Динозавры — как вымерли?
Содержание статьи:
Динозавры, вымерли около 65 миллионов лет назад, они конечно были тварями мрачноватыми – толстокожие, бронированные, сплошные зубы и когти. К примеру, тираннозавр рекс, крупнейший сухопутный хищник всех времен, мог одним неуловимым движением своих ужасных челюстей запросто перекусить пополам носорога или слона. А вес травоядных ящеров с колоннообразными ногами доходил до 30 и даже 50 тонн. И совсем не случайно палеонтологи, обнаружив неподъемные кости очередного допотопного существа, нарекли его сейсмозавром, то есть ящером, сотрясающим землю. Длина этого монстра, по осторожным оценкам исследователей, составляла 48–50 метров.
В течении без малого 200 миллионов лет величественные рептилии были полновластными хозяевами всех трех стихий: в первобытном море плавали проворные ихтиозавры, напоминавшие современных дельфинов, по земле разгуливали многотонные диплодоки, а в небе высматривали добычу зубастые птеродактили. (Между прочим, размах крыльев этих летающих чудовищ порой достигал 16 метров, что вполне сопоставимо с габаритами боевого истребителя нашего времени.)
А потом вдруг динозавры стали стремительно вымирать, их сменили невзрачные, мелкие и ничем не примечательные создания, ведущие преимущественно ночной образ жизни. О неожиданных и катастрофических изменениях в составе планетарной биоты на исходе мелового периода ученые знали уже в XVIII столетии, и после того этот таинственный феномен нередко называют «Великим вымиранием».
Почему вымерли динозавры? Что же могло произойти? Как правило в учебниках рисуют такую незатейливую картину. Многочисленная и процветающая группа рептилий (как хищных, так и растительноядных), заселившая все экологические ниши планеты, вдруг внезапно погибла – моментально и повсеместно. А потому как серьезных конкурентов у этих гигантов тогда не было (млекопитающие ютились на задворках эволюции и впоследствии попросту заняли опустевший дом), логично поискать некую внешнюю причину. К примеру, климатический катаклизм (резкое похолодание или, напротив, потепление), вспышку сверхновой, сопровождаемую убийственными колебаниями гамма-фона, или смену магнитных полюсов, лишившую на время планету ее защитной оболочки.
Астероидная гипотеза
С некоторых пор довольно популярной стала астероидная гипотеза. Дескать, в конце мелового периода на нашу планету рухнул огромный метеорит, выбросивший в стратосферу миллиарды тонн пыли, которая экранировала земную поверхность, что привело к гибели зеленых растений, а вслед за ними – и всей остальной фауны. Вдобавок падение такого метеорита могло спровоцировать оживление земного вулканизма, что в значительной степени могло усугубить ситуацию. Следует отметить, что серьезные палеонтологи не особенно поддерживают такую точку зрения.
Откуда же появилась астероидная гипотеза? В середине 60-х годов XX века в геологических отложениях, датируемых рубежом мела и кайнозоя (около 67 миллионов лет назад), ученые обнаружили слой синей глины с аномально высоким содержанием редкого металла иридия (в 20 раз больше, чем в среднем в земной коре). В дальнейшем было найдено много подобных аномалий (в некоторых из них концентрация иридия превысила фоновую в 120 раз), при этом все они оказались ровесниками – лежали на границе мела и кайнозоя.
Потому как в земной коре иридия очень мало, а в метеоритном веществе (в первую очередь в железных метеоритах, которые считают осколками планетных ядер) его находят в избытке, физик из США Альварес связал иридиевую аномалию с падением астероида. Он оценил его диаметр в 10–12 км и даже указал место катастрофы – полуостров Юкатан, где обнаружили кратер внушительных размеров около 150 км в диаметре.
Падение такого астероида сильно встряхнуло бы Землю: волна цунами чудовищной силы и высоты опустошила бы побережья на десятки и сотни километров вглубь, а грандиозное пылевое облако надолго затмило бы солнце. Полугодовое отсутствие солнечного света погубило бы зеленые растения (процессы фотосинтеза приостановились бы), а потом (по пищевым цепочкам) и животных – как сухопутных, так и морских.
С того времени как Альварес в 1980 г. выдвинул свою импакт-гипотезу (от англ. impact – «удар»), прошло много времени. Сейчас известно уже несколько десятков иридиевых аномалий, при этом в геологических отложениях самого различного возраста, но связать их с массовой гибелью флоры и фауны не удается. Больше того, в распоряжении геологов имеется целый ряд кратеров куда более впечатляющих, чем пресловутый юкатанский. Диаметр некоторых из них достигает 300 км, но с планетарной биотой (и это установлено достоверно) ровным счетом ничего серьезного не стряслось. Что вполне естественно, потому как биосфера – отнюдь не детский конструктор, элементы которого можно тасовать и складывать как попало, а стабильный гомеостат, умеющий эффективно противостоять различного рода возмущениям.
