Как Великое вымирание подготовило почву для эпохи динозавров

Приведенный ниже отрывок взят из книги "Наш хрупкий момент: Как уроки прошлого Земли могут помочь нам пережить климатический кризис" (Hachette Book Group, 2023), Майкла Манна. В нем рассказывается о том, как изменение климата после кембрийского взрыва вызвало крупнейшее массовое вымирание на Земле — обрекая доминировавших существ и подготавливая почву для эпохи динозавров.

Механизмы, которые могут заморозить планету, как это было в случае с Землей-Снежком, также могут привести к неблагоприятно жаркому климату, когда в атмосферу попадает слишком много углекислого газа. Возможно, величайшее событие вымирания всех времен 250 миллионов лет назад, называемое Великим вымиранием, было вызвано массовым выбросом углерода в атмосферу, вызванным высокой температурой.

В конце протерозойской эры, около 550 миллионов лет назад, Земля оттаяла и началась совершенно новая эра — палеозой, который длился примерно с 540 миллионов до 251 миллиона лет назад.

В первый период палеозоя — кембрий — произошел взрыв разнообразия жизни, известный, соответственно, как кембрийский взрыв. Большая часть жизни, существующей сегодня, возникла в течение первых 10 миллионов лет этого периода, включая первую сложную многоклеточную жизнь и такие группы как моллюски и ракообразные.

Одной из причин такого замечательного разнообразия было устойчивое увеличение количества кислорода в результате фотосинтеза. Более высокие уровни кислорода позволили создать более разнообразные многоклеточные организмы, потому что им требуется кислород в достаточно высоких концентрациях, чтобы он мог проникать внутрь клеток. Стратосферный озоновый слой, сформировавшийся в неопротерозойскую эру (от 1 миллиарда до 538 миллионов лет назад), защищал животных от разрушительных ультрафиолетовых лучей солнца и помогал заселять сушу. Некоторые исследователи даже приводят доводы в пользу возможного эффекта "бутылочного горлышка", когда несколько форм жизни, переживших неопротерозойские ледниковые периоды (Земля-снежок), смогли быстро заполнить возникающие ниши по мере оттаивания Земли.

Крупное ледниковое событие произошло в конце следующего периода палеозоя, ордовика, около 450 миллионов лет назад, когда химическое выветривание опередило вулканические выбросы газа, и уровень CO2 в атмосфере снизился. Последовавшее за этим похолодание вызвало накопление массы льда на большом суперконтиненте Гондвана, расположенном в центре Южного полюса. Уровень моря понизился. Большая часть прибрежной среды обитания, которая была домом для примитивных моллюсков и ракообразных, исчезла. Некоторые из существ выжили, но около половины всех существ погибли. Мы можем только гадать о том, какие великолепные существа, рожденные кембрийским взрывом, были утрачены тогда. 

Самое известное событие вымирания положило конец эпохе динозавров примерно 66 миллионов лет назад. Но самое смертоносное событие вымирания произошло в конце пермского периода, примерно 250 миллионов лет назад. В научном сообществе это явление называют пермско-триасовым вымиранием (или сокращенно P-T), но поскольку, по оценкам, 90% всех пермских видов исчезли с лица планеты, оно получило прозвище: Великое вымирание. Особенно сильно пострадали морские организмы, погибло 96% видов. Исчезли трилобиты, столь знакомые любителям-собирателям окаменелостей во всем мире - примитивные членистоногие, которые были далекими предками современного мечехвоста. Пережив более раннее ордовикское вымирание, спустя 300 миллионов лет, их эпоха подошла к концу.

Исчезло не только подавляющее большинство морских беспозвоночных, но и самые ранние виды рыб. На суше было уничтожено более двух третей видов амфибий и рептилий и почти треть видов насекомых. Другой культовый вид, гигантская стрекоза под названием Meganeuropsis с размахом крыльев почти 0,9 метра, которая часто используется художниками в изображениях каменноугольного периода, исчезла.

Событие P-T вымирания уничтожило многие группы, которые доминировали на суше, освободив экологические ниши для новых организмов, включая рептилий и самых ранних динозавров". И снова были как победители, так и проигравшие. Кто победил, а кто проиграл, в данном случае, зависело от геологии и геохимических циклов выветривания.

