Задача выжить. Великие вымирания животных на Земле. Рассказывает д.б.н. Андрей Журавлев

История Земли насчитывает пять наиболее массовых вымираний животных. Какие причины их спровоцировали и как развивалась жизнь на планете в дальнейшем? Правда ли, что сейчас мы наблюдаем шестое массовое вымирание? Как глобальные оледенения связаны с всплеском биоразнообразия на Земле? На эти и многие другие вопросы ответил Андрей Юрьевич Журавлев ― доктор биологических наук, профессор кафедры биологической эволюции биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и популяризатор науки.

― В истории Земли выделяют пять великих вымираний животных. Расскажите о них, пожалуйста.

― Великими их называют из-за того, что в это время вымерло более половины, а в некоторых случаях ― более 75% всех существующих на тот момент видов животных, как на суше, так и в океане. Самым грандиозным считается, конечно, пермско-триасовое вымирание, случившееся около 250 млн лет назад. Эта катастрофа разделяет палеозойскую и мезозойскую эры. Тогда на нашей планете исчезло около 90% видов животных. Второе по значимости ― вымирание на рубеже мелового и палеогенового периодов, то есть мезозойской и кайнозойской эр (около 66 млн лет назад).

― Тогда вымерли в том числе динозавры?

― Да. Мел-палеогеновое вымирание, положившее конец мезозойской эре, привело к вымиранию примерно 75% видов животных, среди которых были не только динозавры, но и летающие ящерицы, гигантские морские рептилии, аммониты и другие морские и наземные животные. Кроме того, есть еще три менее значимых, но серьезных вымирания. Одно из них произошло на рубеже триасового и юрского периодов (около 200 млн лет назад), другое ― в конце ордовикского (в начале палеозойской эры, около 445 млн лет назад), и еще одно ― ближе к концу девонского периода (около 370 млн лет назад).

На самом деле крупных вымираний в истории Земли было гораздо больше пяти. В палеонтологической науке есть такое понятие, как фоновое вымирание: грубо говоря, кто-то постоянно вымирает. Но есть еще пиковые вымирания, вызванные, как правило, какими-то внешними причинами и приводящие к более интенсивному вымиранию в единицу времени (от десятков тысяч до миллионов лет).

Процесс, когда видов вымирает больше, чем появляется новых, мы и называем массовым вымиранием.

Значительность и темпы вымирания зависят от того, насколько стабильна биологическая система на данный момент времени. Например, в кембрийском (539–485 млн лет назад) или эдиакарском (635–539 млн лет назад) периодах биота менялась фактически после каждого «чиха»! Позднее крупные вымирания стали более редким явлением.

― Эры палеоботаники смещены относительно эр животных примерно на 40 млн лет. Правда ли, что за несколько десятков млн лет до вымирания динозавров на планете произошло массовое вымирание растений?

― Действительно, растения в своем развитии немного опережают животный мир, поэтому, например, кайнофит на Земле наступил раньше кайнозоя. Это значит, что «смена парадигм» в растительном царстве (в том числе появление новых растений) завершилась раньше, чем это случилось в животном мире. В середине мелового периода на суше среди растений уже произошло обновление. То же самое наблюдалось, в принципе, относительно мезофита и мезозоя: мезофит шел впереди.

Растения, представляющие современный мир (более 80% из них ― цветковые), заняли важное место в наземной экосистеме во второй половине мелового периода, достаточно быстро вытеснив более древние формы. Какие-то из прежних доминантов стали реликтами, например всем знакомый гинкго: сейчас это один вид, а в меловом периоде было много разных гинкговых. Некоторые группы совсем исчезли с лица Земли, например хейролепидиевые, производившие ту самую смолу, где мы сегодня находим разных меловых ископаемых, вплоть до фрагментов динозавров и древних птиц. На протяжении позднемеловой эпохи цветковые поступательно и безостановочно вытесняли своих конкурентов, и к концу мезозойской эры мир растений был уже во многом похож на современный. Кстати, и сама экосистема на тот момент была достаточно устойчивой. К концу палеозойской эры она таковой еще не была, поэтому во время пермско-триасового вымирания исчезло около 90% видов животных. А в конце мелового периода ― не более 75% видов, несмотря на все катаклизмы, которых было немало.

― Какая из гипотез вымирания динозавров вам кажется наиболее правдоподобной?