Известный российский палеонтолог К.Ю.Еськов отмечал:
В этом смысле довольно показательна ситуация с Эльтанинским астероидом (около 4 км в поперечнике), упавшим в позднем плиоцене, около 2,5 миллионов лет назад, на шельф между Южной Америкой и Антарктидой; остатки астероида были сравнительно не так давно подняты из образовавшегося на морском дне кратера. Последствия этого падения выглядят вполне катастрофическими: километровые цунами забрасывали морскую фауну в глубь суши; как раз в то время на андийском побережье возникли очень странные захоронения фауны со смесью морских и сухопутных форм, а в антарктических озерах вдруг появляются чисто морские диатомовые водоросли. Что же касается отдаленных, эволюционно значимых последствий, то их попросту не было (следы этого импакта заключены внутри одной стратиграфической зоны), т. е. абсолютно никаких вымираний за всеми этими ужасными пертурбациями не последовало.
Таким образом, картина складывается довольно интересная. Как только иридиевые аномалии начали целенаправленно искать, немедленно выяснилось, что их жесткая привязка к массовому вымиранию динозавров (или любых других организмов) – не более чем иллюзия. Ископаемые останки ящеров мезозоя однозначно свидетельствуют: катастрофический сценарий мелпалеогенового вымирания никуда не годится, потому как одни группы динозавров исчезли задолго до иридиевой аномалии, а другие канули в небытие гораздо позднее ее. Процесс растянулся на сотни тысяч и миллионы лет, так что ни о какой стремительности вымирания динозавров, даже речи быть не может.
Потому астероидную гипотезу, равно как и все другие сценарии «ударного воздействия», можно со спокойной душой отослать в архив, потому как они предполагают одномоментное уничтожение флоры и фауны. Между тем даже массовая гибель морских организмов в конце мелового периода (куда более скоропалительная, чем вымирание динозавров) была мгновенной только по геологическим меркам и растянулась на изрядный срок – по различным оценкам, от 10 до 100 000 лет. Что же относительно рептилий, то и они не вымерли в одночасье.
К.Ю.Еськов писал:
Как же так?! А очень просто: вымирание динозавров идет весь поздний мел с более или менее постоянной скоростью, но начиная с какого-то момента эту убыль перестает компенсировать возникновение новых видов; старые виды вымирали – а новые им на смену не появлялись, и так вплоть до полного уничтожения группы. Говоря по другому, в конце мела имело место не катастрофическое вымирание динозавров, а непоявление им на смену новых (это, согласитесь, заметно меняет картину). Значит, речь может идти о довольно продолжительном естественном процессе.
Смена магнитных полюсов Земли
Не более убедительны и альтернативные версии – к примеру, гипотеза внезапной смены полюсов Земли или взрыва сверхновой неподалеку от Солнечной системы. Разумеется, магнитная переполюсовка – штука довольно неприятная, так как потоки заряженных частиц высоких энергий, летящие от Солнца, отклоняются в силовых линиях магнитного поля, формируя луковую чешую радиационных поясов. Если же с нашей планеты сорвать ее толстую магнитную «шубу», то жесткое излучение станет беспрепятственно достигать поверхности планеты.
Но, во-первых, чехарда магнитных полюсов – отнюдь не экзотический, а закономерный периодический процесс, и данные специальных исследований, обычно, не обнаруживают взаимосвязи между глобальными биосферными кризисами и изменениями земного магнетизма. А во-вторых, биосфера как единое целое представляет из себя безупречно отлаженный гомеостат, который легко противостоит любым вмешательствам извне.
Взрыв сверхновой звезды
Взрыв сверхновой звезды – катаклизм галактического масштаба. Если такое событие произойдет в окрестностях Солнечной системы (по оценкам астрономов, это происходит один раз в 50–100 миллионов лет), то потоки рентгеновского и гамма-излучения не только уничтожат озоновый слой, но и сметут часть земной атмосферы, спровоцировав так называемый «эффект высокогорья», пережить который смогут далеко не все организмы.
Но даже в этом случае вымирание будет скорей всего не внезапным, а растянется на десятки и сотни тысячелетий. К тому же жесткое излучение и эффект высокогорья должны в первую очередь затронуть население суши и мелководья, а на самом деле, как мы знаем, дело обстояло в точности наоборот: больше всего пострадала флора и фауна открытого моря, в том числе микроскопическая, а из обитателей суши жертвами Великого вымирания почему-то стали одни только динозавры.
Эта невероятная избирательность – вообще самое уязвимое место всех гипотез ударного воздействия: в действительности, почему динозавры вымерли, а крокодилы уцелели и благополучно живут и сейчас? Может быть, небывалая популярность разного рода «ударных» версий связана в основном с успехами наблюдательной астрономии за последние 20–30 лет.