Динозавры, оказывается, были непосредственными бенефициарами события вымирания P-T.

В середине палеозоя, около 420 миллионов лет назад, мы стали свидетелями появления растений с корнями, стеблями и листьями, которые, как мы теперь знаем, способствовали ускорению химического выветривания, производя кислоты, растворяющие горные породы, помогая возвращать воду из почвы обратно в атмосферу. Это, возможно, привело к медленному, устойчивому снижению уровня CO2 в атмосфере в течение позднего палеозоя. Однако распространение этих сосудистых растений также привело к появлению нового источника органического вещества. Увеличение его захоронения привело к повышению уровня кислорода в атмосфере, потому что это органическое вещество является продуктом фотосинтеза, который расщепляет атомы кислорода и углерода. В палеозое концентрация кислорода достигла 35% (почти вдвое выше нынешней концентрации в 21%).

Эти высокие уровни кислорода благоприятствовали синапсидам, существам с высоким метаболизмом. Они были частью разнообразной группы четвероногих наземных животных, включая плотоядных, насекомоядных и травоядных, которые впервые появились в конце каменноугольного периода и эволюционировали в группу, которую мы сегодня знаем как млекопитающих.

К началу пермского периода они были доминирующим наземным видом. К середине пермского периода появилась другая группа протомагматинов — возможно, теплокровных, чем-то похожих на грызунов терапсидов, которые стали новым доминирующим видом. К концу пермского периода у них, возможно, даже появился мех. Одна группа, известная как Theriodontia (по-латыни "зуб зверя"), продемонстрировала ряд эволюционных инноваций: сдвиг в костях, поддерживающих челюсть, позволил челюсти открываться шире, а также, возможно, улучшенный слух. Череп и зубы стали крупнее, зубы более специализированными, а челюсть более мощной. Казалось, они были готовы взять верх. Но этому не суждено было сбыться. 

Все изменилось на границе пермского периода и триаса. Уровни CO2 резко возросли. Это привело к массовому потеплению. К тому времени тектоника плит объединила все континенты в единый гигантский континент — Пангею, расположенный поперек экватора. Морской влаге уже было трудно проникать глубоко в центр континента. Быстрое парниковое потепление сделало климат ее еще жарче и суше. Внезапное высыхание привело бы к массовому вымиранию разреженных, зависящих от влажности лесов, которые возникли в палеозой. В результате уровень кислорода в атмосфере, по-видимому, резко упал, достигнув концентрации всего 15% на границе P-T.

Снижение уровня кислорода стало еще одной причиной массового вымирания. Сочетание парникового потепления и нехватки кислорода привело к гипоксии — состоянию, при котором организмы не могут усваивать достаточное количество кислорода для поддержания обмена веществ. Вот тут-то и появляются динозавры. Протомагматные, которые пришли к господству во время пермского периода — синапсиды и терапсиды — процветали благодаря высокому содержанию кислорода. Но поскольку концентрация кислорода упала, они теперь были плохо приспособлены к окружающей среде.

Пришло время диапсидов - обширной группы четвероногих позвоночных, которые впервые появились в каменноугольном периоде около 300 миллионов лет назад. К ним относятся рептилии, птицы и ныне вымершие динозавры. Что отличало их от их родственников, синапсидов и терапсидов, так это наличие двух отверстий (вместо одного) с каждой стороны их черепа. Одна подгруппа синапсидов, известная как архозавры, в которую входят крокодилы и самые ранние динозавры, использовала это новшество для разработки более эффективной дыхательной системы, которая могла бы более эффективно использовать доступный кислород. Это дало им преимущество в соревновании, когда уровень кислорода резко упал на границе P-T. Динозавры, оказывается, были непосредственными бенефициарами события вымирания P-T.

Выжила лишь горстка прото-млекопитающих. Одна группа, которая выжила, была известна как Cynodontia ("собачьи зубы"). Они стали нашими предками и предками всех млекопитающих. Поначалу они, вероятно, выглядели как огромные чешуйчатые крысы, достигавшие 1,8 м в длину. Но к концу триасового периода они уменьшились до размеров современных полевых мышей, прячась за камнями от хищников-рептилий.