Недавно ученые объявили, что на Земле началось новое массовое вымирание: из-за деятельности человека темпы исчезновения видов позвоночных животных приблизились к уровню, который был 66 миллионов лет назад, когда вымерли динозавры. На самом ли деле флора и фауна Земли менялась в результате катастроф? Удар метеорита, глобальное потепление, испепеляющие пожары — вопреки привычным представлениям, закономерности эволюции гораздо сильнее вселенских катаклизмов.
История нашей планеты хранит следы нескольких крупных катастроф, буквально переформатировавших экологические системы тех времен. После каждого глобального вымирания на эволюционную сцену выходили новые классы живых существ, а от прежних оставались лишь окаменевшие остатки. Ученые Палеонтологического института имени А.А. Борисяка Российской академии наук, похоже, нащупали механизм этих изменений. А помогли им в этом насекомые — одна из самых успешных категорий животных, чьи некоторые представители способны выжить даже неподалеку от эпицентра ядерного взрыва.
Апокалипсис: альфа-версия
При словах «глобальное вымирание» обычно вспоминается исчезновение динозавров. Но была в истории Земли катастрофа куда большего масштаба, известная специалистам как «Великое вымирание». На границе пермского и триасового периодов, 252 миллиона лет назад, 96 процентов морских и более 70 процентов наземных видов животных исчезли, словно по мановению волшебной палочки. Ни до, ни после на нашей планете не происходило столь масштабного опустошения биосферы.
Обстоятельства той трагедии изучены достаточно хорошо и легко могли бы лечь в основу голливудского блокбастера. Да что там кино — создается впечатление, что именно Великое вымирание вдохновляло автора «Откровения Иоанна Богослова», детально описавшего гибель нашей собственной цивилизации. Вот лишь некоторые из факторов, сочетание которых, похоже, и вызвало к жизни эту грандиозную катастрофу.
В конце пермского периода на огромных пространствах Сибири произошли фантастические по своим объемам прорывы магмы на поверхность Земли. Застывшие лавовые поля, известные как сибирские траппы, занимают в общей сложности два миллиона квадратных километров — площадь Гренландии или Индии. Объем излившихся пород оценивается сегодня примерно в пять миллионов кубических километров. Разумеется, такая масса лавы заметно разогрела земную атмосферу, добавив в нее изрядную толику парниковых газов, что привело к еще большему — глобальному — потеплению.
Базальтовые скалы плато Путорана, образованного траппами
Фото: xandreani / Flickr
Примерно в то же время на территорию современной Антарктиды, на Землю Уилкса, упал крупный астероид, кратер от которого (диаметром 500 километров) до сих пор виден. Заметим, что диаметр мексиканского кратера Чиксулуб от метеорита, считающегося убийцей динозавров, — всего 175 километров.
И наконец, в океане произошло загадочное событие, высвободившее огромные массы метана — важнейшего компонента парниковых газов. То ли этот метан миллионы лет копился в придонных слоях воды, то ли его начали массово выделять археи рода Methanosarcina, но состав земной атмосферы сильно изменился.
Итог всех этих неприятностей — тестовая версия Апокалипсиса: небо закрыла пелена вулканической пыли, с которой смешалась пыль от удара астероида. Воздух был горяч и сух, а океан превратился в раствор кислоты, совершенно непригодный для жизни большинства своих прежних обитателей.
Кризис разнообразия
В таких ужасающих условиях способны выжить немногие живые существа, считают многие современные палеонтологи. Поэтому фауна массово вымирала, и лишь когда атмосфера очистилась, а океанская вода из кислой сделалась просто соленой, редкие выжившие создания приступили к новому этапу эволюции. Но, как выяснилось, эта логичная и понятная схема, к сожалению, не имеет никакого отношения к действительности!
Российский палеонтолог, доктор биологических наук, заведующий лабораторией артропод Палеонтологического института Александр Павлович Расницын много лет изучает насекомых пермского и триасового периодов. И по его данным получается, что никакого катастрофического Великого вымирания на самом деле не было.
Кризис на рубеже перми и триаса считался таким глубоким, что известный британский палеонтолог Майкл Бентон даже выпустил книгу под названием «Когда жизнь почти умерла». Другой ученый, Джек Сепкоски из университета Чикаго в одной из своих работ представил график, на котором видно, как подъемы разнообразия животных сменяются плавно относительно стабильного числа видов и глубокими, резкими провалами вымираний. А у российских ученых вышло, что на границе перми и триаса имеется некоторый спад, но длительный и не такой глубокий, как нарисовано у Сепковски. Этот провал в перми и триасе, очень долгий, продолжался более половины пермского периода — десятки миллионов лет.
Видовое разнообразие трех основных типов морской фауны фанерозоя: кембрийской, палеозойской, современной
График: J. John Sepkoski, Jr. / Contributions to Zoology
Чтобы более детально разобраться в событиях того далекого времени, Расницын и его коллеги применили свою собственную методику. Они работают на уровне семейств, потому что отрядов у насекомых недостаточно много, а родов слишком много, и главное, что они очень короткоживущие. В результате была построена кривая на основе нескольких показателей, самые главные из которых — первые и последние находки представителей конкретных семейств. Появление в геологической летописи и исчезновение из нее интерпретировались как возникновение и вымирание. Оказалось, что общее количество семейств (то есть собственно разнообразие фауны) снижается очень медленно на протяжении всей средней и верхней перми, не отражая никакого резкого вымирания. В нижнем триасе насекомых действительно практически нет, но беда в том, что в среднем и верхнем триасе очень значительная часть палеозойских семейств снова возникает. «То есть насчет вымерли — это совсем не та история», — отмечает Расницын.
