Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции - Лэйн Ник (книги онлайн бесплатно серия TXT) 📗
Проблемы физиологии обычно обсуждают так, будто участники обсуждения пребывают в историческом вакууме: исходя из того, что в прошлом все было так же, как теперь, и что силы отбора неизменны, как сила тяготения. Но это не так, доказательством чему служат великие вымирания. Самое грандиозное произошло в конце пермского периода, около 250 миллионов лет назад, и послужило прелюдией к начавшемуся сразу после него неудержимому взлету «правящих ящеров» и эре динозавров.
Пермское вымирание часто называют одной из великих загадок жизни (наряду с целым рядом других явлений, на изучение которых охотнее выделяют гранты), но условия среды, тот фон, на котором оно происходило, пока описаны лишь в общих чертах. На самом деле это было даже не одно вымирание, а два, разделенные промежутком почти в десять миллионов лет — временем отчаянного упадка. Оба вымирания соответствуют продолжительным периодам повышенной вулканической активности — самым масштабным излияниям лавы в истории Земли, похоронившим обширные территории (чуть ли не целые континенты) под толстым слоем базальтов. Эрозия застывших потоков этой лавы привела к появлению участков со ступенчатым рельефом — так называемых траппов. Первый всплеск вулканической активности, случившийся около 260 миллионов лет назад, привел к образованию Эмэйшаньских траппов в Китае. Восемь миллионов лет спустя последовал второй всплеск, еще более масштабный, в результате которого возникли Сибирские траппы. Принципиально здесь то, что и Эмэйшаньские, и сибирские вулканические потоки извергались, пробиваясь сквозь слои, содержавшие карбонатные породы и уголь. Это важно потому, что при реакции раскаленной лавы с такими породами в атмосферу в огромных количествах выделялись углекислый газ и метан, и это происходило при каждом извержении на протяжении не одной тысячи лет [75]. А в результате менялся климат.
Рис. 8.1. Поток воздуха, проходящий через птичьи легкие на вдохе (о) и на выдохе (b). Воздушные мешки: 1 — ключичный, 2 — черепной, 3 — хвостовой-грудной, 4 — брюшной. Воздух непрерывно проходит сквозь легкие в одном и том же направлении, в то время как кровь течет в противоположную сторону, чем по принципу противотока обеспечивается высокоэффективный газообмен.
Было предпринято немало попыток вычислить «убийцу», стоявшего за пермскими вымираниями. Приводились убедительные аргументы в пользу того, что им было глобальное потепление, истощение озонового слоя, выделение метана и углекислого газа, кислородное голодание, отравление сероводородом, и так далее. Единственная возможная причина, которая более или менее исключена — это столкновение с метеоритом: нет почти никаких данных, указывающих на то, что в конце пермского периода происходили какие-либо столкновения, похожие на последовавшее почти двести миллионов лет спустя и ознаменовавшее собой финал продолжительного господства динозавров. Однако все остальные из перечисленных причин вполне правдоподобны, и большим достижением последних лет стало открытие, что все они неразрывно связаны друг с другом. Любой всплеск вулканической активности, сравнимый по масштабам с тем, что привел к образованию Эмэйшаньских траппов, неизбежно должен был запустить целый каскад неотвратимых взаимозависимых изменений — леденящую сердце последовательность. Сходные каскады угрожают нам и сегодня, хотя (пока) они несопоставимы по масштабам с пермскими.
Извержения вулканов вызывали выброс в атмосферу метана, углекислого газа и других вредных газов, разрушавших озоновый слой и в итоге приведших к установлению на планете гораздо более теплого и сухого климата. Через весь суперконтинент Пангею протянулись обширные сухие равнины. Великие угленосные болота предшествующих периодов, каменноугольного и пермского, высохли, и отложившийся в них уголь полетел по ветру, реагируя с кислородом и делая сам воздух малопригодным для жизни. За десять миллионов лет уровень кислорода медленно, но неуклонно падал — с 30 % до минимума, составившего менее 15 %. Сочетание потепления воды (снижавшего растворимость кислорода), падения уровня атмосферного кислорода и повышения уровня углекислого газа привело к гибели большинства морских организмов. Процветали лишь ядовитые бактерии, преобладавшие на нашей планете задолго до эпохи животных и растений и теперь вновь в огромных количествах выделявшие токсичный сероводород. Газы, испускаемые мертвеющими океанами, отравляли атмосферу еще сильнее, вызывая гибель населения суши. И тогда судьба нанесла еще ряд сокрушительных ударов: раз за разом на протяжении пяти миллионов лет несли смерть извержения — те самые, что вызвали образование Сибирских траппов. В морях и на суше оставалось мало живого, и надежда забрезжила лишь потом.
