Життя бентежне. І так вже щонайменше 4,5 мільярди років. Перед кожним мешканцем планети постають завдання пошуку ресурсів, продовження роду та порятунку від хижаків і хвороб. В безжальній боротьбі за існування зникають аутсайдери, але ті, хто знайшов найбільш вдалі вирішення, отримують нагороду. Їх чисельне потомство населяє безмежні простори, де існує протягом мільйонів років. Допоки не настає біоценотична криза – часи, коли в екосистемах порушуються установлені зв’язки, і види, які донедавна були успішними, виявляються не пристосованими до нових умов. Із вимиранням вчорашніх лідерів життя не зупиняється, звільнене місце займають нові фаворити. Історія великих вимирань повчальна, то ж згадаємо найбільші біоценотичні кризи.

Киснева катастрофа: перша і найбільша.

На запитання: “Навіщо дихати?” чимало хто відповість: “Щоб жити”. Заперечити складно – людина без дихання почувається не дуже добре. Однак не все так просто, відомо чимало істот, які не потребують кисню – так звані “анаероби”. Кисень є важливим, але не обов’язковим для живих істот. Він необхідний для ефективного видобутку енергії при розщеплені цукрів. Життя без кисню можливе за умови економного використання енергії, тому більшість анаеробів є дрібними бактеріями.

Більше того: кисень не лише не обов’язковий для живої матерії, а ще й дуже агресивний по відношенню до неї. Діяльність нашого організму, а особливо мозку, потребує великої кількості енергії, відповідно, регулярного надходження кисню. Заразом із енергетичною вигодою, кисень приносить руйнування, якому протистоять антиоксиданти. З віком робота антиоксидантних систем слабне, що є однією із причин старіння. Істоти, що менше дихають зазвичай живуть довше (наприклад, черепахи), ось тільки на роботі мозку доводиться економити. Тому навіть ми – істоти, які не можуть існувати без кисню, платимо за цей ресурс роками свого життя. Для багатьох анаеробів дана сполука взагалі є смертельною.

В давнину кисню в атмосфері та океані майже не було, і перші мешканці не переймались дилемою співіснування з цим неоднозначним елементом. Всі були анаеробами, ні в кого не було шансів еволюціонувати в щось складне, життя було примітивним і спокійним. Згодом деякі істотки – перші водорості, навчились фотосинтезувати. Ось ще одне просте запитання: “Навіщо рослини фотосинтезують?” і ще одна хибна відповідь: “Щоб виділяти кисень”. Повірте, рослині все рівно, чи дихаємо ми, чи ні. Фотосинтез направлений на те, щоб із води та вуглекислого газу утворити глюкозу – джерело енергії. Кисень утворюється як побічний продукт такої реакції, і рослина позбавляється його як непотрібу. Сьогодні є чимало претендентів на цей побічний продукт життєдіяльності рослин (ось ви тільки що вдихнули), а декілька мільярдів років тому бажаючих не знаходилось. Для більшості він був смертельною, для меншої частини мешканців нейтральною речовиною.

Ціатобактерії. В значній мірі - відповідальні за "Кисневу революцію". Фото: Wikipedia
Ціатобактерії. В значній мірі – відповідальні за «Кисневу революцію».
Фото: Wikipedia

Рік за роком водорості виділяли в навколишнє середовище кисень і 2,4 мільярди років тому його вміст в атмосфері сягнув 0,02%. Не багато по сучасних мірках, проте достатньо для вимирання більшості тогочасних істот. За оцінкою вчених, зникло понад 90% всіх мешканців планети, що робить Кисневу катастрофу не лише першою в часі, але і першою по масштабах. Її наслідки для біосфери були надзвичайно… корисними. Серед тих хто пережив Кисневу катастрофу виявились спритники, які не просто призвичаїлись співіснувати з киснем, а й стали використовувати його для більш ефективного отримання енергії. Життя не лише змінилося, воно стало складнішим, з більш інтенсивним колообігом речовини на планеті. Заразом це призвело до того, що біосфера, заплативши життям великої кількості істот, стала більш складною і, відповідно, більш стійкою.

