Новая история происхождения жизни на Земле - Киршвинк Джозеф (читать хорошую книгу txt) 📗

Периоды увеличения и снижения концентрации углекислого газа в природе за последние 500 млн лет (время появления и развития животных) сегодня хорошо изучены и задокументированы, однако животным, конечно же, необходим кислород. Мы описали изменения в соотношении этих двух газов в прошлом, и будущее поведение углекислого газа и кислорода так же хорошо предсказуемо, как и интенсивность увеличения яркости Солнца.

Долговременный прогноз в отношении поведения углекислого газа заключается в том, что продолжится та же тенденция, которая наблюдается на протяжении последнего миллиарда лет, — концентрация данного газа будет уменьшаться. Сокращение количества данного газа происходит из-за процессов и в самой живой природе, и в тектонике плит: чем больше потребляется CO₂ для формирования скелетов живых существ, особенно в океане, тем меньше его в атмосфере. Если эти скелеты остаются в океане, заключенный в них углерод (теперь в форме карбоната кальция) вступает в процесс круговорота углерода. Однако тектоническое движение приводит к увеличению общей площади континентов, и известняк — могила атмосферного CO₂ — накапливается на суше как осадочная порода.

Можно подумать, что долговременное снижение уровня углекислого газа неизбежно приведет к образованию «Земли-снежка» Но не похолодание из-за недостатка атмосферного CO₂ ждет Землю в будущем. Будет жара. Повышение температуры как следствие воздействия Солнца сведет на нет процессы, ведущие к похолоданию, — уменьшение концентрации углекислого газа в атмосфере и парниковый эффект. Когда средняя температура на земном шаре достигнет примерно 50–60 °C, океаны начнут улетучиваться в космос.

Впрочем, на поверхности суши жизнь все равно исчезнет задолго до того, как исчезнут океаны — примерно через 2–3 млрд лет, потому что фотосинтезирующие организмы — от микроскопических форм до гигантских растений — не смогут выжить в условиях недостатка углекислоты. Убывание атмосферного CO₂, источника углерода, в дальнейшем приведет к сокращению пригодных к обитанию зон на самой планете, поскольку кислорода тоже станет меньше.

Эти процессы можно наблюдать уже сейчас. Когда сосудистые растения только появились на поверхности Земли около 475 млн лет назад, атмосфера была насыщена углекислым газом. Не было необходимости накапливать углерод в физиологических процессах. Сегодня многим видам растений требуется как минимум 150 ppm углекислого газа, а вот Джеймс Кастинг в своей статье (1997 год) отмечает, что существует довольно большая группа растений, включающая, например, многие распространенные травянистые растения средних широт, которые используют совершенно другой тип фотосинтеза и могут выживать при более низком содержании CO₂ в атмосфере, иногда даже при показателе 10 ppm, — это растения с фотосинтезом-C₄, описанные в одной из предыдущих глав нашей книги. Такие растения просуществуют намного дольше, чем их коллеги, зависимые от высоких концентраций углекислого газа, и, конечно, эти более выносливые растения значительно продлят жизнь биосферы, даже когда уровень углекислого газа упадет намного ниже современных показателей.

Мы с уверенностью можем предсказать, что эволюция растений пойдет по пути развития форм, приспособленных к условиям с низким уровнем углекислоты. Кроме того, из-за повышения мировых температур растениям станет сложнее удерживать воду. У растений есть две противоборствующие потребности: дать возможность углекислому газу проникнуть внутрь и обеспечить фотосинтез и в то же время избежать чрезмерного испарения воды, при этом оба процесса происходят по одному и тому же каналу — через отверстия во внешнем покрове, устьица. Скорее всего, флора будущего будет состоять из плотных восковистых растений, полностью закрывающих свои устьица в темное время, когда солнца недостаточно для фотосинтеза.

Листья, по крайней мере в их сегодняшней форме, вероятно, исчезнут, то же самое произойдет и с травой. Узколистные травы и тонкие листья иных растений будут обречены из-за огромной потери воды. Все эти изменения неизбежно повлияют и на жизнь животных.