И совсем замечательная вещь — позднепермское вымирание традиционно связывают с сибирскими траппами, с излиянием колоссального количества магматического вещества в Сибири. Утверждается, что выброс огромного количества газов, сжигание накопившихся углей и торфов и прочие драматические события превратили планету в совершенную душегубку. Но дело в том, что тунгусские лавовые излияния не были одномоментными, а из межтрапповых осадочных слоев (например, с Тунгуски и Бабьего Камня в Кузбассе) известно множество разнообразных насекомых и растений. То есть биосферу эти лавовые поля не погубили — по крайней мере флору и энтомофауну.
Так что же происходило в таком случае с разнообразием насекомых, пока вся остальная фауна глобально вымирала?
«Интенсивность исчезновения насекомых в средней-верхней перми, в разгар Великого вымирания, застывает на одном уровне. Но при этом резко снижается появление новых семейств. Получается, что снижение разнообразия происходит не за счет роста вымирания, а за счет снижения скорости возникновения новых семейств, и именно этот параметр определяет всю динамику разнообразия у насекомых. То есть вымирание, зависящее главным образом от внешних факторов — вулканизма, траппов, астероидов — на больших и самых интересных интервалах времени оказывается величиной постоянной, а варьируется динамика появления, которая в очень большой степени определяется внутренними свойствами организмов и процессами, идущими в биосфере. Это совершенно иная идеология!» — восклицает доктор Расницын.
Александр Расницын
Итак, исследования пермских и триасовых насекомых показывают, что ни о каком резком, спровоцированном глобальной катастрофой вымирании в их отношении говорить не приходится. Долговременное и плавное снижение разнообразия пермских насекомых больше напоминает последние миллионы лет мелового периода, когда число известных родов динозавров постепенно и неумолимо снижалось с сотен в начале мела до 10-30 в конце. Причина такого обеднения разнообразия, во всяком случае у насекомых, — эволюционный стазис, когда новые семейства просто перестают появляться, а старые продолжают жить, как и прежде, и вымирать с той же скоростью.
Трагедия совершенства
Но разве может эволюция остановиться? Такой вопрос неизбежно возникнет у любого читателя, освоившего школьный курс биологии. Неизвестно, что думал по этому поводу Чарльз Дарвин, а вот современные ученые считают, что не только может, но в определенных случаях просто обязана так поступить.
«Если ограничиться исключительно генетическим подходом к эволюции, рамками той самой синтетической теории, которую проходят в школе, то быстрее всех должны эволюционировать существа, у которых интенсивнее меняется генетика: у кого быстрее идет размножение, больше популяция, выше плодовитость. Иными словами, бактерии. А медленнее всего будут эволюционировать самые крупные, самые медленно размножающиеся формы. Так вот, на самом деле быстрее всех эволюционируют слоны и киты, а медленнее всего — одноклеточные. Все ровно наоборот», — рассказывает Расницын.
Почему так происходит? Точного ответа у ученых пока нет, но если не сомневаться в правоте генетики, то остается предположить лишь одно: предоставляемые генетикой резервы изменений у слонов и китов вполне достаточны для обеспечения самой быстрой эволюции. А вот у других эволюция чем-то заторможена и не идет, или идет не с полной скоростью. Вопрос в том, что тормозит эволюцию. Расницын предложил концепцию адаптивного компромисса, основанного на том, что если все в организме согласовано и гармонично, то изменить в нем что-то одно, не затронув по коррелятивным правилам и другие параметры, очень трудно. А коррелятивные изменения практически всегда будут не приспособительными и стало быть — вредными.
Насекомые пермского периода
Чтобы в такой ситуации эволюция все-таки пошла, требуется тонко сбалансированная организация живого существа. Простое ужесточение условий приведет к его вымиранию, а смягчение — вызовет лишь усиленное размножение, рост смертности, зависимой от плотности и восстановление всей системы на том же самом уровне. По-видимому, преодоление адаптивного компромисса возможно при каком-то одностороннем изменении условий, когда фактически адаптивному контролю подвергаются только некоторые из функций. Например, организм попадает на остров, где для него нет ни хищников, ни опасных паразитов, и вся проблема сводится к тому, чтобы научиться питаться тем, что там есть. Кстати, хорошо известно, что именно на островах зачастую происходит быстрая эволюция и животные принимают гротескные формы. Так что эволюция идет при возникновении таких несбалансированных условий, при попадании в новую экологическую нишу. Со временем она вновь создаст вполне сбалансированное существо, после чего опять наступит эволюционный стазис. Что же произойдет, если в фауне все ее компоненты достигнут очень высокого совершенства, мощного компромисса, так сказать, закоснеют в своей безупречности? Тогда при изменении условий они будут просто вымирать — до тех пор пока не освободится среда обитания, пока не смягчатся условия, не снизится адаптивный контроль и не облегчится эволюция. Все это мы и видим на примере палеозойских насекомых.
«Выжимка из наших исследований состоит в том, что никаких массовых вымираний у насекомых не было и динамика их разнообразия определяется динамикой возникновения новых групп, а не динамикой вымирания. На суше влияние и масштаб пермотриасовой катастрофы были гораздо меньше, чем в море, что вызывает полное изумление, если считать, что причины катастрофы — в изменениях атмосферы, ударе астероида и вулканизме. А поскольку наш подход на других группах животных не применялся, то я не могу утверждать, что ситуация с насекомыми специфична. Развитие разнообразия насекомых начиная с карбона и поныне очень похоже на то, как менялось суммарное разнообразие других животных в этот период. Поэтому совсем не исключено, что эти тенденции могут оказаться всеобщими, и пермо-триасовое вымирание на самом деле было обусловлено биологическими, а вовсе не геологическими факторами», — подытоживает Расницын.