Происхождение и эволюция жизни на Земле

Существенное влияние дрейф континентов оказал и на сухопутную фауну. Так, хорошо известно, что мезозой вместе с позднепермским временем палеозоя был эрой рептилий, тогда как кайнозой -- эрой млекопитающих. За 200 млн лет развития в пермо-мезозойское время возникло только 20 отрядов рептилий, тогда как за кайнозой (интервал времени втрое короче первого) возникло около 30 отрядов млекопитающих. Это поразительное различие получает объяснение после сравнения условий развития рептилий и млекопитающих. Заметим, что начальный период бурного развития наземных рептилий совпадает с образованием из двух суперконтинентов, Лавразии и Гондваны, единой Пангеи (см. рис. 8.10) с периодом регрессии океана и со сравнительно мягким глобальным климатом, который установился в конце перми (после смещения нынешней Антарктиды из южной полярной области в умеренные широты). На протяжении триаса и юры, когда начался распад Пангеи, между её фрагментами ещё существовали более или менее устойчивые экологические связи. Следовательно, в течение длительного времени развития рептилий на суше или существовала единая экологическая провинция, или было очень небольшое число полуизолированных провинций. Ясно, что в таких условиях не могло возникнуть большое разнообразие пресмыкающихся. Только в меловое время, когда началось обособление нескольких действительно достаточно изолированных друг от друга материковых фрагментов, в этот последний период расцвета рептилий образовалась примерно половина из общего количества отрядов класса пресмыкающихся.

В раннем мелу, когда ещё, вероятно, оставались связи между „разбегающимися“ осколками Пангеи, произошло расселение примитивных млекопитающих. В позднем мелу -- раннем кайнозое (т. е. во время начала расцвета млекопитающих) благодаря значительному удалению друг от друга отдельных континентов (см. рис. 8.11) и ещё продолжавшейся морской трансгрессии (см. рис. 9.6) сформировалось несколько крупных существенно или полностью изолированных друг от друга материковых экологических провинций. В частности, в начале кайнозоя, как теперь известно из анализа аномального магнитного поля Полярной Атлантики, ещё сохранялись сухопутные связи между Америкой и Европой (до эоцена). Но Евразию в позднем мелу и в раннем кайнозое разделяло крупное внутреннее море, простиравшееся через Западную Сибирь от Тетиса до Ледовитого океана. При этом между Аляской и Чукоткой, по крайней мере периодически, возникали сухопутные связи через нынешний Берингов пролив. Таким образом, на протяжении позднего мела и первой половины кайнозоя в пределах Лавразийских материков образовались три не полностью изолированных друг от друга экологические провинции, в которых возникло много отрядов млекопитающих.

Экологическое разделение провинций в пределах Гондванских материков началось, вероятно, несколько раньше, чем Лавразийских. В позднем мелу Африка была уже достаточно удалена от остальных материков Гондванской группы (см. рис. 8.11); в то же время большая часть этого континента была затоплена мелководными морями, которые разделяли её на две или три сухопутные области. Отделившаяся от Гондваны ещё в раннем мелу но ставшая достаточно самостоятельной экологической провинцией лишь в позднем мелу, Южная Америка была почти полностью разделена мелководным морем в бассейне нынешней Амазонки на две сухопутные области. Кроме того, в позднемеловое время существовали ещё две изолированные сухопутные провинции Индийская и Австрало-Антарктическая; последняя в начале кайнозоя (около 40 млн лет назад) разделилась на две самостоятельные области.

Итак, восемь-десять существенно изолированных друг от друга сухопутных экологических провинций, развивающихся в раннем кайнозое, -- главное условие родового разнообразия класса млекопитающих. Отметим, что соединение в позднем кайнозое нескольких материковых фрагментов и сокращение числа экологических провинций до четырёх -- Австралийскую, Центрально- и Южно-Американскую, Эфиопскую, или Африканскую (южнее Сахары), самую обширную, включающую Евразию с Индостаном, Северную Африку и Северную Америку, -- привели к вымиранию 13 отрядов сухопутных млекопитающих. При этом выжили те отряды, которые в первой половине кайнозоя развивались в не полностью изолированных экологических провинциях. Млекопитающие, развивавшиеся до соединения различных материков в изолированных условиях, оказывались, как правило, менее приспособленными и погибали.

Более общий вывод, который на основании анализа позднемезозойской и кайнозойской эволюции дна Мирового океана пока можно только наметить: все главные рубежи геологической истории (и как следствие разделение геохронологической шкалы на эры, периоды и эпохи) в значительной степени обусловлены такими событиями, как столкновения и расколы материков в процессе глобального перемещения ансамбля литосферных плит.