І це не єдиний позитивний наслідок. Із частини атмосферного кисню (О2) утворився озон (О3). Останній сформує озоновий екран, що послаблює вплив сонячної радіації. Якщо до Кисневої катастрофи мешканці планети, уникаючи згубної дії ультрафіолетового проміння, не могли піднятись до поверхні води ближче, ніж на декілька метрів, то тепер це обмеження зникло і в перспективі з’явилась можливість виходу на суходіл. Велике вимирання стало початком нового витка в історії Життя!

Geochronologic (00000)

 

Пермо-тріасове вимирання. Як не щастить – то не щастить.

Із розвитком озонового екрану слабшав вплив ультрафіолетового випромінювання і зникла перша перепона до опанування суходолу. Однак ще майже 2 мільярди років позбавлена ґрунту пустеля залишалась не самим комфортним середовищем. Якщо близько 450 мільйонів років тому в океані буяло життя, то на суходолі пейзаж був досить простим та одноманітним: поблизу водойм проростали невеликі рослини – псилофіти, подекуди піднімались багатометрові конуси доісторичних грибів, зрідка проповзало якесь членистоноге створіння. На віддалі від води простягались величезні кам’янисті пустелі. Близько 400 мільйонів років тому ситуація почала змінюватись.

Типовий пейзаж пермського періоду. В центрі композиції – едафозавр, представник одного із найпоширеніших видів тогочасної фауни. Зображення: Interfoto Pressebildagentur/Alamy

Рослини, які сьогодні представлені переважно дрібними формами, – плауни, хвощі та папороті, – виростали до розмірів справжніх дерев в 20 метрів заввишки. Перші амфібії проникли на суходіл, частина з них еволюціонувала в рептилій, тобто хребетних тварин, для яких близькість водойми вже не була необхідністю. З появою комах жива природа опанувала ще одну стихію – повітряну. А з появою голонасінних рослин, які здатні розмножуватись без допомоги води, ліси покрили суходіл і життя досягло різноманіття, не бувалого до сих пір. Так тривало протягом декількох десятків мільйонів років, та не могло тривати вічно. Причиною чергової кризи, названої «Пермо-тріасове вимирання», стала зміна клімату із теплого і вологого до прохолодного і сухого. Цьому сприяло декілька обставин.

По-перше, розквіт рослинності. Тогочасні плауни, хвощі, папороті мали стовбур, співставимий із сучасними деревами, але їх корені були слабкими. Часті в теплому кліматі буревії валили чимало дерев, які не було кому переробити. Для того, щоб бактерії проникли в глибину стовбура і розпочали роботу по його утилізації, необхідно, щоб в стовбурі були свердловини, зроблені личинками комах. І хоча комахи вже існували, їх личинки вели наземний спосіб життя, а не точили деревину. Внаслідок цього неймовірна кількість речовини, замість того щоб повертатись у відвічний колообіг, залишалася у відмерлих рослинах, рештки яких дійшли до наших днів у вигляді кам’яного вугілля.

Як було зазначено вище, в процесі фотосинтезу рослини вилучають із навколишнього середовища вуглекислий газ (СО2) та воду і перетворюють його на глюкозу (С6Н12О6). Частину глюкози використовують на утворення клітковини та деревини.

Нормальний колообіг вуглецю в природі виглядає приблизно так:
вуглекислий газ поглинається в процесі фотосинтезу → рослина росте → тварина з’їдає рослину і розщеплює її вуглеводи → тварина видихає вуглекислий газ → і т.д.
Наприкінці кам’яновугільного періоду все частіше мало місце наступне:
вуглекислий газ поглинається в процесі фотосинтезу → рослина росте → рослина відмирає, вуглець вилучається з колообігу, рівень вуглекислого газу на планеті зменшується

Ми живемо в часи глобального потепління і знаємо, що збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері призводить до розігріву планети. Але справедливо і протилежне – зменшення вмісту вуглекислого газу спричиняє похолодання.

