Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк

Миллионы лет разнообразие динозавров, как и прочих сухопутных позвоночных, оставалось относительно небольшим, что для Серено и других исследователей все еще непонятно. Теперь эту странность вполне можно объяснить.

В истории развития жизни животных на Земле повторяется одно и то же соотношение уровней атмосферного кислорода и разнообразия видов, а также их размеров: во времена, когда уровень кислорода низкий, разнообразие и размеры существ также невелики, и наоборот. По-видимому, то же самое произошло и с динозаврами. В 2006 году Питер Уорд в книге Out of Thin Air («Как будто из ниоткуда») впервые со всей очевидностью показал взаимосвязь размеров и форм динозавров и уровней кислорода.

Если разнообразие динозавров действительно зависело от количества кислорода в атмосфере, то чрезвычайно малое количество данного вещества в атмосфере позднего триаса полностью объясняет медленное развитие видового разнообразия этих организмов с момента их появления.

Период низкого уровня кислорода стал временем гибели многих видов животных (хотя при этом эволюция энергичнее экспериментировала), подтверждения тому можно обнаружить при сравнении показателей атмосферного кислорода и разнообразия видов динозавров в интервале от начала триаса и до конца мелового периода. Палеонтолог и специалист по осадочным породам Дэвид Фастовски и его коллеги опубликовали в 2005 году работу, в которой показано, что таксономический состав динозавров оставался неизменным, начиная с момента появления первых динозавров второй половины триаса и до конца первой половины юрского периода. Только в конце юрского периода число динозавров заметно возросло, и этот рост неуклонно продолжался до конца мелового периода, за исключением кратковременного затишья в начале последней трети мела.

К концу мелового периода, 84–72 млн лет назад (так называемый кампанский ярус верхнего мела), существовало в сотни раз больше динозавров, чем в триасовом и юрском периодах. Что стало причиной такого мощного прорыва в развитии?

Можно предположить, что и здесь свою роль сыграло изменение ситуации с кислородом. В позднем триасе и первой половине юры число динозавров было небольшим и оставалось неизменным, так же как и количество атмосферного кислорода (по сравнению с современным состоянием). Постепенно в юрском периоде уровень кислорода повышался, достигнув отметки 15 %, а затем и 20 % на последних временных этапах данного периода. И лишь тогда стало возрастать количество видов динозавров. Количество атмосферного кислорода постепенно увеличивалось, и в течение мелового периода то же самое происходило с динозаврами. Вторая половина мелового периода была настоящим «золотым веком» динозавров. Конец юрского периода, когда произошло заметное повышение уровня кислорода, стал также временем увеличения размеров динозавров, тогда появились самые крупные динозавры из всех известных, которые просуществовали вплоть до конца мела.

Разумеется, для процветания динозавров в меловом периоде имелись и другие причины. Например, в середине мела произошла революция в мире растений — появились покрытосеменные (цветковые) формы, которые в конце мелового периода в значительной степени вытеснили хвойные, доминировавшие в юрском периоде. Распространение цветковых привело к увеличению количества растений, а это стимулировало развитие видового разнообразия насекомых. Во всех экосистемах наблюдалось большое разнообразие ресурсов, что могло послужить причиной развития разнообразия в принципе. Однако связь между уровнем кислорода и разнообразием живых существ, а также уровнем кислорода и размерами животных постоянно прослеживается у всех групп организмов — от насекомых до рыб, от рептилий до млекопитающих. Так почему же динозаврам быть исключением?

Динозавры появились в тот период (или непосредственно перед тем), когда уровень кислорода в триасе достиг своего минимума (около 10–12 %, сегодня такие показатели можно встретить на высоте 4500 м над уровнем моря). Это был самый низкий уровень за последние 500 млн лет. В качестве реакции многие животные изменили строение своих тел, динозавры тоже. Морфологически динозавры совершенно не похожи на более ранних пресмыкающихся, и появились они в период почти смертельной жары (очень высоких мировых температур) и резкого дефицита кислорода. Возможно, это совпадение, но едва ли, поскольку появление многих признаков «динозавровости» может быть объяснено стремлением адаптироваться к дефициту кислорода. Изначально анатомия динозавров (возникшая из анатомии ящерообразных вроде ставрикозавра или более раннего герреразавра) была в некоторой степени реакцией на недостаток кислорода в среднем триасе, иными словами, строение тела динозавров, в том числе двуногость, своим происхождением обязано именно дефициту кислорода. Двуногость первых динозавров позволила преодолеть проблему дыхания, которая имелась у более ранних рептилий в соответствии с ограничением Каррьера. Таким образом, недостаток кислорода привел к появлению динозавров за счет эволюции определенного морфологического типа тела. Условия обитания в мире, где в атмосфере содержится всего 10 % кислорода, совершенно неверно представляются. Это количество кислорода, существующее, например, на высоте самых высоких вулканов на Гавайях, где находится обсерватория Кека, — здешние астрономы расскажут вам многое о быстрой утомляемости и потере умственной концентрации в условиях дефицита кислорода. Однако невозможно хорошо понять, что представлял собой мир позднего триаса, если просто сравнить его с состоянием атмосферы на больших высотах, поскольку там не хватает не только кислорода — там возникает недостаток всех газов. Один из этих газов — водяной пар, который имеет непосредственное влияние на развитие птичьих яиц на большой высоте. К недостатку кислорода — самому важному ограничителю эволюции сухопутных организмов — в позднем триасе следовало приспособиться весьма основательно, вот и появились первые динозавры. Все они были сначала двуногими, у них была принципиально новая система дыхания — с учетом недостатка кислорода самая эффективная на тот момент. Существа, которые пришли к нам из тех времен и которых мы называем птицами, до сих пор сохраняют черты того эволюционного прорыва.

Первые настоящие динозавры, судя по фоссилиям, были двуногими и произошли от примитивных двуногих архозавроморфов в первой половине триаса. Те архозавроморфы были также предками крокодилов и, возможно, являлись теплокровными или, по крайней мере, развивались в этом направлении. В данной группе организмов двуногие являлись преобладающим морфологическим типом, и какое-то время существовали даже двуногие крокодилы. Почему двуногие? Как это помогло приспособиться к недостатку кислорода?

Современные ящерицы не могут дышать при беге, а у них были сотни миллионов лет, чтобы завоевать себе такое право. Такое физиологическое ограничение возникло у них из-за «лежачего» положения тела. Современные млекопитающие демонстрируют определенный синхронный ритм движений конечностей и дыхания. У лошадей, кроликов, гепардов и многих других один вдох приходится на один шаг. Их конечности находятся полностью под корпусом тела, и поэтому позвоночник данных четвероногих млекопитающих в основном неподвижен в отличие от позвоночника ползающих рептилий. Позвоночник млекопитающих слегка изогнут книзу, а при беге выпрямляется, и такое движение вверх-вниз скоординировано с вдохом и выдохом. Такая система, впрочем, появилась только у настоящих млекопитающих, в триасе. Даже самые развитые цинодонты триаса не имели полностью поднятого на опорные конечности туловища и поэтому, вероятно, испытывали неудобство или даже страдание, если пытались бежать и дышать одновременно.