Действительно, как показывают реконструкции, составленные А. Смитом и Дж. Брайденом (1977), часть из которых воспроизведена на рисунках 8.10-8.12, большинство рубежей смены биологических сообществ, по которым проводилось деление фанерозоя на отдельные периоды, совпадает с основными этапами перестройки тектонического плана Земли. Так, в конце палеозоя все материки были собраны в единый суперконтинент Пангею (быть может, лишь за исключением Китайской платформы), а начало мезозоя -- это начало раскола Пангеи. В частности, в триасе начался, но так и не состоялся раскол Европы и Азии в районе нынешней Западно-Сибирской низменности, а также начался откол Северной Америки от Африки и Европы, который привёл в начале юры к образованию молодой океанической впадины Северной Атлантики. В начале мела откололась Африка от Южной Америки и Антарктиды, которые также разделялись между собой. Начало мелового периода -- откол Индостана от Антарктиды и Австралии. В конце мела -- начале кайнозоя откалываются современное Новозеландское плато и подводный хребет Лорд-Хау от объединённого материка Антарктиды и Австралии, эти материки раскалываются, и Австралия удаляется в сторону экватора. В тот же период (на рубеже мела и кайнозоя) в Cеверном полушарии отделяются Северная Америка, Гренландия и Европа, в результате, в кайнозое образуется Полярная Атлантика. Кроме того, в самом начале кайнозоя Аравийская плита откололась от Африканской и началось образование Красного моря и Аденского залива. В середине кайнозоя -- начало столкновения Индостанской плиты с Азией и формирование крупнейшего в настоящее время горного пояса. В миоцене произошло окончательное закрытие палеоокеана Тетис и возникновение складчатых сооружений в европейской части Альпийско-Гималайского складчатого пояса. В позднем миоцене поднимаются горы Кавказа, в это же время формируются горы Центральной Азии и Гималаев. Этот процесс формирования гигантского Альпийско-Гималайского складчатого пояса, отделивший Cеверную Евразию от её южных регионов, продолжается и сейчас.

Примеры показывают, что на континентах эволюция растительных и животных форм жизни, по-видимому, также во многом определялась дрейфом континентов и сменой климатических обстановок на Земле. Особенно это должно было проявляться при объединениях прежде обособленных материков или, наоборот, при расколах крупных континентов и обособлениях их фрагментов. Чередования эпох консолидации и дробления континентов с образованием единых и межконтинентальных океанов, безусловно, сопровождались возникновением новых и закрытием старых экологических ниш, т. е. радикальными изменениями экологических условий существования жизни на Земле. Поэтому такие перестройки, вероятно, могли быть одной из главных причин как видообразования и вымирания отдельных форм жизни, так и их консервации. Ярким примером тому могут служить эндемичные формы жизни в Австралии и Южной Америке.

Разумеется, что все эти события влияли на палеоклимат и всю эволюцию экологической системы нашей планеты в геологическом прошлом, что и нашло отражение при составлении геохронологической шкалы и её делении на эры, периоды и, возможно, эпохи. Естественно, что при геоисторическом анализе проблемы эволюции флоры в геологическом прошлом также необходимо использовать мобилистский подход и учитывать экологическое равновесие в каждой из областей, которые разъединялись и объединялись в процессе дрейфа континентов. Значительного успеха на этом пути в нашей стране достиг С.В. Мейн (1971, 1981), в частности подробно рассмотревший с позиций мобилизма, историю развития флоры Сибирской платформы.

Повлияли колебания глобального климата в четвертичное время с периодическими сменами ледниковых и межледниковых периодов, и на развитие человечества, определили моменты миграции народов и время формирования расового состава людей (Янковский, Боринская, 2001). Заселение Америки через Берингов пролив произошло вероятнее всего по сухому пути во время понижения уровня океана, вызванного развитием последнего вюрмского оледенения, продолжавшегося приблизительно от 60 до 12 тыс. лет назад. Максимальных размеров это оледенение достигло около 20 тыс. лет тому назад (Имбри, Имбри, 1988), но приблизительно в это же время (20-12 тыс. лет назад), как предполагается, и происходило заселение Нового Света людьми.

Таким образом, вся биосфера Земли на протяжении свыше 3,5 млрд лет развивалась как единая целая система, но в тесной взаимосвязи с геологическим развитием нашей планеты. Поэтому привести к успеху может только комплексное изучение биосфер прошлого на основании анализа их взаимосвязей с геологическими обстановками древних эпох, с учётом существовавших тектоно-геохимических рубежей в развитии Земли, дрейфа материков, возникновения новых и закрытия старых океанов, эволюции климатов Земли и т. д.

Помимо прямого влияния геологических процессов на развитие земной жизни, безусловно, существует и обратная связь -- влияние жизни на протекание тех или иных геологических процессов. Большая роль органической жизни в седиментогенезе карбонатов, фосфоритов, угленосных формаций, нефтегазоносных отложений и пелагических осадков хорошо известна. По-видимому, её роль значительна и в процессах выветривания земных пород, а следовательно, и в процессах круговорота корового вещества. Кроме того, в фанерозое жизни принадлежала и ведущая роль в поддержании равновесного состава земной атмосферы, являющегося определяющим фактором климатообразования на Земле.