Климатические перемены или «естественные» причины?
Итак, почему вымерли динозавры? Одно из двух: либо климатические перемены на рубеже мела и кайнозоя, либо сугубо «естественные» причины – радикальная перестройка внутри экосистем и смена сообществ.
Разберемся по порядку. Мы привыкли, что планетарный климат отличается выраженной широтной зональностью: на экваторе растут дождевые тропические леса, на юг и на север от них лежат саванны, периодически увлажняемые, где пасутся несметные стада копытных, а еще дальше к северу и югу раскинулась полоса выжженных солнцем пустынь и полупустынь. Субтропики уступают место лесам умеренного пояса – листопадным и хвойным, а те постепенно сдают позиции холодной тундре, где почти ничего не растет. Ну а на полюсах царят вечный мороз и вечные льды.
Однако так было не всегда. Мезозой – это классический пример термоэры, когда широтная зональность отсутствовала, а глобальный климат напоминал нынешний субтропический средиземноморского типа. В высоких широтах и даже на полюсе было тепло и довольно комфортно, но при этом и на экваторе не слишком жарко. Говоря по другому, температурный градиент – как сезонный, так и суточный – был едва ощутим. Но на исходе мела термоэра сменилась криоэрой с широтным перепадом температур.
Динозавры были холоднокровными (пойкилотермными) животными. Не умея регулировать температуру тела «изнутри», они полностью зависели от среды обитания, но в ровном климате мезозоя им это не могло доставлять особых хлопот. Если снаружи тепло поступает в избытке, а внушительные габариты не дают остыть за ночь (в большинстве своем динозавры были крупными тварями), то поддерживать высокую температуру тела не составит большого труда. И все это без всякого участия собственного метаболизма, на что млекопитающие расходуют 90% энергии, потребляемой ими с пищей.
Этот интересный феномен получил название инерциальной гомойотермии (теплокровности), и многие ученые считают, что благодаря этому ценному качеству динозавры и сделались властителями мезозоя. А когда на излете мела климат радикально изменился, гигантские ящеры исчезли.
Казалось бы, мы нашли ответ, однако опять что-то не сходится. По какой такой причине вымерли именно динозавры, а другие рептилии – также холоднокровные – продолжают существовать и по сей день? Почему меловой кризис затронул в основном морских обитателей, а сухопутные твари его преспокойно пережили? Почему одни группы динозавров стали активно вымирать задолго до роковой календарной даты, а другие неторопливо доживали свой век в палеогене?
Возможно, имеет смысл поискать ответ в другом месте – в структуре экосистем? Напомним читателю о невзрачных мезозойских млекопитающих, которые целых 120 миллионов лет жили бок о бок с ящерами, никак с ними не пересекаясь. Эти мелкие насекомоядные твари, похожие на современных опоссумов или ежей, занимали свою экологическую нишу, на которую никто не покушался. Однако в меловом периоде ситуация радикальным образом изменилась.
К.Ю.Еськов описал эти события так: эволюция подхлестнула вялый обмен примитивных млекопитающих и смастерила на этой новой метаболической основе «фитофага в малом размерном классе». (Растительноядные динозавры были весьма крупными животными.) А уж коли появился мелкий фитофаг, то непременно возникнет и хищник, который не ограничится охотой на близкую родню, а будет хватать всех, кто ему по силам. Потому детеныш динозавра – мелкая беззащитная ящерица, не обладающая инерциальной гомойотермией, – моментально станет лакомой добычей для такого круглосуточно активного хищника.
Версия, вне всякого сомнения, любопытная, но и она не дает ответа на все каверзные вопросы. И вот здесь нам на помощь придет генетика, понимаемая в широком смысле этого слова. Поговорим о маргинальности как антиподе узкой специализации, потому как органический мир развивается именно так.
Вспомним о мезозойских млекопитающих, добровольно уступивших мир великолепным рептилиям и прозябающих на обочине эволюции. Ютясь по глухим углам, они были самыми настоящими маргиналами, потому как занимали те немногочисленные экологические ниши, которые господствующий класс с величественной небрежностью проигнорировал.
Кормовой базой растительноядных динозавров были голосеменные растения и папоротники, которые широко распространились еще в девоне. Покрытосеменная, или цветковая, флора, появившаяся в начале мелового периода, была вынуждена селиться на задворках, потому как господствовали голосеменные. Таким образом, цветковые растения были точно такими же маргиналами, как и мелкие мезозойские млекопитающие. Им ничего не оставалось, как занимать пустые земли, где не было сложившихся сообществ голосеменных: оползни, гари, речные побережья, то есть такие биотопы, которые принято называть «нарушенными». Да и сами виды, поселяющиеся в таких условиях, биологи называют «ценофобными», то есть боящимися сообществ, предпочитающими существовать отдельно.