― Вероятно, здесь сыграл роль целый комплекс причин. Каждый год ученые находят новую информацию, касающуюся мел-палеогенового вымирания. Например, недавно, вышла статья, где было показано, что знаменитый Чиксулубский метеорит, упавший в Карибское море примерно 66 млн лет назад, подлетая к Земле, вероятно, распался на части: один из его осколков был недавно найден в океане у побережья Гвинеи в Западной Африке на глубине около 200 м. Может быть, где-то есть и другие осколки, пока не обнаруженные. Во время падения этого метеорита Западная Африка была примерно на 3 тыс. км ближе к нынешней Южной Америке, поэтому неудивительно, что осколки оказались в этом месте.

В целом же этот удар из космоса привел к быстрым скачкам температуры на Земле и ряду других катастрофических явлений.

― Но ведь крупные метеориты падали на Землю и раньше, почему же они не уничтожили животных в предыдущие разы?

― Да. Но последствия их падения, опять же, связаны с тем, в каком состоянии находилась биота на тот момент. Если речь идет о динозаврах, то они, вероятно, были не в лучшей своей форме. К этому времени разнообразие млекопитающих уже превышало разнообразие ящеров: они постепенно, как и цветковые растения среди голосеменных лесов, занимали все больше и больше экологических ниш. Расцвет млекопитающих пришелся на начало эры кайнозоя и продолжается по сей день.

Внешний удар по нестабильной биоте принципиально отличается от удара по стабильной биоте скоростью восстановления последней. Так, после пермско-триасового вымирания, вызванного, скорее всего, сибирским трапповым вулканизмом, мир восстанавливался 5 млн лет ― это огромный срок!

А после мел-палеогенового понадобилось всего 100 тыс. лет; и это даже завышенные оценки: на самом деле многие группы организмов, даже планктон, в районе удара метеорита восстановились в первые тысячи лет. Регенерировал фитопланктон ― основа всей жизни не только в океане, но и на суше, заново выросли леса, началась бурная эволюция млекопитающих, быстро достигших крупных размеров.

― Как массовые вымирания влияют на фенотип животных: становятся ли они меньше по размеру, например?

― Про млекопитающих сказать сложно, потому что все, что мы зачастую имеем для такой сверки, ― это зубы, и они в данном случае не столь информативны, особенно если неизвестно, к какой группе принадлежало животное. Что касается моллюсков и других морских животных, то здесь мы, к счастью, имеем более подробную палеонтологическую летопись — и видно: они действительно мельчают. В палеонтологии есть даже такое понятие, как «эффект лилипутов», ― когда мы видим, что некогда крупные предки сменяются потомками на порядок меньшего размера.

― В чем именно заключается причина такого измельчания?

― Как правило, при крупных вымираниях в первую очередь выбиваются продуценты (организмы, производящие органическое вещество, используя энергию Солнца) и становится нечего есть; часто меняется химический состав океана, он может стать очень неблагоприятным для строительства раковин и других скелетов. Несмотря на то что раковины, как правило, известковые, а внутренние скелеты ― фосфатные, для их создания все равно требуются определенные элементы, но в условиях повышенной кислотности воды и при низком содержании кислорода большой и хороший скелет не построишь: он быстрее растворяется, чем строится. Им становится трудно жить в таких условиях.

Перечисленный комплекс причин работает в сторону измельчания, то есть после массового вымирания наступает период лилипутов, выражаясь языком Джонатана Свифта. Однако впоследствии за этим часто следует расцвет очень крупных организмов, ведь появляется много свободного места, и те, кто раньше был мелким, наоборот, становятся большими. Так, например, после пермско-триасового вымирания моря были заполнены двустворчатыми моллюсками необычайной величины ― диаметром в один метр и даже больше! Они были похожи на шляпы сомбреро. Все дно какой-нибудь прибрежной лагуны могло быть усыпано такими крупными существами, и это удивительно, учитывая, что их предки были величиной меньше ладони. Примерно то же самое случилось с млекопитающими после мел-палеогенового вымирания: ранее динозавры не давали млекопитающим пробиться в крупноразмерную категорию, но, когда их не стало, млекопитающие сразу «пошли в рост».

― А оставшиеся динозавры, напротив, уменьшились, превратившись в птиц?

― Птиц действительно можно назвать потомками динозавров. На протяжении всей истории динозавров мы видим, что они все больше становились похожими на птиц, вплоть до малейших физиологических черт. Похожи они и в поведении. Современные исследования, в том числе компьютерная томография, показывают, что яйца динозавров были очень ярко раскрашены, а это всегда признак сложного поведения. Кроме того, обнаружены динозавры, которые высиживали яйца! Причем оказалось, что эти яйца были разной температуры: то же самое мы наблюдаем у современных птиц. Пернатым выгодно, чтобы птенцы вылуплялись постепенно, а не все сразу, ведь так их проще прокормить.  

