Новая история происхождения жизни на Земле

Киршвинк Джозеф

Рассмотрение причин этого взрыва разнообразия снова возвращает нас к проблеме кислорода [130] . По нашему мнению, в данном случае наблюдается истинная картина того, как влияло насыщение океанов кислородом. И тут необходимо сделать пояснение в традициях исторической науки — относительно новое толкование явлений, которое хотя и не является откровением, но тем не менее обладает объяснительной силой. Кроме того, оно позволяет сделать краткий обзор разнообразия животных, что вполне уместно именно в этой части книги. Мы докажем, что именно уровень кислорода в среде, и ничто другое, был тем фактором, который подарил нам разнообразие видов животных.

130

P. Ward, Out of Thin Air: Dinosaurs, Birds, and Earths Ancient Atmosphere (Washington, D. C.: Joseph Henry Press, 2006).

Ордовикский период может рассматриваться как вторая часть двухчастной инициации развития разнообразия животных на Земле (первой

был кембрийский взрыв [131] ), и в обоих случаях спусковым механизмом служило увеличение содержания кислорода в окружающей среде. Как и в кембрии, в ордовикский период появились новые виды, а также новые типы строения тела, причем процесс шел быстрее, чем предыдущие периоды. Быстрая эволюция и нововведения частично обусловили то, что мир наполнился живыми существами. История развития жизни в кембрийском периоде характеризуется множеством эволюционных экспериментов в морских водах. После кембрия многие из этих ранних, откровенно примитивных и неэффективных эволюционных проектов были заменены всплеском разнообразия, поскольку отбор безжалостно убивал менее живучие формы. Эволюция явилась своего рода конкурсом инженерных инноваций в области усовершенствования строений тела.

131

P. Ward, Out of Thin Air. Также обратите внимание на выводы, сделанные нашим коллегой и соавтором по теме вымирания в статье: C. R. Marshall, «Explaining the Cambrian „Explosion“ of Animals,» Annual Review of Earth and Planetary Sciences 34 (2006): 355–84.

История об истории биоразнообразия

Биологическое разнообразие характеризуется известным числом и номенклатурой различных категорий организмов, особенно животных, поскольку последние оставляют наиболее заметные и многочисленные окаменелости. Впервые история развития биоразнообразия была опубликована геологом Джоном Филлипсом, который также ввел в геохронологическую шкалу понятия «палеозой», «мезозой» и «кайнозой». Филлипс, чей фундаментальный труд вышел в 1860 году, не просто дал определения этим новым понятиям, но смог распознать в известной тогда геологической летописи крупнейшие геологические периоды: он понял, что крупные массовые вымирания древности могут использоваться для разграничения геологических эпох, так как последствия каждого вымирания приводили к появлению новой фауны. Впрочем, это не единственная заслуга Филлипса. Он также утверждал, что разнообразие видов в прошлом было намного меньше, чем сейчас, и что развитие биоразнообразия — непрерывный и всеобъемлющий рост числа видов, за исключением периодов массовых вымираний и непосредственно после них. Согласно его теории, массовые вымирания приостанавливали развитие разнообразия, но лишь временно. Взгляды Филлипса были по тем временам новаторскими. К сожалению, прошло столетие, прежде чем эта тема снова заинтересовала исследователей.

В конце 1960-х годов палеонтологи Норман Ньюелл и Джеймс Валентайн снова обратились к проблеме того, когда именно и с какой скоростью мир был заселен растениями и животными [132] . Обоих интересовало, действительно ли схема развития биоразнообразия представляла собой быстрый рост количества и разнообразия видов вслед за так называемым кембрийским взрывом около 530–520 млн лет назад (имеются в виду новые данные, а не те, что были приняты в 1960-х), а затем — относительно спокойный период. Их аргументы покоились на качестве сохранности материала в древних породах. Возможно, паттерн динамики разнообразия во времени, построенный Филлипсом, в действительности отражал лишь то, что сохранилось, а не реальную картину развития биоразнообразия. Изменения в видовом составе очевидно меньше отражены в любых более древних породах, поэтому так называемое биоразнообразие может быть просто ошибкой. Эту мысль вскоре подхватил палеонтолог Дэвид Рауп: в ряде статей [133] он настаивал, что существуют серьезные возражения против классификации обнаруженных и получивших название древних видов: древние породы подверглись большей перекристаллизации, провалам и прочим изменениям, целые регионы и биогеографические области со временем просто исчезли, и вместе с ними исчезла и более древняя геологическая летопись, то есть сейчас просто исследуются более молодые породы.

132

J. Valentine, «How Many Marine Invertebrate Fossils?» Journal of Paleontology 44 (1970): 410–15: N. Newell, «Adequacy of die Fossil Record,» Journal of Paleontology 33 (1959): 488–99.

133

D. M. Raup, «Taxonomic Diversity During the Phanerozoic,» Science 177 (1972): 1065–71; D. Raup, «Species Diversity in the Phanerozoic: An Interpretation,» Paleobiology 2 (1976): 289–97.

Противоположные гипотезы о диспропорции и кембрийском взрыве. «Разнообразие» относится к числу видов, тогда как «диспропорция» — к числу различных морфологических типов, анатомии. Стивен Джей Гулд считал, что во времена кембрийского взрыва наблюдалось гораздо большее (большая диспропорция) количество типов в строении тела, чем сейчас. Он ссылался

на многообразие странных форм из сланцев Бёрджесс, называя их «странными чудесами», и полагал, что они относятся к типам, которые сегодня являются полностью вымершими. Противоположная точка зрения принадлежит Саймону Конвею Моррису, который утверждал, что диспропорция со временем усиливается.

