Naukowcy niedawno ogłosili, że na Ziemi rozpoczęło się nowe masowe wymieranie: w wyniku działalności człowieka tempo wymierania gatunków kręgowców osiągnęło poziom 66 milionów lat temu, kiedy wyginęły dinozaury. Czy flora i fauna Ziemi naprawdę zmieniła się w wyniku katastrof? Uderzenie meteorytu, globalne ocieplenie, palące się pożary - wbrew utartym wyobrażeniom prawa ewolucji są znacznie silniejsze niż powszechne kataklizmy.
Historia naszej planety zawiera ślady kilku poważnych katastrof, które dosłownie przeformatowały systemy ekologiczne tamtych czasów. Po każdym globalnym wymarciu na scenie ewolucyjnej pojawiały się nowe klasy istot żywych, a pozostały tylko skamieniałe szczątki poprzednich. Naukowcy z AA Wydaje się, że Borisyak z Rosyjskiej Akademii Nauk zbadał mechanizm tych zmian. I pomogły im w tym owady - jedna z najbardziej udanych kategorii zwierząt, z których niektóre są w stanie przetrwać nawet w pobliżu epicentrum wybuchu jądrowego.
Apocalypse Alpha
Słowa „globalne wyginięcie” zwykle kojarzą się z wyginięciem dinozaurów. Ale w historii Ziemi była katastrofa na znacznie większą skalę, znana specjalistom jako „Wielkie Wymieranie”. Na granicy okresów permu i triasu, 252 miliony lat temu, zniknęło jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki 96 procent morskich i ponad 70 procent lądowych gatunków zwierząt. Ani przedtem, ani później na naszej planecie nie doszło do tak wielkiej dewastacji biosfery.
Okoliczności tej tragedii są dobrze zrozumiane i mogą z łatwością stanowić podstawę hollywoodzkiego hitu. Dlaczego jest film - wydaje się, że to Wielkie Zagłada zainspirowało autora Objawienia Jana Teologa, który szczegółowo opisał śmierć naszej własnej cywilizacji. Oto tylko kilka czynników, których połączenie wydaje się doprowadzić do tej niesamowitej katastrofy.
Pod koniec okresu permu na rozległych obszarach Syberii nastąpiły wybuchy magmy o fantastycznych objętościach na powierzchnię Ziemi. Zamarznięte pola lawy, znane jako syberyjskie pułapki, zajmują łącznie dwa miliony kilometrów kwadratowych - obszar Grenlandii lub Indii. Objętość wyrzuconych skał szacuje się obecnie na około pięć milionów kilometrów sześciennych. Oczywiście taka masa lawy odczuwalnie ogrzała ziemską atmosferę, dodając do niej sporą ilość gazów cieplarnianych, co doprowadziło do jeszcze większego - globalnego - ocieplenia.
Bazaltowe skały płaskowyżu Putorana utworzone przez pułapki
Film promocyjny:
Źródło zdjęcia Flickr xandreani
Mniej więcej w tym samym czasie na terytorium współczesnej Antarktydy, na Ziemi Wilkesa, spadła duża asteroida, z której nadal widoczny jest krater (o średnicy 500 kilometrów). Zauważ, że średnica meksykańskiego krateru Chicxulub od meteorytu, który jest uważany za zabójcę dinozaurów, wynosi tylko 175 kilometrów.
Wreszcie w oceanie doszło do tajemniczego zdarzenia, w którym uwolniono ogromne masy metanu - najważniejszego składnika gazów cieplarnianych. Albo ten metan gromadził się przez miliony lat w dolnych warstwach wody, albo archeony z rodzaju Methanosarcina zaczęły go masowo uwalniać, ale skład atmosfery ziemskiej bardzo się zmienił.
Rezultatem tych wszystkich kłopotów jest testowa wersja Apokalipsy: niebo zostało przykryte zasłoną pyłu wulkanicznego, z którym zmieszał się pył z uderzenia asteroidy. Powietrze było gorące i suche, a ocean zamienił się w roztwór kwasu, zupełnie nie nadający się do życia większości dawnych mieszkańców.
Kryzys różnorodności
Niewiele żywych stworzeń jest w stanie przetrwać w tak przerażających warunkach, uważa wielu współczesnych paleontologów. Dlatego fauna masowo wymierała i dopiero gdy atmosfera się oczyściła, a woda oceaniczna z kwaśnej wody stała się po prostu zasolona, rzadkie istoty, które przetrwały, rozpoczęły nowy etap ewolucji. Ale, jak się okazało, ten logiczny i zrozumiały schemat niestety nie ma nic wspólnego z rzeczywistością!
Rosyjski paleontolog, doktor nauk biologicznych, kierownik laboratorium stawonogów Instytutu Paleontologicznego Aleksander Pawłowicz Rasnitsyn od wielu lat prowadzi badania nad owadami permu i triasu. A według jego danych okazuje się, że tak naprawdę nie było katastrofalnego Wielkiego Wymierania.
