным пресмыкающимся, а также в первых настоящих птиц.

Мнение, по которому одни динозавры достигли чрезмерных размеров, тогда как другие эволюционировали в новые виды, свидетельствует в пользу теории вымирания, обусловленного неудачными генами. Гигантский размер, возможно, был неудачной генетической особенностью, поскольку создавал повышенную уязвимость по отношению к изменениям окружающей среды, тогда как организмы меньших размеров могли со временем лучше адаптироваться к новым условиям. Даже Дэвид Рауп допускает, что некоторые виды всегда вымирали из-за генетических проблем, свойственных конкретному виду. В диапазон таких проблем входят, с одной стороны, болезни, воздействующие лишь на один какой-нибудь вид или несколько видов, а с другой — изменения среды обитания, которые могут приводить к летальному исходу для вида, занимающего очень узкую нишу. И те и другие проблемы в наше время угрожают многим видам, например змеешейке (разрушение среды обитания) и флоридской пантере (наследственное нарушение половых органов). Рауп считает, что трилобиты оказались жертвой неудачных генов. Среди ископаемых остатков кембрийского периода найдено шесть тысяч видов трилобитов, но их число резко сократилось во время двух последовавших за этим массовых вымираний, а в конце палеозойской эры 325 млн. лет назад они и вовсе исчезли.

Однако Рауп убедительно доказывает, что неудачными генами нельзя объяснить гибель огромного числа видов во время массовых вымираний. В эти периоды должно было происходить нечто, в результате чего полностью исчезали биологические виды как с неудачными, так и с удачными генами. Сам Рауп говорит о необходимости объяснить часто упоминаемую цифру — 96% всех видов вымерло в конце пермского периода. Он взял ее из своей статьи, опубликованной в 1979 г., где эта величина рассматривалась в качестве верхнего предела, причем с множеством оговорок. Но и вымирания даже 70% было бы более чем достаточно, чтобы предположить некий катаклизм.

Тем не менее многие ученые не разделяют уверенность Раупа в том, что главной причиной всех пяти массовых вымираний были падения на Землю метеоритов. Однако он имеет сторонников, и некоторые возражения против его теории можно парировать. Например, иногда настаивают на том, что важнейшую роль играли неоднократно происходившие интенсивные извержения вулканов (и в некоторых случаях даже приводят подтверждающие их точку зрения геологические свидетельства). Но тогда можно отметить, что удар достаточно крупного метеорита мог сам спровоцировать вулканическую деятельность, а это превращает ее из причины в следствие. Некоторые специалисты даже согласны признать, что причиной любого массового вымирания может оказаться несколько перекрывающихся факторов. Другие полагают, что в основе каждого из пяти важнейших случаев вымирания лежит какая-нибудь одна основная причина, но каждый раз иная. В одном случае это могло быть чрезвычайно интенсивное вулканическое извержение, в другом — значительное повышение уровня моря, в третьем — серьезные климатические возмущения. Один из этих сценариев, в том числе падение метеорита, мог реализоваться не один раз.

Маловероятно, что эти споры когда-нибудь стихнут. Юкатанского кратера оказалось достаточно, чтобы подтвердить метеоритную гипотезу последнего случая массовых вымираний, но у исследователей мало надежд найти подобные же доказательства для более древних вымираний. За последние несколько сотен миллионов лет поверхность Земли слишком много раз и слишком сильно менялась. В будущем иные открытия, несомненно, будут склонять чашу весов в ту или иную сторону, по крайней мере, на какое-то время, но окончательные решения кажутся иллюзорными.

По мнению некоторых специалистов, найти ответы, возможно, вскоре позволит одно весьма сильное средство. Самое значительное вымирание со времен последнего (в конце мелового периода 65 млн. лет назад) происходит сейчас на наших глазах. Причиной его служит деятельность человека. Некоторые ученые опасаются, что мы столь сильно разрушаем окружающую среду, что это повлечет за собой наше собственное вымирание — с этим наглядным уроком лучше бы не иметь дела. С другой стороны, если на Землю вновь упадет достаточно большой метеорит, мы можем столкнуться с повторением катастрофы мелового периода. В космосе находятся блуждающие астероиды, и, как мы знаем, некоторые иногда приближаются к Земле. Мало кто из астрономов сомневается в том, что рано или поздно наша планета опять испытает сильный удар космического объекта. Если мы не разработаем план разрушения такого астероида еще в космосе, скажем, путем применения атомных бомб, как предлагают некоторые ученые, то нам, возможно, придется на собственном опыте узнать, каким оказался изменившийся мир, внезапно представший динозаврам. Но если оставить в стороне столь зловещие способы приобретения знаний о происхождении массовых вымираний, то в итоге окажется, что первые четыре массовых исчезновения животных останутся для нас тайной. Об их причинах идут бесконечные споры, и кое-что более или менее определенно известно лишь относительно пятой, наиболее близкой к нам по времени катастрофы.

1. Raup, David M. Extinction: Bad Genes or Bad Luck? New York: Norton, 1991. Коллега и друг Раупа Стивен Гоулд характеризует его как «основного инициатора» повышенного интереса ученых к проблеме вымирания в последние несколько десятилетий. Эта книга, написанная ярким живым языком, предназначена для широкого читателя, содержит много любопытного и охватывает проблему со всех сторон.

2. Alvarez, Walter T. Rex and the Crater of Doom. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1997. В этой научно-детективной истории описывается вся подоплека создания Уолтером Альваресом и его отцом, покойным Луисом Альваресом, теории метеоритного удара. Это захватывающее повествование о научном открытии и о том, как заставить скептиков поверить в справедливость новой теории.

3. Gould, Stephen J. Wonderful Life. New York: Norton, 1989. Бестселлер, который многие считают классической работой, где ископаемые остатки, найденные в бургесских глинистых сланцах в Британской Колумбии, служат основой для широкомасштабного анализа роли как эволюции, так и вымирания. В настоящее время под влиянием Ричарда Райта, автора книги «Nonzero: The Logic of Human Destiny» (New York: Pantheon, 2000), наблюдается отрицательное отношение к взглядам Гоулда на том основании, что он переоценивает роль «случайных» аспектов эволюции, в частности роль человека. Стоит обратить внимание на этот спор и для начала — прочесть эту книгу.

4. Wilson, Е. О., Ed. Biodiversity. Washington, D. С: National Academy Press, 1988. Прекрасный сборник научных статей и очерков о гибели живых организмов в настоящее время и, возможно, в будущем. Это серьезная книга, и в ней много важной информации найдут те, кто действительно интересуется вопросом о том, в самом ли деле мы сами прямо сейчас создаем новые условия для массового вымирания.

5. Chapman, С. R., and D. Morrison. Cosmic Catastrophes. New York: Plenum Press, 1989. Хорошо написанная книга, где с научными подробностями рассматривается вероятность того, что Земля в ближайшем будущем столкнется с массивным космическим объектом.

6. Wade, Nicolas, Ed. The Science Times Book of Fossils and Evolution. New York: Lyons Press, 1998. В этом сборнике статей, первоначально опубликованных в «New York Times», ясно и убедительно излагаются многочисленные результаты анализа ископаемых остатков и эволюционной теории последнего десятилетия XX века.

7*. Катастрофы и история Земли. Под ред. У. Берггрена, Дж. Ван Кауверинга. — М: Мир, 1986. В книге описывается развитие Земли и населяющего ее живого мира. Обобщается материал по истории океанов, показывающий крайнюю неравномерность развития, в котором этапы постепенного эволюционирования сменяются быстрыми катастрофическими событиями.