Всю вторую половину XX века палеонтологи выясняли, что же происходило: постоянное быстрое развитие разнообразия видов или их развитие, стремительно достигнув какого-то определенного уровня, обрело устойчивый средний показатель скорости. В 1970-х годах Рауп, а также покойный Джек Сепкоски [134] из Чикагского университета вместе с коллегами и студентами начали активный сбор данных, накопившихся в библиотеках. Полученные данные о морских беспозвоночных, а также прочие сведения о наземных растениях и позвоночных животных вроде бы подтверждали точку зрения Филлипса: особенно кривые, построенные Сепкоски, которые показали поразительную вещь — три импульса в развитии биоразнообразия среди различных групп организмов.

134

J. J. Sepkoski, Jr., «Ten Years in the Library: New Data Confirm Paleontological Patterns,» Paleobiology 19 (1993): 246–57; J. J. Sepkoski, Jr., «A Compendium of Fossil Marine Animal Genera,» Bulletins of American Paleontology 363: 1–560.

Первый импульс прослеживался в кембрии (кембрийская фауна, в которую входили трилобиты, плеченогие и прочие древние беспозвоночные). За ним следовал второй — в ордовике, когда наблюдался относительно спокойный рост биомассы, и так продолжалось до конца палеозойской эры (палеозойская фауна — кораллы, замковые плеченогие, головоногие, древние иглокожие). Кульминацией стало быстрое развитие видов в мезозое, которое лишь ускорилось в кайнозое, разнообразие достигло высоких уровней, что мы и наблюдаем сегодня как результаты эволюции современной фауны (брюхоногие и двустворчатые моллюски, большая часть позвоночных, современные иглокожие и другие группы).

В чистом виде развитие биоразнообразия за последние 500 млн лет соответствовало гипотезе, представленной Джоном Филлипсом в 1860 году: на планете сейчас больше видов, чем было когда-либо в прошлом. Кроме того, что еще более утешительно, траектория развития разнообразия видов показывает, что, по-видимому, «моторчик» эволюции — процессы, отвечающие за возникновение новых видов, — неизменно работает, и в будущем можно ожидать появления на Земле еще большего разнообразия форм. В любом астробиологическом контексте эти данные свидетельствуют о том, что наша планета по-прежнему молода. Как бы то ни было, научный взгляд, имеющий 130-летнюю историю, от Филлипса до Сепкоски, очень успокаивает — сейчас видов больше, чем в прошлом, то есть вековая научная теория предполагает, что мы живем в лучшем из всех известных биологических времен (по крайней мере, с точки зрения биологического разнообразия), и есть все основания полагать, что впереди нас ждут еще лучшие времена — мир станет производительнее и разнообразнее даже без сумасшедших изобретений биоинженеров.

Хотя кажется, что работы Сепкоски убедительно показывают историю развития жизни как непрерывное движение ко все большему разнообразию, начиная с позднего мезозоя и до наших дней, тем не менее сомнения по поводу результатов исследований окаменелостей, описанных в более ранних работах, по-прежнему остаются. К тому же были проведены и другие серии экспериментов в отношении развития биоразнообразия. Больше всего обсуждался феномен под названием «ставка на последнее событие», согласно которому Сепкоски использовал методологию, не учитывающую разнообразие в глубоком прошлом, и показывал все так, будто видовое многообразие проявилось лишь в относительно недавние времена. Поскольку это действительно серьезные сомнения, ученые провели ряд исследований, чтобы проверить биоразнообразие в разные периоды. В самом начале XXI века проблема изучалась большой командой, которую возглавили Чарльз Маршалл из Гарварда и Джон Элрой, который тогда работал в Калифорнийском университете [135] . Эта группа собрала еще большую, чем Сепкоски, базу данных, основой которой послужили коллекции различных музеев, тогда как метод Сепкоски основывался на подсчете числа видов, зафиксированных в научной литературе по определенным геологическим периодам. Большинство были поражены, когда оказалось, что уже первые результаты этого исследования кардинальным образом отличались от общепринятого мнения.

135

J. Alroy et al., «Effects of Sampling Standardization on Estimates of Phanerozoic Marine Diversification,» Proceedings of the National Academy of Sciences 98 (2001): 6261–66.

Анализ, проведенный группой Маршалла и Элроя, показал, что разнообразие видов в палеозое было почти таким же, что и в середине кайнозойской эры. Резкий скачок в разнообразии видов, который долгое время принимался за аксиому, в данном исследовании не прослеживался. Выводы просты: развитие разнообразия видов достигло своего пика сотни миллионов лет назад и с тех пор остается в усредненном спокойном состоянии. Возможно, скорость развития биоразнообразия достигла своего максимума на раннем этапе развития животных, и, в противовес всем точкам зрения со времен Филлипса, это развитие больше никогда не ускорялось, а может, даже замедлялось. Хотя, разумеется, многие эволюционные новшества, например, те, что позволили распространиться растениям и животным по суше, способствовали появлению многих новых видов, и это обогатило в целом биоразнообразие, но похоже, что с конца палеозоя количество видов на планете остается почти неизменным.