Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк

Существуют две возможности определить, когда впервые возник фотосинтез-C4. Первая — молекулярные часы. Сравнивая геномы растений с разными типами фотосинтеза, генетики установили, что различия довольно велики, и механизм C4 мог появиться не позднее чем 25 млн лет назад (мог и раньше — 32 млн лет назад). Однако палеонтологическая летопись показывает совершенно другие цифры — первые ископаемые растения с фотосинтезом-C4 относятся к периоду 12–13 млн лет назад.

Появление фотосинтеза-C4 не являлось единичным неожиданным экспериментом эволюции, который потом распространился на многие растения. На самом деле данный тип фотосинтеза возникал, скорее всего, около 40 раз у разных групп растений и в различные моменты истории их развития. Растения с фотосинтезом-C4 приобрели способность противостоять огню и обезвоживанию, адаптировавшись, таким образом, к жаркому и сухому климату.

Для экологии самыми важными растениями с фотосинтезом-C4 оказались травянистые растения, поскольку именно они являются основной пищей травоядных животных — больших существ, пасущихся на лугах, и имеют большое значение для многих птиц, включая гусей, которые встречаются повсюду, даже на газонах городских парков. Снижение уровня углекислого газа, особенно за последние 20 млн лет, произошло во многом благодаря травянистым растениям с фотосинтезом-C4[225]. Многие травы не могут существовать под лесными деревьями, где прохладные и тенистые условия мешают их росту и развитию.

Впрочем, отступление лесов открыло новые годные для трав пространства. Первоначально полагали, что быстрая эволюция травянистых растений с фотосинтезом-C4 стала возможной благодаря длительному снижению уровня углекислоты, однако существует и другая — новая — теория, согласно которой для бурного развития данного типа растений не менее важным, а возможно и более важным, является изменение лесного покрова планеты. Но что же вызвало уменьшение лесного покрова? Вероятно, лесные пожары.

Лесные пожары — незаслуженно игнорируемый фактор развития жизни на планете, покрытой растениями. Пожары, разумеется, зависят от уровня кислорода в атмосфере. В периоды с большими концентрациями атмосферного кислорода, например, в меловом периоде 320–300 млн лет назад, лесные пожары были, вероятно, постоянными. Если бы в тот период можно было посмотреть на Землю из космоса, то мы бы увидели, что атмосфера плотно задымлена, настолько плотно, что солнечный денек был редкостью. Такая дымовая завеса над большей частью материков серьезно влияла на глобальные температуры: большая часть дыма от лесных пожаров светлая с внешней, «космической», стороны и поэтому способна отражать больше солнечного света обратно в космос, чем при других обстоятельствах, а значит, менять альбедо — степень способности Земли отражать солнечные лучи.

Все эти явления создали цепь событий, кардинально повлиявших не только на мировой климат, но и на всю дальнейшую историю развития жизни. Увеличение содержания кислорода в атмосфере и его долговременный высокий уровень (более 30 %) в течение мелового периода спровоцировали большое количество лесных пожаров. Как сказано выше, это привело к снижению мировых температур, что в конечном итоге завершилось самым долгим за всю историю существования нашей планеты оледенением полярных областей. Хотя это оледенение не было общемировым, как в периоды «Земли-снежка», по времени оно было таким же долгим, как некоторые из них. Возможно, этот период полярного оледенения длился более 50 млн лет. За такие длительные периоды на Земле могли происходить самые важные события, например, освоение суши животными, эволюция новых, более развитых сухопутных растений, которые смогли приспособиться к жизни в высокогорных районах, до того не освоенных растениями. За такие интервалы возникали новые формы позвоночных, включая ранних рептилий, а за ними — и предков млекопитающих. Существует, однако, еще один аспект пожаров, который также мог повлиять на развитие растений, а следовательно, и на развитие жизни на планете в целом.

Новые исследования лесных пожаров в бассейне Амазонки доказывают, что пожары на не освоенных человеком территориях могут серьезно менять климатические условия, и это касается не только тропиков. Дэвид Бирлинг в книге The Emerald Planet («Изумрудная планета», см. главу 10) отмечает, что в течение апреля 1988 года дым от пожаров мешал формированию облаков над Северной Америкой, и это изменило режим выпадения осадков. Данный временной интервал стал для того региона одним из периодов суровой засухи и одним из самых сухих месяцев за весь XX век. В том же году произошло несколько крупных лесных пожаров, например, в июле 1988 года выгорели огромные территории вокруг Йеллоустоунского национального парка. Бирлинг предлагает по-новому оценить факт распространения травянистых растений с фотосинтезом-C4 — с точки зрения возникновения положительной обратной связи[226].

Положительная обратная связь демонстрирует усиление экологического эффекта в одном определенном направлении. В современном мире потепление атмосферы вызывает усиленное таяние арктического льда, в связи с чем уменьшается площадь белой поверхности с высокой отражательной способностью. Покрытые белым льдом и снегом арктические моря отражают солнечные лучи обратно в космос, но таяние белого покрова приводит к увеличению площади темной морской воды, которая в таком случае начинает поглощать намного больше тепла, и моря теплеют. С потеплением морей лед начинает таять еще интенсивнее, и цикл продолжается. Положительная обратная связь заключается в том, что потепление ведет к еще большему потеплению.

Дэвид Бирлинг полагает, что положительная обратная связь в случае с лесными пожарами заключается в том, что пожары вызывают еще больше пожаров. Пожары меняют климат и провоцируют засухи, которые приводят к увеличению территорий, где возможно возгорание, и возникают новые пожары, — так замыкается круг.

Мы живем в эпоху, когда мировые температуры стремительно растут. Все возможные последствия для планеты пока не ясны, и еще менее предсказуем тот эффект, который может оказать новый, более теплый мир с более высоким уровнем моря на промышленность, население и развитие цивилизаций в целом.

История развития жизни в школьных программах часто выглядит так: рыбы появились в эру рыб; некоторые рыбы выползли на сушу, и началась эра амфибий; амфибии затем дали жизнь рептилиям, и началась эра рептилий, которую еще называют эрой динозавров; заканчивается этот ряд эрой млекопитающих. Нетрудно догадаться, почему такой способ изложения истории стал обычным делом: люди любят все классифицировать, а последовательность «эр» выглядит очень удобной классификацией. Однако, как вы можете видеть, эры птиц-то нет! Ее никогда не выделяют в ряду прочих. Давайте же восполним этот пробел и попробуем описать исторический период, который определим как эру птиц[227].