Kryzys na pograniczu permu i triasu uznano za tak głęboki, że słynny brytyjski paleontolog Michael Benton opublikował nawet książkę zatytułowaną When Life Almost Died. Inny naukowiec, Jack Sepkoski z University of Chicago, przedstawił wykres w jednej ze swoich prac, który pokazuje, jak wzrost różnorodności zwierząt jest stopniowo zastępowany przez stosunkowo stabilną liczbę gatunków i głębokie, ostre spadki wymierania. A rosyjscy naukowcy odkryli, że na granicy permu i triasu jest pewien spadek, ale długi i nie tak głęboki, jak to opisał Sepkowski. Ten spadek w permie i triasie trwał bardzo długo przez ponad połowę okresu permu - dziesiątki milionów lat.
Różnorodność gatunkowa trzech głównych typów fauny morskiej fanerozoiku: kambru, paleozoiku, współczesności
Wykres: J. John Sepkoski, Jr. / Składki na zoologię
Aby bardziej szczegółowo zrozumieć wydarzenia z tamtego czasu, Rasnitsyn i jego współpracownicy zastosowali własną metodologię. Działają na poziomie rodzinnym, ponieważ owady nie mają wystarczających rzędów, ale rodzajów jest zbyt wiele, a co najważniejsze są bardzo krótkotrwałe. W efekcie powstała krzywa oparta na kilku wskaźnikach, z których najważniejsze to pierwsze i ostatnie znaleziska przedstawicieli poszczególnych rodzin. Pojawienie się w zapisie geologicznym i zniknięcie z niego były interpretowane jako występowanie i wyginięcie. Okazało się, że całkowita liczba rodzin (czyli rzeczywista różnorodność fauny) zmniejsza się bardzo powoli w całym środkowym i górnym permie, nie odzwierciedlając żadnego ostrego wymierania. W dolnym triasie praktycznie nie ma owadów, ale problem jestże w środkowym i górnym triasie pojawia się bardzo znaczna część rodzin paleozoicznych. „To znaczy o wyginięciu - to wcale nie jest historia” - zauważa Rasnitsyn.
I absolutnie niezwykła rzecz - późne wymieranie permu jest tradycyjnie kojarzone z syberyjskimi pułapkami, z wylewem na Syberię kolosalnych ilości materii magmowej. Twierdzi się, że uwolnienie ogromnych ilości gazów, spalanie nagromadzonego węgla i torfu oraz inne dramatyczne wydarzenia zmieniły planetę w idealną komorę gazową. Ale faktem jest, że wylewy lawy Tunguskiej nie były równoczesne, a wiele różnych owadów i roślin jest znanych z międzypułapkowych warstw osadowych (na przykład z Tunguskiej i Babi Kamen w Kuzbass). Oznacza to, że te pola lawy nie zniszczyły biosfery - przynajmniej flory i entomofauny.
A więc co się stało w tym przypadku z różnorodnością owadów, podczas gdy reszta fauny wyginęła na całym świecie?
„Intensywność wymierania owadów w środkowym i górnym permie, w środku wielkiego wymierania, zamarza na tym samym poziomie. Ale jednocześnie gwałtownie zmniejsza się pojawianie się nowych rodzin. Okazuje się, że spadek różnorodności nie wynika ze wzrostu wymierania, ale ze spadku tempa pojawiania się nowych rodzin i to właśnie ten parametr determinuje całą dynamikę zróżnicowania owadów. Czyli wymieranie, które zależy głównie od czynników zewnętrznych - wulkanizmu, pułapek, asteroid - w dużych i najciekawszych odstępach czasu okazuje się wartością stałą, a dynamika pojawiania się jest zmienna, na co w dużej mierze decydują wewnętrzne właściwości organizmów i procesy zachodzące w biosferze. To jest zupełnie inna ideologia!” - woła dr Rasnitsyn.
Alexander Rasnitsyn
Zdjęcie: lenta.ru
Tak więc badania owadów permu i triasu pokazują, że nie ma potrzeby mówić o jakimkolwiek gwałtownym wyginięciu sprowokowanym przez globalną katastrofę. Długotrwały i stopniowy spadek różnorodności owadów permskich bardziej przypomina ostatnie miliony lat okresu kredy, kiedy liczba znanych rodzajów dinozaurów stopniowo i nieubłaganie malała z setek na początku kredy do 10-30 pod koniec. Przyczyną zubożenia różnorodności, przynajmniej owadów, jest ewolucyjny zastój, kiedy nowe rodziny po prostu przestają się pojawiać, a stare nadal żyją jak wcześniej i wymierają w tym samym tempie.
Tragedia doskonałości
Ale jak ewolucja może się zatrzymać? To pytanie nieuchronnie pojawi się u każdego czytelnika, który opanował szkolny kurs biologii. Nie wiadomo, co myślał o tym Karol Darwin, ale współcześni naukowcy uważają, że nie tylko może, ale w niektórych przypadkach po prostu musi to zrobić.