Це співпало в часі з іншою подією. Континенти перебувають в постійному повільному русі (2-20 см/рік), то наближаючись, то віддаляючись один від одного. Близько 300 мільйонів років тому континенти зібрались в єдиний суперконтинет Пангея. Чим далі суходіл від океану, тим холодніше і посушливіше його клімат (згадайте сучасний клімат Середньої Азії або центральних частин Сахари!). Відповідно, великий континент буде наділений великою, прохолодною, посушливою пустелею, що і мало місце в Пангеї. Це посилило глобальне похолодання клімату і разом із зниженням вмісту вуглекислого газу призвело до Пермо-тріасового вимирання. Його масштаби поступаються Кисневій катастрофі, хоча теж вражаючі: щонайменше 80% тварин не пережило змін.

Geochronologic 2 (00000)

 

Пізньокрейдяне вимирання: про динозаврів і трішки про астероїд.

Пермо-тріасове вимирання було масштабним, та деякі види зуміли пережити його. Розійшлись континенти, відступили морози і планета знову одягнулась в зелений килим лісів. Навіть в Антарктиді, яка вже наблизилась до полюсу планети, буяла рослинність. Серед різних груп тварин сформувались нові претенденти на багатства оновленої природи. В морях, в тому числі й океані Тетіс, що вкривав територію сучасної України, плавали велетенські ящери: іхтіозаври та плезіозаври, а також головоногі молюски: амоніти та белемніти. Повітря опанували різні види птерозаврів.

Близько 225 мільйонів років тому на планеті з’явились наші предки – ссавці, які наступні 150 мільйонів років будуть представлені виключно маленькими комахоїдними та рослиноїдними звірятками. Щоб панувати в морі, необхідно швидко плавати, щоб панувати в повітрі – швидко літати, на суходолі ж варто швидко бігати. Навчитися швидко бігати ссавцям заважала особливість, успадкована від предків – пара воронячих кісток в поясі передніх кінцівок. Вони допомагають підтримувати тіло над поверхнею, але відводять передні кінцівки вбік (наприклад, як у сучасних крокодилів), унеможливлюючи швидкий біг. Можна було б спробувати відмовитись від передніх кінцівок і швидко бігати на задніх лапах, та за 5 мільйонів років до появи ссавців, таким способом пересування вже успішно оволоділи інші тварини – динозаври. Їх еволюційний успіх настільки великий, що вони і досі є символом не лише свого часу – мезозойської ери, а і всього доісторичного світу.

Не менший інтерес викликає і їх зникнення.

Гіпотеза про зіткнення планети із крупним астероїдом не потребує спеціального представлення, окрім одного зауваження: навряд чи це так.

Ні, метеорит дійсно був. 65,5 мільйонів років тому він впав на території сучасної Мексики. Тільки сумнівно, що це було причиною вимирання динозаврів. Земля зустрічалась із крупними метеоритами і раніше, і пізніше, але жодне падіння не супроводжувалось великими вимираннями. Окрім того, незрозуміло, чому такі тварини як ссавці та птахи зуміли пережити цю подію. Прихильники “метеоритної гіпотези” описують величезні хмари пилу та морок, який покрив планету на декілька років. І хоч більшість вчених ставить під сумнів, що запиленість атмосфери тривала довше декількох тижнів, уявімо кількарічну темряву. В такому випадку із нестачою кормів зіткнуться спершу рослиноїдні, а згодом м’ясоїдні тварини. Як показує приклад великих посух в Африці, спершу хижаки бенкетують на трупах рослиноїдних тварин, та незабаром теж зустрічаються з голодом. Рептилії краще пристосовані до нестачі їжі (деяким крокодилам в Африці перепадає поїсти раз на рік, але це їх не дуже бентежить), тому саме ссавці і птахи, а не рептилії мали стати першими жертвами!

Ще більш суттєве зауваження: падіння метеориту припадає не на розквіт динозаврів, а на їх занепад. Сьогодні палеонтологам відомо понад 1000 видів динозаврів. Із них лише представники семи видів зустріли метеорит, решта вимерла задовго до нього. Очевидно, у динозаврів були якісь проблеми і без космічного гостя.