Подытоживая: многие динозавры вымерли, но многие выжили в виде птиц, и обусловлено это было опять же относительной стабильностью экосистемы. Уничтожить всех не получилось. Вымерли формы, которые уже на тот момент были на спаде своего развития.

― Животные ведь не вымирали одномоментно? Насколько этот процесс мог быть растянут по времени?

― Видимо, более или менее одновременное вымирание динозавров происходило по всему западу Северной Америки. Все самые подробные толщи осадочных отложений, фиксирующие обстоятельства их гибели, находятся именно там. Можно удостовериться, что все крупные динозавры исчезают, и затем ― фактически пустая порода. Этот слой не превышает по мощности нескольких сантиметров, но в нем в прямом смысле спрессованы тысячелетия. Лишь потом в этом регионе начинаются появляться какие-то папоротники, грибы, формируются леса.

Если говорить о планете в целом, то, конечно, где-то кто-то мог задержаться, а кого-то вымирание вообще не коснулось. Существовали так называемые рефугии, или убежища, где некоторые животные, в основном мелкие, могли пережить неблагоприятный период. Такие зоны, вероятно, были в Австралии, Сибири и на территории Антарктиды, которая на тот момент была еще достаточно теплой. То же самое происходило в море: кого-то вымирание коснулось сильнее, а кого-то почти не затронуло.

Если же говорить о длительности события вымирания, то конечный его этап занял от сотни лет до нескольких тысячелетий. Однако этому этапу предшествовали миллионы лет, когда в разнообразии и обилии некоторых групп организмов начался спад. Для запада Северной Америки подсчитано, что в самом конце позднемеловой эпохи среди крупных растительноядных динозавров стали доминировать эдмонтозавры (гребенчатые ящеры с мощной зубной батареей для перетирания растительных волокон). Они практически вытеснили рогатых ящеров и длинношеих завроподов, но из-за этого наземная биота стала однообразнее и уязвимее.

― Говорят, что вымирания сильнее всего затрагивают именно морских обитателей. Почему?

― С одной стороны, статистику по морской фауне легче фиксировать и здесь мы просто имеем больше сведений. С другой стороны, наша атмосфера, в том числе ее газовый баланс, восстанавливается гораздо быстрее, чем гидросфера. Если уровень кислорода упал, то океану нужно несколько тысяч лет, чтобы снова насытиться кислородом или сбросить излишки углекислого газа, который, как я уже говорил, очень сильно подкисляет воду и отрицательно влияет на минерализацию скелета организмов. Недостаток кислорода в воде тоже вносит свою негативную лепту: органическую коллагеновую основу скелета сложно создать без достаточно высокого уровня кислорода. С другой стороны, морские организмы более изолированы, в том числе от ультрафиолетового излучения, и крупные вулканические выбросы или астероидные взрывы, разрушающие озоновый слой, для них не так катастрофичны. Так что картина более грозных вымираний в океане — только кажущаяся.

― Как вы относитесь к гипотезе «Земля-снежок», согласно которой около 700 млн лет назад вся наша планета была покрыта льдом, что привело к вымиранию многих одноклеточных организмов, а после оттаивания «снежка» ― к окончательному становлению многоклеточной жизни?

― Такое событие в истории нашей планеты, как «Земля-снежок», несомненно, было, причем не один раз. Неслучайно целый период в истории Земли назвали криогеновым (в переводе с др.-гр. «холодом созданный»). В последнее время я часто бывал в Монголии, где на поверхность выходят те самые ледниковые отложения криогенового периода, начавшегося около 720 млн и закончившегося около 635 млн лет назад. Это тонкие глины, в которых беспорядочно свалены гальки и валуны, когда-то вытаявшие из плавучих ледников, спустившихся с суши и унесших с собой куски горной породы.

За этот период Земля пережила три крупных оледенения, каждое из которых длилось несколько миллионов лет.