Но тактический проигрыш обернулся в конечном счете важным стратегическим преимуществом. Во-первых, расселившиеся на «нехороших» землях цветковые уже больше не пускали туда голосеменных, а во-вторых, у них был цветок, что сыграло решающую роль в борьбе за существование. Если голосеменные для воспроизводства себе подобных целиком и полностью полагались на ветер, пассивно разносящий их пыльцу, и потому были вынуждены селиться кучно, то цветковые активно привлекали насекомых, что в значительной мере увеличивало их жизнеспособность.
Существование цветковых не зависело от стихии, и покрытосеменная флора могла себе позволить роскошь обитать на разрозненных пустошах. Кроме этого, флора нового типа научилась образовывать травянистые формы, которые не только эффективно противодействуют эрозии, но и оперативно захватывают свободные земли.
Смена растительных сообществ обернулась самой настоящей катастрофой. Вопреки распространенному мнению, вымерли не одни только динозавры, но и 25% мезозойских семейств беспозвоночных – головоногие и двустворчатые моллюски, одноклеточные радиолярии, диатомеи, фораминиферы и другие представители планктонных организмов. Их кальциевые раковины образовали гигантские отложения, потому этот период геологической летописи и получил название мелового.
Так неприметные вчерашние маргиналы – цветковые растения и млекопитающие – сокрушили господствующую фауну и флору мезозоя.
Наступление цветковых сегодня принято называть великой ангиоспермизацией (от лат. angiospermae – «покрытосеменные»). Когда флора нового типа начала решительно преобладать, произошло то, что всегда случается при разрушении фундамента: здание просто рухнуло. Ведь царство растений – это именно тот фундамент, на котором стоят этажи растительноядных животных и хищников, и связаны они между собой не только пищевыми цепочками, но и более сложными взаимоотношениями.
Динозавры пытались освоить новую диету – у них появились клювы и мощные зубные батареи для перетирания высокоабразивной пищи. Но выходило это у них неважно, в особенности в злаковых пастбищных системах, где они заведомо проигрывали копытным. Вдобавок травянистые формы цветковых образуют дернину, которая уменьшает эрозию и сток органики в пресные воды и Мировой океан, что нанесло жестокий удар по сообществам морских беспозвоночных.
Все потому, что подавляющее большинство тварей, населявших Землю в позднем мелу, слишком далеко продвинулись по пути узкой специализации. До поры до времени это давало им прекрасные шансы на выживание, но всякое достоинство рано или поздно оборачивается своим недостатком. Привязанность к сообществам голосеменных в конце концов сыграла с ящерами злую шутку: когда цветковые двинулись в наступление, отбирая у прежних хозяев жизни одну территорию за другой, млекопитающие с легкостью влились во вновь образуемые сообщества. А вот динозавры сделать этого не смогли и оказались в эволюционном тупике, потому как их адаптивные ресурсы были давно растрачены. А млекопитающим-маргиналам такой поворот событий был только на руку. Пережив в новых условиях взрыв видообразования, они заселили всю планету.
Конечно, маргиналами могут быть не только такие большие таксоны, как класс животных или тип растений. Отдельные биологические виды также, как правило, не грешат полным единообразием по всему набору признаков. Больше того: чем выше генетическое разнообразие вида или популяции, тем значительнее их адаптивный потенциал. Такое сообщество почти всегда найдет способ продлить существование в изменившихся условиях. Да и при стабильной и размеренной жизни внутривидовые маргиналы могут играть важную роль.
К примеру, в популяциях бескрылых водомерок изредка встречаются крылатые особи. Их очень мало – лишь 4%. Они имеют генетические отличия, но при этом могут скрещиваться со своими бескрылыми товарками и давать потомство. Выяснилось, что эти летучие выродки способны мигрировать на весьма большие расстояния, обеспечивая таким образом генетическую преемственность между водомерочьим населением всех водоемов. Четырех процентов маргиналов для выполнения этой задачи оказывается более чем достаточно.
Надо сказать, что почти у каждого биологического вида имеется на всякий случай такой неприкосновенный запас в виде редкого генотипа или необычной формы, который позволяет пережить трудные времена. Повторимся еще раз: генетическое разнообразие вида или популяции – залог их эволюционного успеха, так что к маргиналам следует относиться не только уважительно, но и бережно.
Итак, возникновение и широкое распространение цветковых растений в конце раннего мела (примерно за 30 миллионов лет до гибели динозавров) не только радикально изменило структуру континентальных сообществ, но и погубило утративших пластичность динозавров, безнадежно застрявших в тупиках эволюции. Разумеется, климатические пертурбации также могли сыграть свою роль, но ключевым событием, отправной точкой стал почти наверняка именно этот факт – наступление покрытосеменных.
В.Левитин
ред. shtorm777.ru