Репеномам - один із найбільших представників ссавців Крейдового періоду. Харчувався потомством динозаврів, був близько 50 см завдовжки. Забраження: Nobu Tamura
Репеномам – один із найбільших представників ссавців Крейдового періоду. Харчувався потомством динозаврів, був близько 50 см завдовжки.
Зображення: Nobu Tamura

Однією з проблем були ссавці. Вони позбавились воронячих кісток і навчились швидко бігати. Відтепер їх здобич становили не лише комахи, а й молоді динозаври. Відомо, що деякі відносно невеликі динозаври могли захищати своїх дітлахів. Та справжні велетні залишали нащадків напризволяще. Причиною є не жорстокість, а яйцекладність. Яйце не може бути більше 50 см, інакше шкарлупа не витримає тиску внутрішнього вмісту. Потовщення шкарлупи не можливе, оскільки в такому разі до ембріону не буде надходити повітря. Тому навіть найбільші динозаври народжувались дуже маленькими і… смачними. Щоб зрозуміти, чому батьки не захищали нащадків, уявіть сцену де спритні ссавці, розміром приблизно із собаку, нападають на молодих динозаврів, що крутяться довкола велетенської матусі. Скільки нащадків буде задавлено в спробі захисту?
Яскравим свідченням ролі ссавців у вимиранні тварин мезозойської ери є той факт, що єдиним місцем на планеті, де не відмічено ознак вимирання, були острова Нової Зеландії, на яких на той час не було ссавців.

І все ж таки неймовірно: невже якісь там звірята, хай навіть і спритні, змогли самотужки знищити динозаврів? Самотужки, можливо, і не могли, та наприкінці мезозойської ери рептилії зіткнулись з іще однією проблемою – квітками!

Близько 120 мільйонів років тому на планеті з’явились квіткові рослини, які сьогодні становлять понад 90% видів наземної флори (злаки, берези, дуби – теж квіткові рослини, хоч квіти в них не такі помітні, як у троянди). Ліси із голонасінних (саговників, хвойних, гінкго тощо) були замінені на ліси із квіткових, що змусило рослиноїдних тварин переглянути свій раціон. Це не просте завдання, приймаючи до уваги, що в квіткових рослин значно краще представлений захист від поїдання шляхом утворення отрути. Із зменшенням кількості рослиноїдних динозаврів довелось сутужно хижим ящерам. Ссавці, які до того часу обзавелись кмітливим мозком, не поспішали заміщати нестачу динозаврового меню.

Зі зміною флори на місці світлих лісів із голонасінних виросли ліси, чимось схожі на сучасні тропіки, де в нижньому ярусі навіть вдень панує напівтемрява, а вночі цілковитий прохолодний морок. Теплокровні ссавці легше призвичаїлись до нових умов, ніж динозаври.

До того ж, з появою квіткових на планеті з’явились справжні трави. Їх мичкуваті корені утримують верхній шар ґрунту, уберігаючи від вимивання. Як наслідок, змінився хімічний склад річкових вод, а з часом, змінився і хімічний склад океану. Не радикально, але достатньо, щоб вплинути на його мешканців.

Заразом всі названі чинники призвели до кризи, яку називають пізньокрейдяним вимиранням. Його жертвами стали не лише динозаври, а й багато інших тварин та рослин, хоча масштаби вимирання помітно поступались Пермо-тріасовій кризі та Кисневій катастрофі.

Можливо, ця оповідь виглядала б більш захоплююче, як би була наповнена вибухом метеориту, загравою пожеж і метушнею приречених динозаврів. Проте це сюжет до фільму-катастрофи. А у нас – історія, в якій спритні ссавці, трави та ліси квіткових рослин докорінно змінили світ, створивши новий, власний. Світ в якому ми живемо.

Geochronologic 4 (00000)

 

А що ж сьогодні?

В наші дні діяльність людини є основною рушійною силою на планеті. Сучасні зміни в Природі насторожують, але їх не можна назвати глобальним вимиранням. Звісно, частина видів зникла з вини людини, та масштаби вимирання не співставимо менші, ніж в описаних вище великих біоценотичних кризах. Історія планети знає безліч прикладів, коли діяльність одних істот спричиняла загибель інших. Вчених насторожує не кількість вимерлих сучасних видів, а причини вимирання. В минулому із зникненням певного виду в середовищі звільнялось місце, яке згодом займали інші. Сьогодні ж люди знищують середовище. Наслідки можуть бути вкрай неприємними, але час для виправлення також є.