Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк

Первой реакцией на сведения, показывающие столь быстрое движение поверхностных участков планеты, было сомнение в объективности этих данных. Что ж, вполне справедливо. Как сказал однажды Карл Саган, неординарные (научные) утверждения требуют неординарных доказательств. Перемещение континентов было настолько быстрым, что нормальное тектоническое движение, упомянутое выше, то есть не более нескольких сантиметров в год, не может служить основой для изучения этого явления. Новые данные, медленно, но упорно собираемые Киршвинком и другими коллегами, демонстрировали слишком быстрое движение плит, чтобы его можно было объяснить с помощью принятой сегодня тектонической теории. Ну и наконец, основные процессы этого быстрого тектонического движения совпадали по времени с бурным развитием многообразия типов животных. Если на кембрийский взрыв повлияло не быстрое тектоническое движение, то что? И каким образом оно могло повлиять на эволюцию животных?

Ответы явились настоящим откровением, хотя и не должны были особенно удивить, поскольку схожие процессы известны по результатам изучения истории формирования и развития Марса, Луны и многих спутников и малых планет. Эти объекты вполне способны к необыкновенным изменениям в пространственной ориентации. Невозможно до конца оценить все последствия подобных процессов для эволюции живых организмов на Земле, но наше новое понимание того, что же на самом деле произошло, поистине сравнимо с революцией в науке о развитии жизни на нашей планете.

Уже более века геофизики знают, что участки земной коры могут быстро перемещаться относительно оси. Существует физический закон, который гласит, что вращающийся объект будет вращаться вокруг так называемого момента инерции. Хорошим примером может служить летающий диск, фрисби: если его запустить правильно, он будет вращаться вокруг своего центра, и масса вещества на его краях будет поддерживать стабильность вращения. Но давайте прилепим на диск кусочек свинца, но не в центр. Вращение фрисби изменится, поскольку он попытается переориентировать движение с учетом новой массы так, чтобы новообразовавшийся тяжелый участок оказался как можно дальше от центра вращения — у «экватора». На вращающейся планете центробежные и гравитационные силы влияют на любой появившийся на поверхности объект. Но на вращающемся шаре переориентация может происходить по-своему, и под влиянием оси вращения новый «вес», который находился, скажем, в двух третьих пути от экватора к полюсу, может в конечном итоге оказаться и не на экваторе. Крутящийся мяч может изменить позицию оси вращения, если на него прилепить посторонний объект.

Хорошо известно, что Луна и Марс переориентировались таким образом в течение своей геологической истории. На поверхностях обоих появлялись участки с новой массой, которые первоначально находились не на экваторе, но в конце концов оказались именно там. Например, гигантская провинция Фарсида (геологический регион Марса) состоит из огромного количества лавы с очень большой массой. С позиции геологического времени это похоже на посторонний объект, который мы прилепили на фрисби или на вращающийся мяч, так как провинция появилась уже после окончательного образования Марса. На самом деле это крупнейшая положительная гравитационная аномалия в Солнечной системе, и находится она точно на марсианском экваторе — сегодня находится. На Луне наблюдения, предшествующие работе «Аполлона», зафиксировали концентрации больших масс, обусловленных базальтовыми лавами, покрывающими лунные моря, и тоже — на экваторе. Эти процессы вполне объяснимы для Марса и Луны, поскольку ни один из этих объектов не имеет тектоники плит, и называются эти процессы истинным перемещением полюсов (true polar wander — TPW). До открытия тектоники плит в 1966 году все свидетельства того, что земные полюса в древности находились в других местах, приписывались действию истинного перемещения полюсов.

Быстрое по геологическим меркам изменение массы отдельных участков планеты может происходить по разным причинам, включая воздействие кометы или большого астероида, или извержение магмы из недр на поверхность Земли.

Кроме того, большие изменения массы могут возникать, если какая-либо часть тектонической плиты появляется или, наоборот, исчезает в зоне расширения или в зоне движения по разломам. Любая из этих причин достаточно весома, чтобы существенно влиять на истинное перемещение полюсов на Земле. Исчезновение участков влияет на ориентацию всей планеты. Могут исчезать и зоны расширения, и зоны движения, когда один дрейфующий континент сталкивается с другим. Любые океанические зоны расширения или движения между сходящимися континентами разрушаются при столкновении. В этом случае мы имеем дело с переориентацией планеты, вызванной не появлением дополнительной массы на поверхности планеты, но в связи с ее исчезновением.

Маловероятно, чтобы биологические изменения, связанные с кембрийским взрывом, повлияли на тектоническое движение, более вероятно, что быстрое движение плит существенно ускорило ход биологической эволюции. Это предположение можно доказать, основываясь на нескольких новых открытиях. Во-первых, когда материки находились в более высоких широтах, в их полостях накапливалось много замерзшего метана (клатрата, или газового гидрата), на морском дне и в вечной мерзлоте. По мере продвижения к экватору они постепенно согревались, и происходили периодические выбросы парниковых газов в атмосферу, что приводило к согреванию среды. Эволюция, в том числе многообразие видов, ускоряет свое развитие в первую очередь именно в теплой среде, поскольку ускоряется метаболизм.

Когда описанные выше явления впервые стали упоминаться в научной литературе, их называли «метановое вливание в кембрийский взрыв», и считалось, что температурные режимы, возможно, были основным фактором быстрого развития видов животных. Также это признавалось возможной причиной скачкообразных изменений изотопов углерода.

В том числе оказывается, что наибольшее разнообразие видов географически привязано именно к экватору. Когда наш коллега из Йельского университета Росс Митчелл изучил палеографические перемещения во время истинного перемещения полюсов, он заметил, что почти все новые группы животных появлялись в тех частях материков, которые во время движения были обращены к экватору, и лишь совсем незначительное количество видов появилось в более высоких широтах. Эта связь быстрого увеличения количества форм живых организмов и географии дает потрясающе простое объяснение бурному развитию видов, особенно в отношении экспериментов природы с гомеозисными генами. Кроме того, палеонтологическую летопись кембрийского взрыва можно отчасти принимать за свидетельство геологических изменений, так как побочным эффектом истинного перемещения полюсов являлись повышение уровня моря в областях, двигающихся к экватору, и понижение уровня моря на тех участках, которые двигались от него. Осадочные отложения лучше всего накапливаются при повышении уровня моря, а при понижении уровня они постепенно исчезают. Значит, породы, образовавшиеся во время истинного перемещения полюсов, отражают увеличение разнообразия животных.

Утверждение того факта, что истинное перемещение полюсов является причиной важных событий в истории развития жизни, определенно открывает новое поле для исследований, о котором в XX веке даже не помышляли. Как истинное перемещение полюсов используется для объяснения событий кембрийского взрыва, так же его можно применить для объяснения массовых вымираний. Одно из которых, кстати сказать, стало завершающим этапом кембрийского периода — в это время вымерли почти все «странные чудеса» Стивена Гулда из сланцев Бёрджесс, — и получило в качестве названия непонятное слово SPICE[126].