Начавшееся в кайнозое похолодание климата, вызванное поглощением атмосферного азота почвенными бактериями, продолжится и далее. Поэтому существенных потеплений климата в будущие 100-200 млн лет ожидать трудно. Современное потепление климата, о котором много говорится в последнее время, началось ещё в XVII в. (т. е. задолго до индустриальной революции), вероятнее всего оно является временным и связано с флуктуациями магнитной активности Солнца (см. рис. 10.11). Об этом, в частности, свидетельствуют измерения палеотемператур за последние 3000 лет по остаткам планктонных фораминифер Саргассова моря (см. рис. 10.12), по которым чётко видно, что современное локальное повышение средних температур развивается на фоне общего похолодания климата. Об этом же говорят и геологические данные. Действительно, приблизительно 100 млн лет назад на Земле полностью отсутствовали покровные ледники, а средние температуры достигали почти +17°C, тогда как к современному моменту они снизились до +15°С. В результате такого вроде бы незначительного похолодания произошло наступление новой ледниковой эпохи, и возникновение в середине кайнозоя покровного оледенения Антарктиды, а в четвертичное время -- периодических оледенений на континентах Северной Америки, Европы и Азии.

Если наши предположения о постепенном изъятии азота из атмосферы Земли и его захоронении в земной коре справедливы, а принятое нами содержание органического азота в осадках отвечает действительности (см. раздел 10.1.1), то, несмотря даже на постепенное повышение солнечной активности, медленное похолодание климата продолжится и в будущем, до достижения нового равновесного состояния прохладного климата. Однако этот новый климатический уровень, определяемый метаболизмом азотпоглощающих микроорганизмов, может оказаться не очень благоприятным для процветания на Земле высших форм жизни. Отсюда следует, что новый ледниковый период, когда он наступит в северном полушарии, окажется наиболее суровым.

По нашим оценкам, через 200 млн лет средние температуры по Земле опустятся несколько ниже +12°С, одновременно с этим и уровень Мирового океана понизится приблизительно на 200 м (см. рис. 9.5), после чего обнажатся все современные шельфы, хотя и в этой ситуации на низких и средних широтах условия для развития высокоорганизованной жизни останутся вполне приемлемыми. Только приблизительно через 400 млн лет средние температуры на земной поверхности опустятся до температуры около +10°С, а уровень океана по сравнению с его современным положением в это время опустится более чем на 0,5 км (см. рис. 9.5). В этом случае все северные и южные материки даже на умеренных широтах окажутся скованными покровными ледниками, покроются льдом и возвышенные участки континентов на экваторе.

Но похолодание будет продолжаться не вечно. В промежутке около 200-300 млн лет должно будет наступить равновесие между снижением температуры за счёт бактериального удаления азота из атмосферы и её повышением благодаря увеличению светимости Солнца. Однако и это равновесное состояние приблизительно через 600 млн лет в будущем должно будет резко нарушиться дегазацией абиогенного кислорода, освобождающегося при формировании в мантии „ядерного“ вещества по реакции (4.6).

После этого момента в мантии начнет генерироваться свободный кислород со скоростью около 2,1?1016 г/год, или 21 млрд т/год. Если бы весь этот кислород поступал в атмосферу, то его парциальное давление повышалось бы со скоростью, приблизительно равной 4 атм за каждый миллион лет. На самом деле скорость дегазации кислорода будет значительно меньшей, но всё же она может достигать скорости порядка 0,02 атм/млн лет. Это означает, что через 200 млн лет после начала дегазации кислорода из мантии парциальное давление этого газа достигнет почти 4 атм, тогда как средняя температура Земли за счёт парникового эффекта поднимется почти до 76°С. Ещё через 200 млн лет (через миллиард лет в будущем) давление кислорода превысит 14 атм, а приземные температуры поднимутся до 110°С.

При таких условиях вся наземная жизнь уже вскоре после начала дегазации эндогенного кислорода в буквальном смысле слова сгорит в такой атмосфере. Лишь в океанах из-за малой растворимости кислорода в воде ещё какое-то время смогут существовать высшие формы жизни, пока и они не „сварятся“ в его горячих водах. Но после вскипания океанов приблизительно через 1,5 млрд лет и возникновения необратимого парникового эффекта с температурами около 550°С не смогут выжить даже самые примитивные термофильные прокариоты (см. раздел 10.6).

Из приведённого анализа благоприятных для жизни геодинамических условий на Земле видно, что они не бесконечны. Вероятнее всего общая продолжительность существования жизни приблизительно равна 5 млрд лет (от 4 млрд лет в прошлом до 1 млрд лет в будущем). Для развития высокоорганизованной жизни природа отвела ещё меньше времени -- в океанах максимум 1,4 млрд лет (от 600 млн лет в прошлом до 800 млн лет в будущем), а на суше -- не более 1 млрд лет (от -400 до +600 млн лет).

Нашему поколению можно не волноваться за своё будущее (если, конечно, не произойдёт какого-нибудь ядерного катаклизма), но трезво оценивать перспективу развития органического мира на Земле, по нашему мнению, не только интересно, но и важно в мировоззренческом плане. Поэтому мы и постарались не только дать здесь ретроспективное освещение развития жизни на нашей планете в прошлом, но и показать возможное, хоть и печальное, направление её дальнейшего развития. А пока мы должны только радоваться, что живём на нашей прекрасной и уникальной планете.