„Jeśli ograniczymy się wyłącznie do genetycznego podejścia do ewolucji, w ramach bardzo syntetycznej teorii przekazywanej w szkole, to stworzenia, u których genetyka zmienia się intensywniej, powinny ewoluować szybciej niż inne: te, które rozmnażają się szybciej, mają większą populację, wyższą płodność. Innymi słowy, bakterie. Największe, najwolniejsze formy rozrodcze będą ewoluować najwolniej. W rzeczywistości więc słonie i wieloryby ewoluują najszybciej, a jednokomórkowe najwolniej. Wszystko jest dokładnie odwrotnie”- mówi Rasnitsyn.
Dlaczego tak się dzieje? Naukowcy nie mają jeszcze dokładnej odpowiedzi, ale jeśli nie ma wątpliwości co do poprawności genetyki, to pozostaje tylko jedno do założenia: rezerwy zmian u słoni i wielorybów zapewniane przez genetykę są wystarczające, aby zapewnić najszybszą ewolucję. Ale dla innych ewolucja jest w jakiś sposób zahamowana i nie postępuje lub nie przebiega z pełną prędkością. Pytanie brzmi, co powstrzymuje ewolucję. Rasnitsyn zaproponował koncepcję kompromisu adaptacyjnego opartego na fakcie, że jeśli wszystko w ciele jest skoordynowane i harmonijne, bardzo trudno jest zmienić jedną rzecz w nim bez wpływu na inne parametry zgodnie z regułami korelacji. A zmiany korelacyjne prawie zawsze będą nieadaptacyjne, a zatem szkodliwe.
Owady permskie
Aby ewolucja przebiegała w takiej sytuacji, potrzebna jest doskonale wyważona organizacja żywej istoty. Zwykłe zaostrzenie warunków doprowadzi do jego wyginięcia, a zmiękczenie spowoduje jedynie wzmożoną reprodukcję, wzrost śmiertelności zależny od gęstości i przywrócenie całego systemu na tym samym poziomie. Wydaje się, że przezwyciężenie kompromisu adaptacyjnego jest możliwe przy pewnej jednostronnej zmianie warunków, kiedy w rzeczywistości tylko niektóre funkcje podlegają kontroli adaptacyjnej. Na przykład organizm znajduje się na wyspie, na której nie ma drapieżników ani niebezpiecznych dla niego pasożytów, a cały problem sprowadza się do nauczenia się, jak jeść to, co tam jest. Nawiasem mówiąc, dobrze wiadomo, że to na wyspach często następuje szybka ewolucja, a zwierzęta przybierają groteskowe formy. Tak więc ewolucja ma miejsce, gdy pojawiają się takie niezrównoważone warunki,wchodząc w nową niszę ekologiczną. Z biegiem czasu ponownie stworzy całkowicie zrównoważone stworzenie, po którym ponownie nadejdzie ewolucyjna zastój. Co się stanie, jeśli w faunie wszystkie jej składniki osiągną bardzo wysoką doskonałość, potężny kompromis, że tak powiem, zatrzymają się w swojej doskonałości? Następnie, gdy zmienią się warunki, po prostu wymrą - dopóki siedlisko nie stanie się wolne, dopóki warunki nie ulegną złagodzeniu, kontrola adaptacyjna zmniejszy się, a ewolucja stanie się łatwiejsza. Wszystko to widzimy na przykładzie owadów paleozoicznych.skostniały w swojej doskonałości? Następnie, gdy zmienią się warunki, po prostu wymrą - dopóki siedlisko nie stanie się wolne, dopóki warunki nie ulegną złagodzeniu, kontrola adaptacyjna zmniejszy się, a ewolucja stanie się łatwiejsza. Wszystko to widzimy na przykładzie owadów paleozoicznych.skostniały w swojej doskonałości? Następnie, gdy zmienią się warunki, po prostu wymrą - dopóki siedlisko nie stanie się wolne, dopóki warunki nie ulegną złagodzeniu, kontrola adaptacyjna zmniejszy się, a ewolucja stanie się łatwiejsza. Wszystko to widzimy na przykładzie owadów paleozoicznych.
„Z naszych badań wynika, że owady nie miały masowego wymierania, a o dynamice ich różnorodności decyduje dynamika powstawania nowych grup, a nie dynamika wymierania. Na lądzie wpływ i skala katastrofy permsko-triasowej była znacznie mniejsza niż na morzu, co jest całkowicie zdumione, jeśli weźmiemy pod uwagę, że przyczyną katastrofy są zmiany atmosferyczne, uderzenie asteroidy i wulkanizm. A ponieważ nasze podejście nie zostało zastosowane do innych grup zwierząt, nie mogę powiedzieć, że sytuacja z owadami jest specyficzna. Rozwój różnorodności owadów od karbonu do współczesności jest bardzo podobny do tego, jak zmieniała się całkowita różnorodność innych zwierząt w tym okresie. Nie jest więc w ogóle wykluczone, że trendy te mogą okazać się ogólne, a wymieranie permu i triasu było faktycznie spowodowane biologicznymi,a nie przez czynniki geologiczne”- podsumowuje Rasnitsyn.
Dmitrij Samarin