Весь земной шар действительно покрывался снегом и льдом. Суперконтинент Родиния (кстати, от русского слова «родить», поскольку он как бы дал начало другим континентам) находился на экваторе, и, казалось бы, какое там может быть оледенение? На самом деле именно такое положение суперконтинента и спровоцировало глобальное оледенение. Континент на тот момент был совершенно «лысым» ― без какой-либо растительности. Его альбедо, или отражательная способность, было очень высоким: солнечное тепло, достигая поверхности Земли, отражалось, и континент все сильнее и сильнее остывал, пока в конце концов не начал покрываться льдом. Это так называемая положительная обратная связь между обледенением и повышением альбедо планеты. Сегодня отложения тех древних ледников мы находим по всему миру. Но поскольку большие ледники накапливали массу мелких глинистых частиц, содержащих такие элементы, как железо и калий, необходимые для развития фитопланктона, их активное таяние приводило к бурному росту этих организмов, быстрой смене одних жизненных форм другими и в конечном счете к тому, что мир бактерий и архей (прокариотов) сменился миром настоящих клеточных организмов (эукариотов).

Скорее всего, полное оледенение Земли сказалось на организмах положительно и действительно привело к расцвету многоклеточной жизни. До этого оледенения, судя по биомаркерам, мир был населен в основном бактериальными сообществами, а после него начинают преобладать биомаркеры многоклеточных организмов: растительные, грибные и животные.

― Правда ли, что самое большое биоразнообразие на Земле за всю ее историю пришлось на время последнего ледникового периода, закончившегося 11,7 тыс. лет назад ― во времена мамонтов и волосатых носорогов?

― Да. Огромное разнообразие животных и их гигантская биомасса приходятся именно на этот период. Подтверждением тому, среди прочего, служит неисчислимое количество находок останков мамонтов и других животных того времени. Одних только мамонтовых бивней на территории России, в основном в Якутии (начиная с конца XVII в., когда стали вести учет), собирают около 40 т ежегодно! В тропическом и субтропическом климате ― в Африке, Австралии, Южной Америке ― в это время тоже был гигантский расцвет биоразнообразия. Причем в каждом регионе это разнообразие было уникальным.

Последний ледниковый период закончился 11,7 тыс. лет назад, и к тому времени мегафауна Австралии уже давно практически исчезла, стало заметно меньше животных в Северной и Южной Америке. Лишь северо-восточная Сибирь до последнего момента оставалась еще достаточно населенной.

― С чем связано такое разнообразие жизни в ледниковый период?

― С тем, что Земля в то время была очень непохожа на то, что мы видим сегодня. Сейчас огромная часть планеты покрыта лесами, а в то время на Земле господствовали степи, включая саванны, пампасы, прерии. Лесов практически не было. Степная биота, как известно, очень высокопродуктивна, потому что травы созревают два раза в год и очень быстро возобновляются. Все съели? Ничего страшного: прошло полгода ― и у вас снова урожай либо озимых, либо яровых. Даже сейчас свое сельское хозяйство мы ведем фактически по степному календарю, до сих пор питаясь тем, что создала природа того времени. Наиболее плодородные почвы, включая чернозем, ― это порождение той самой степной биоты, степного биома, как и высокопродуктивные злаки, составляющие наш основной рацион.

― Все-таки удивительно, что в таких некомфортных условиях, когда кругом оледенение, биоразнообразие млекопитающих достигло своего пика.

― Действительно, гигантские ледниковые щиты покрывали практически всю Северную Америку, Европу и часть Азии. Антарктида на тот момент была целиком в ледниковом панцире. Казалось бы, условия просто жуткие, но тем не менее на Земле процветала, наверное, самая продуктивная биота за всю историю нашей планеты! И самая разнообразная, если брать крупноразмерах животных, которых было немало: в той же Якутии или на Чукотке был как минимум один вид мамонта, два или три вида носорогов и т.д. Причем находок той древней мегафауны становится все больше и больше с каждым годом: гигантские стада диких лошадей и сайгаков, овцебыки, бизоны (тоже по несколько видов), на которых охотились огромные пещерные львы, и многое другое.

В суровых условиях ледниковья животным в каком-то смысле, наоборот, жилось легче, потому что летом их не одолевали комары и мошкара, из-за которых так страдает современная фауна. Из-за кровососущих насекомых лошади, например, тощают буквально на глазах и только к зиме набирают вес. А по рассказам бывалых сибирских скотоводов, случается даже, что табуны лошадей и стада северных оленей гибнут из-за того, что гнус забивает дыхательные пути.

― Можно ли сказать, что сейчас мы стали свидетелями шестого вымирания, спровоцированного человеческой деятельностью?

― К сожалению, можно, потому что каждый год мы фиксируем вымирание какого-нибудь крупного животного. В этом году, например, был признан окончательно вымершим псефур, или китайский веслонос, ― одна из самых крупных и своеобразных пресноводных рыб мира. Окончательное исчезновение псефура, вероятно, связано со строительством мощного каскада гидроэлектростанций «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае. Кроме того, недавно появилась новость о том, что вымер и китайский речной ламантин. Каждый год мы фиксируем исчезновение того или иного животного, и часть из них, такие как псефур или ламантин, настолько крупные, что не заметить их отсутствие невозможно.