Через 500 млн лет, хотя, может быть, и через 1 млрд лет, уровень углекислого газа в атмосфере достигнет показателей, при которых привычная для нас растительная жизнь станет невозможной. Поначалу все будет не так уж драматично. Растения начнут погибать постепенно, планета не станет бурой за один день. На смену вымершим группам растений быстро придут другие, которые не будут разительно отличаться от погибших предшественников. Тем не менее типы фотосинтеза старых и новых растений будут совершенно разными. После этой перестановки жизнь на планете продолжится, наверное, почти в том же виде, в каком она существовала до изменения господствующего типа фотосинтеза. Продолжится еще какое-то время…

Существует вероятность, что растения разовьют и другие, пока неизвестные типы фотосинтеза, чтобы компенсировать недостаток углекислоты. В таком случае некоторые группы растений смогут выживать при самых минимальных концентрациях углекислого газа в окружающей среде. Однако рано или поздно погибнут даже самые стойкие. Все теоретические модели показывают, что количество CO₂ будет неуклонно сокращаться до критического показателя 10 ppm.

Одной из главных проблем развития жизни в будущем является биоразнообразие — количество видов организмов на Земле. Возникают два вопроса: во-первых, будет ли видов больше, чем сейчас, и во-вторых, если их будет больше, то как долго это продлится? Чтобы ответить на эти вопросы, снова следует обратиться к прошлому.

Дефицит углекислого газа окажется опасным не только для растений. Крупные морские растения и, возможно, планктон также сильно пострадают. В конце концов изменениям подвергнутся все морские сообщества, поскольку пищевая основа большинства морских экосистем — фитопланктон, одноклеточные растения, плавающие в толще воды. Уменьшение количества углекислого газа повлияет на фитопланктон самым непосредственным образом. Но и без этого исчезновение сухопутных растений нанесет сокрушительный удар по объему биомассы морского планктона.

Морской фитопланктон очень уязвим в отношении своих ресурсов питания. Когда в морскую воду поступают нитраты, железо и фосфаты, фитопланктон бурно расцветает. Однако источником этих нитратов и прочего являются гниющие сухопутные растения, которые приносят в океан реки. Если на суше количество растений сократится, то и нитраты иссякнут. Моря ждет голод, количество планктона катастрофически уменьшится, а последствия этой катастрофы уже никогда не будут устранены. Даже если сухопутные растения продолжат свое существование в том режиме, как описывалось чуть выше, невозможно будет наполнить океан тем огромным количеством питательных элементов, которое поступает в моря, например, в современном мире в отсутствие дефицита углекислого газа.

Основы пищевых цепей в том виде, в каком они существуют сегодня, исчезнут. Потеря растений приведет к упадку биологической продуктивности — мере общего количества живых организмов на планете. Жизнь тем не менее еще не погибнет окончательно — массы бактерий, например, синезеленые водоросли, продолжат существовать, поскольку эти одноклеточные способны жить при таких показателях углекислого газа, которые для прочих — многоклеточных растений — слишком малы для поддержания жизни. Кроме того, синезеленые водоросли не нуждаются в кислороде.

Гибель растений до неузнаваемости изменит сухопутные организмы и всю природу на поверхности планеты. Исчезнут корни, и поверхностные слои суши станут неустойчивыми, изменится характер рек. Большие извилистые реки, какими мы их знаем, начали формироваться со времен силура (около 400 млн лет назад), когда появились наземные растения, поскольку для образования берегов требовались корни, сдерживающие породу. Когда растений нет — из-за крутого склона, неблагоприятной почвы или других причин, — образуются реки совершенно иного рода: потоки со множеством рукавов, как это бывает в аллювиальных дельтах или на границах ледников — то есть в среде того типа, где существование растений с развитой корневой системой затруднено или вовсе невозможно. Такова была природа рек на поверхности планеты до распространения сухопутных растений, такой она станет и в случае, если растения исчезнут из-за нехватки углекислого газа.