5 крупнейших вымираний в истории эволюции
Если спросить людей про глобальные катастрофы, приведшие к массовому вымиранию, то большинство, скорее всего, назовет падение метеорита, уничтожившего динозавров. Но вымираний было намного больше, а трагедия гигантских рептилий хоть и входит в пятерку крупнейших, но не является самым глобальной. В большинстве литературы про эволюцию жизни вымирания упоминаются лишь вскользь (что уж тут говорить, если и в Палеонтологическом музее про это не особо хотят рассказывать), я решила исправить эту несправедливость и написать пост про 5 крупнейших трагедий и их влиянии на историю нашей планеты.
Для начала напомню последовательность Эр и геологических периодов
Одно из самых больших заблуждений - это то, что вымирания происходят внезапно и быстро. На самом деле они длятся очень долго: от нескольких тысяч до миллионов лет. Вы только вдумайтесь над этой цифрой, для сравнения весь период эволюции людей укладывается в эту цифру! Для сравнения: анатомически современный человек появился «всего» 200 тыс. лет назад.
Причины вымираний на сегодняшний день доподлинно неизвестны, самые популярные - это столкновение с метеоритом, движение геологических плит и массовые извержения вулканов, которые вызывали сильные изменения климата и последующее сокращение видового разнообразия.
Начну я с самого старого - Ордовико-Силурийского вымирания, которое произошло 440 млн. лет назад.
Во времена Ордовиского периода вся жизнь была сосредоточена только в воде, основное достижение этого времени - развитие глубоководной фауны, которая активно эволюционирует и размножается, захватывая все большие места обитания. В начале периода температура воды в среднем составляла 45°С (а местами достигала 65°С) из-за парникового эффекта, так как в атмосфере был высокий уровень углекислого газа. Активно разрастающиеся фотосинтезирующие микроорганизмы утилизируют углекислый газ и накапливают его, строя себе известковые домики, тем самым уменьшая парниковый эффект и как следствие температуру воды.
Из-за глобального похолодания начинают формироваться ледники и уровень воды падает. Параллельно с этим материк Гондвана движется к южному полюсу, что также вызывает ухудшение погодных условий. В те времена основная жизнь была еще пока сосредоточена около побережья материков, и их смещения могло полностью разрушить хрупкую экосистему. Все эти события, а также возможное столкновение с метеоритом и гамма-излучение от сверхновой, и привели к гибели 85% всех живущих тогда видов. После этих трагичных событий, установилась спокойная теплая погода, которая держалась на протяжении всего Силура. Видовое разнообразие быстро восстановилось. Появились строматолиты, которые начали украшать морское дно огромными рифами, что создало дополнительные экологические ниши. Во время Силура первые растения и примитивные животные делают попытки выйти на сушу, появляются рыбы.
После Силура следует Девон и следующее большое вымирание - Девонское, случившееся 364 млн. лет назад
Во время Девона устанавливается очень жаркая погода, растительность активно завоевывает сушу. Теплый и сухой климат был подходящим для формирования лесов Девона, у растений появляется проводящая система и формируются корни, чтобы добывать воду из земли, это позволяет им все дальше уходить от берега. Первые позвоночные животные тоже стремятся в этот зеленый оазис, так появляются первые земноводные. Но и рыбы в океанах не стоят на месте, костистые рыбы эволюционируют и увеличивают свое разнообразие.
История повторяется снова. Огромные древние леса активно используют углекислый газ, как строительный материал, они накапливают его в своих корнях, массивных стволах и листьях. К сожалению, тогда еще не было микроорганизмов разлагающих отмирающую органику, и возвращать углекислый газ обратно в атмосферу было просто некому. Деревья, умирая, оставались в почве и постепенно превращались в каменный уголь. Углекислого газа становилось все меньше, парниковый эффект слабел, на Землю опять пришло похолодание. Сильнее всего пострадали морские обитатели, не приспособленные жить в холодной воде. Из-за этого уровень кислорода в воде упал и замедлился процесс гниение, что привело к накоплению органики на дне и последующему формированию залежей нефти. Эта трагедия навсегда похоронила там 50% морских организмов.