― И все же речь идет о фоновом или о пиковом, то есть великом, вымирании?

― До настоящего великого вымирания мы, к счастью, еще не дошли. Тем не менее, учитывая бурный рост населения, особенно в странах, богатых фауной, исчезновение животных идет пугающими темпами. Кроме того, существует еще очень много неописанных видов, которые мы, возможно, тоже теряем, даже не подозревая об этом.

Лично для меня большой неожиданностью оказались массовые сборы учеными насекомых в заповедных зонах Коста-Рики. На тропическом острове Барро-Колорадо на протяжении нескольких десятков лет ведется постоянный учет живности: исследователи расставляют специальные световые ловушки, где собираются все насекомые. Так вот, за последние годы этих насекомых стало гораздо меньше. Это касается не только количества, но и разнообразия видов ― оно упало на порядок. Вот такие процессы, к сожалению, происходят у нас на планете. Их в основном трудно фиксировать, потому что таких площадок, как в Коста-Рике, где подобные исследования ведутся со всей тщательностью и с регулярным учетом, очень мало.

Глобально просчитать, с какой скоростью и какими темпами исчезают виды и ареалы их обитания, очень сложно.

― Андрей Юрьевич, давайте завершим наш разговор на позитивной ноте. Расскажите, пожалуйста, о своей книге «Похождения видов: вампироноги, паукохвосты и другие переходные формы в эволюции животных», вышедшей в этом году в издательстве «Альпина нон-фикшн».

― Позитивный момент заключается в том, что даже в самое тяжелое время, например на рубеже пермского и триасового периодов, вымирали далеко не все животные. То же самое касается мел-палеогенового вымирания и других катастрофических событий. Думаю, те события древности были страшнее, чем нынешнее нашествие человечества на планету. То, что происходит сейчас, касается в первую очередь нас самих: мы создаем неблагоприятные условия для собственного существования. На остальные виды это влияет в меньшей степени. Если, к нашему несчастью, человечество вымрет, то планета восстановится буквально за десятки лет. Да, может быть, поначалу не будет такого биоразнообразия, но новая биота постепенно обретет новые черты. Как будет выглядеть планета в таких условиях, предсказать, конечно, трудно.

Теперь о книге. Она о непрерывной истории живых организмов на Земле: от появления одноклеточной, а затем и многоклеточной жизни, до становления того разнообразия животных, которое мы наблюдаем сейчас. Мир непредсказуем, и как изменятся организмы, живущие по соседству с нами, предположить сложно, даже несмотря на то что мы знаем очень много о закономерностях эволюционного процесса. Меня всегда удивляло то, как живые организмы умудряются занять ниши, которые, казалось бы, ни для чего не годятся.

― А кто-то мог бы занять нашу нишу? Может, шимпанзе?

― Я думаю, что нашу нишу уже никто не займет, и это очень грустно. Для того чтобы на планете появилось разумное существо, нужны несколько миллионов лет и очень специфические условия. Шимпанзе и бонобо действительно очень умные, но их слишком мало…

― Нас тоже когда-то было мало.

― Верно, но мы жили в других условиях. Мы, как и вся ледниковая мегафауна, ― порождение степного биома. А шимпанзе, гориллы, бонобо ― это все-таки лесные существа, а значит им и так хорошо, и умнеть дальше в общем-то незачем. Хотя, повторюсь, эти животные очень неглупы. В последнее время я с большим интересом читаю книги антропологов, изучающих повадки шимпанзе и бонобо, чье поведение удивительно напоминает наше. Например, им, как и людям, свойственно проявление эмпатии. Эти обезьяны могут поставить себя на место другого существа и пожалеть его. Мне кажется, что иногда мы даже реже сочувствуем кому-то, чем шимпанзе и бонобо. Причем они сочувствуют не только своим сородичам, но и животным других видов, при этом иногда настолько сильно, что даже плачут. Шимпанзе, например, может подойти к птице и попытаться помочь ей взлететь, если птица упала. Обезьяны наблюдают за всем вокруг и понимают, что птице, чтобы жить, нужно летать.

Подытоживая: не думаю, что наше место в природе кто-то займет — за исключением каких-нибудь гипотетических инопланетян, да и то если они смогут сюда добраться.