Кто же выжил? Любопытно, что и в морях, и на суше это удалось тем, кто обладал одним и тем же свойством — лучше других умел дышать, перенося низкий уровень кислорода, высокий уровень углекислого газа и присутствие жуткой смеси из вредоносных газов. Это были те, кто мог задерживать дыхание, но сохранять активность: те, кто обитал в пещерах и норах, в грязи, в болотах, в иле, кто питался чем придется и жил в местах, где никому другому жить не хотелось. «Слизких тварей миллион» выжил, и с ними выжили наши предки. Именно поэтому знаменательно, что первыми наземными животными, восстановившимися после того великого вымирания, были листрозавры — норные рептилии с грудью колесом, с мускулистой диафрагмой, с твердым небом, с расширенными дыхательными каналами и с носовыми раковинами. Они вылезли, пыхтя, из своих душных нор и разбрелись по опустевшей суше как белки по лесу.
Рис. 8.2. Реконструкция системы воздушных мешков динозавра Majungatholus atopus в сравнении с системой воздушных мешков современных птиц. В обоих случаях легкие обслуживаются передними и задними воздушными мешками, следы которых, сохранившиеся в костях динозавров, полностью соответствуют расположению этих мешков у птиц. Воздушные мешки работают как мехи, прокачивая воздух сквозь неподвижные легкие.
Эта удивительная история, записанная в горных породах на языке химии, длилась миллионы лет и определила ход триасового периода. Токсичные газы исчезли из атмосферы, но уровень углекислого газа по-прежнему зашкаливал — он был в десять раз выше, чем в наши дни. Концентрация кислорода в атмосфере упорно держалась ниже отметки 15 %, и климат оставался засушливым. Даже тем, кто жил на уровне моря, приходилось довольствоваться воздухом, в одном глотке которого было столько же кислорода, сколько сегодня бывает лишь высоко в горах. Именно в таком мире жили первые динозавры, вставшие на задние ноги и освободившие свои легкие от тех ограничений, с которыми сталкиваются ползающие по земле ящерицы, неспособные одновременно бегать и дышать. Прибавьте к этому воздушные мешки и аспирационный насос, и расцвет динозавров покажется неизбежным. Обо всем этом подробно и убедительно рассказывает палеонтолог Питер Уорд из Вашингтонского университета в Сиэтле в своей замечательной книге «Порождения скудного воздуха». Уорд утверждает (и я ему верю), что секрет успеха архозавров, в итоге вытеснивших цинодонтов, состоял в том, что их легкие были разделены на септы: это давало архозаврам возможность преобразовать их в удивительную систему со сквозным потоком воздуха, которой сегодня пользуются птицы. Тероподы стали единственными животными на планете, не страдавшими от недостатка кислорода. Поэтому и носовые раковины были им не особенно нужны.
Итак, повышенная выносливость была не дополнительным бонусом, а жизненно важным свойством, счастливым лотерейным билетом, позволившим тем, кому он достался, пережить тяжелейшие времена. Но здесь я вынужден поспорить с Уордом. Я согласен, что высокая аэробная мощность должна была оказаться ключом к выживанию, но действительно ли она должна быть сопряжена с высокой интенсивностью обмена веществ в состоянии покоя? Уорд, ссылаясь на гипотезу аэробной мощности, считает именно так, но почему-то ничего подобного не происходит в наши дни с животными, обитающими высоко в горах. Напротив, их мышечная масса обычно уменьшается, и в выигрыше оказываются самые жилистые из этих существ. Хотя их аэробная мощность и бывает повышена, интенсивность обмена в покое вовсе не повышается вместе с ней — напротив, она может даже снижаться. В тяжелые времена физиология должна быть экономнее.