В последующем после Девона Карбоне массивные леса в больших количествах производят кислород (уровень доходил до 35% против современных 21%), атмосфера становится плотнее. В те далекие времена вращение Земли было быстрее (сутки длились всего 23 часа) вместе с плотной атмосферой это приводило к очень сильным ветрам. Вот в таких условиях формируется новый виток эволюции. Большое количество кислорода позволяет насекомым вырастать до гигантских размеров (некоторые «стрекоз» достигали 0,77 метров). Позвоночные рептилии, уже ставшие яйцекладущими, тем сама полностью уйдя от воды, тоже не отстают от насекомым своими размерами. Однако легкие этих животных сильно уступали современным по эффективности, но на тот момент им это было и не надо.
За Карбоном приходит Пермь, в конце которого, 251 млн лет назад, происходит самое массовое вымирание, при котором погибает около 95%, что ознаменовало конец Мезозойской Палеозойской Эры - Пермское вымирание, также его называют Великим вымиранием.
К началу Пермского периода был только один материк - Пангея, омываемый одним единственным океаном - Панталасса. Тропические леса Карбона исчезли еще до начала Перми из-за похолодания, как следствие воздух стал более сухим. Из-за того, что вся суша была сосредоточена на одном материке, климат был резко континентальный с большими перепадами температуры. Большую часть Пангеи покрывали пустыни, пейзаж которых отливал красно-рыжим оттенком из-за обнаженных залежей оксида железа. Уровень кислорода оставался высоким. Появившиеся еще в Карбоне архазавры, предки динозавров, продолжают эволюционировать, привыкая к новому климату. В конце Пермского - начале Триасового периодов уровень кислорода резко упал, что и послужило, в конечном счете, причиной вымирания огромного числа видов. Это единственный случай в истории, когда массово исчезали насекомые! Что вызвало эту страшную катастрофу Перми до сих пор неизвестно. Существует несколько гипотез: 1) активное извержение вулканов в области будущей Сибири, выбрасывающие в атмосферу пепел, углекислый газ и метан и 2) выброс сероводорода со дна океана. На глубине существовали преимущественно анаэробные организмы, которые тысячелетиями накапливали сероводород . Повышенная сейсмическая активность вызвала его выброс в атмосферу, что крайне отрицательно восприняли жители суши, в дополнение сероводород разрушил озоновый слой и ультрафиолет усилил последствия выброса. Традиционно существовала и теория столкновения с метеоритом.
В 2006г. был обнаружен кратер подо льдами Антарктиды в районе Земли Уилкса, размер кратер превосходил все существующие и составлял 500км. Анализы показали, что предположительное столкновение с метеоритом могло быть 250 млн лет назад, как раз когда началось Пермское вымирание. Размер метеорита, оставившего такой след, должен был составить порядка 50км, что значительно больше того, что вероятно убил динозавров (10км). Возможно, что именно это столкновение и вызвало массовое извержение вулканов и выброс сероводорода.
Увеличение уровня парниковых газов, в частности углекислого газа, вызвало поднятие температуры и нарушило формирование известковых раковин и кораллов в океане, что сильно пошатнуло водную экосистему. Утилизация СО2 замедлилось, что еще усугубило ситуацию. В отсутствии огромных тропических листов, фотосинтезирующие водоросли и бактерии были основными продуцентами кислорода, поэтому, когда водный кризис затронул их, уровень кислорода в атмосфере начал снижаться. К моменту начала новой Мезозойской Эры на планете практически не осталось жизни, все крупные насекомые и земноводные вымерли, в океане были разрушены древние коралловые рифы, а оставшиеся виды усердно пытались выжить в непривычной низкокислородной атмосфере. Им понадобилось 30 млн лет, чтобы восстановить свое многообразие. С точки зрения физиологии, выжившие организмы совершили огромный скачок в эволюции - они дали нам приспособления, с помощью которых мы теперь живем при сравнительно низком уровне кислорода. Предки птиц и динозавров смогли развить систему воздушных мешков, пронизывающие все крупные кости. А наши предки (я имею в виду млекопитающих) уменьшили грудную клетку (раньше у крупных животных ребра закрывали всю брюшную полость) и создали диафрагму, которая значительно увеличила эффективность дыхания. Но в полной мере наши предки смогли воспользоваться этим приспособлением только в Палеоген, уже после вымирания динозавров. А в Триасе, сменившем Пермь, началось победоносное шествие рептилий, которое продолжилось и в последующих Юрском и Меловом периодах (то есть до конца Мезозойской Эры).
Следующее массовой вымирание, Триасовое, случилось всего через 50 млн лет после Пермского и окончательно расчистило экологические ниши для будущего расцвета динозавров. В этот период Пангея все еще была единственным материком, но к началу Юрского периода уже начался раскол Гондвану и Лавразию. До этого момента климат был очень жаркий и сухой, уровень углекислого газа был в 3 раза больше, чем сейчас, из-за отсутствия растительности он не понижался. Когда начался раскол, климат стал меняться на тропический, суша снова покрылась бурными лесами. Движение материков сопровождалось мощнейшими извержениями вулканов, что снова вызвало выброс углекислого газа и усиливало глобальное потепление, фактически именно оно и послужило причиной вымирания почти 50% всех живущих тогда видов. Но влажный и жаркий климат Юрского периода способствовал быстрому восстановлению разнообразию видов, отдав предпочтения рептилиям. Они заняли практически все экологические ниши, став полноправными хозяевами этой планеты.
Век динозавров завершился последним из пяти крупнейших вымираний - Мел-Палеогеновым, произошедшим 65 млн лет назад. Во время Мелового периода был стабильный теплый тропический климат со средней температурой 37°С. Поддерживался он за счет высокого уровня СО2 с завидным постоянством поступающих от извержений вулканов. В конце Мелового периода из-за распада материков, уже привычные нам, пять формируется Антарктическое течение, которое двигало огромные массы воды с Запада на Восток через Антарктику, тем самым охлаждая воды мировых океанов. Смена влажного и теплого климата на сухой и прохладный хватило, чтобы значительно сократить численность гигантских рептилий. Не смотря на эти вполне земные причины, ученые полагают, что толчком к трагическим событиям стало столкновение с метеоритом, которое подняло облако пыли, заслонившее солнечный свет. Из-за нехватки солнечной энергии начинают вымирать фотосинтезирующие организмы, которые являются важным звеном в пищевой цепочке. Как следствие вымирают травоядные и хищные рептилии. Млекопитающим и птицам удалось выжить, так как основную часть их рациона составляли насекомые и черви, питающиеся отмершей органикой. В океанах в основном выжили донные организмы. Рыбы и рептилии, плавающие в толще воды, питались планктоном, состоящим из фотосинтезирующих бактерий и водорослей. Рацион донных в основном состоял из мертвой органики. Одни из немногих крупных животных, кто пережил эту масштабную трагедию, были крокодилы. Все благодаря их способности замедлять метаболизм и по несколько месяцев обходиться без еды и питаться только падалью.
Выжившие млекопитающие - мелкие теплокровные падальщики и насекомоядные, оказались лучше всего приспособлены к новому климату. Это был их шанс вырваться вперед, так началась новая Эра млекопитающих - Кайнозойская, которая длиться и по сей день.
Помимо этих крупных трагических событий, было еще одно «нулевое» вымирание, произошедшие 2,5 млрд лет назад. Его причина хорошо известна, и оно единственное из масштабных было полностью вызвано живыми организмами. Первые простейшие организмы научились использовать энергию солнца с помощью процесса фотосинтеза, но у него был побочный продукт - кислород. К счастью, весь образующийся кислород утилизировался, окисляя железо и покрывая планету красновато-оранжевой ржавчиной. Но когда произошло полное насыщение залежей этого металла кислородом, тогда еще токсичный газ стал накапливаться в атмосфере. Это сейчас для нас кислород - это источник жизни, а тогда этот мощный окислитель был страшным ядом для всего живого, рожденного в бескислородной атмосфере. Кислород - продукт жизнедеятельность, вызвал массовое вымирание. Только позже несколько везунчиков научились сначала защищаться от кислорода, а потом и использовать его для дыхания. Вот так жизнь практически полностью погубила себя сама. Необдуманное использование легкодоступных ресурсов и выбрасывание отходов вызвало закат целой Эры. Ничего не напоминает? Есть гипотеза, что мы сейчас живет в эпоху голоценового вымирания. А причина этого вымирание - деятельность человека. И во мне еще теплиться надежда, что нам удастся его предотвратить.