Каковы подлинные причины массовых вымираний биологических видов десятки и сотни миллионов лет назад? Ученые ломают копья, защищая разные гипотезы. На основании последних исследований можно предположить, что вулканы и метеоритные импакты не могли сами по себе погубить динозавров и птерозавров, но могли создать условия, в которых млекопитающим было легче всего вытеснить конкурентов и за довольно короткий по геологическим меркам период свести на нет поголовье бывших хозяев суши.
Мало селена — жизни нет
Ученые из Австралии в сотрудничестве с британскими и немецкими коллегами в журнале Science прямо указывают на связь вымираний с концентрацией минеральных веществ в океанских водах [1]. Минимум трем из пяти крупнейших вымираний в истории Земли (ордовико-силурскому, девонскому и триасовому) предшествует сильное снижение концентрации селена в морской воде. Напротив, периоды высокого разнообразия жизни совпадают с периодами высокой концентрации в морской воде селена, меди, марганца и цинка. Причины изменения химического состава сами по себе неочевидны: снижение концентрации кислорода в атмосфере, изменение подвижности тектонических плит. Возможно, в разных случаях имеют место разные причины или конгломерация причин.
Крупнейшие вымирания в истории Земли
440 млн лет назад — ордовикско-силурийское вымирание: исчезло более 60% видов морских беспозвоночных;
364 млн лет назад — девонское вымирание: численность видов морских организмов сократилась на 50%;
252 млн лет назад — «великое» пермское вымирание, самое массовое вымирание из всех, приведшее к исчезновению более 95% видов всех живых существ;
202 млн лет назад — триасовое вымирание, в результате которого вымерла по меньшей мере половина известных сейчас видов, живших на Земле в то время;
66 млн лет назад — мел-палеогеновое вымирание — последнее массовое вымирание, уничтожившее шестую часть всех видов, в том числе и динозавров;
34 млн лет назад — эоцен-олигоценовое вымирание.
Хочу отметить одно совпадение. Данные этого исследования неплохо согласуются с теорией Хелен Таппан из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе [2]. Она обращала внимание на то, что вымирание морских организмов может быть спровоцировано снижением притока минеральных веществ с суши. Сам же поток минералов с суши в море регулируется распространением наземных растений, предохранявших почву от эрозии. Причем дефицит селена может быть лишь одним из признаков снижения эрозии почв.
Так, середина девона (период, предшествующий девонскому вымиранию, которое, как уже сказано, сопровождалось дефицитом селена) — время сильного повышения разнообразия наземных растений. Собственно, древесные растения только тогда, в девоне, и возникли. В принципе сосудистые растения, видимо, появляются только в позднем силуре. Нельзя сказать, что на Земле совсем ничего не росло: крупнейшими наземными организмами (если это не специфические образования, появившиеся в результате захоронения органики) были огромные лишайники прототакситы, однако в роли борцов с эрозией они, видимо, сильно уступали сосудистым растениям.
Мел-палеогеновому вымиранию, которое вроде бы не сопровождалось дефицитом селена, предшествовало распространение цветковых, склонных к травянистым формам (они как нельзя лучше образуют слои дерна и предотвращают эрозию). Пермскому вымиранию также предшествует изменение характера растительного покрова в пермском периоде — распространение новых древесных растений: хвойных, саговников, гинкговых, заселение водоразделов и прочее торжество сухопутной фитожизни.
Объяснение это не универсальное: материковый растительный покров в ордовике — т. е. накануне ордовик-силурского вымирания — в общем-то, отсутствовал, и ждать, что он сильно затормозит поток минеральных веществ с материков в океан, не приходилось. С другой стороны, всё же и в ордовике уже могли появляться первые «перехватчики» на пути минеральных веществ в океан — например, обитатели пресных водоемов (хотя для существования пресноводной фауны и флоры так же важен относительно низкий уровень эрозии).
Итак, исследование австралийцев посвящено вымираниям вообще, а с вымираниями в частности, в том числе с мел-палеогеновым вымиранием, всё несколько сложней.
Метеорит упал — не страшно, вулкан извергся — переживем
Долгое время импактная теория вымирания соблазняла кажущейся простотой объяснения: всё было хорошо, потом 66 млн лет назад свалилась глыба с неба — и вот началось вымирание [3]. Отметина от глыбы, 180-километровый кратер Чиксулуб, осталась на полуострове Юкатан в Мексиканском заливе и прилегающем к нему морском шельфе. Также в пользу гипотезы говорит повышенное содержание иридия в тонком слое отложений, относящихся к мел-палеогеновой границе.
Однако сейчас защищать эту теорию в чистом виде уже невозможно. Фактов, показывающих, что многие организмы прекрасно себя чувствовали и после того, как на Землю свалилась глыба из космоса, более чем достаточно. На юге нынешней Северной Америки — то есть не так далеко от падения Чиксулубского метеорита, именно там, где всё должно было вымереть в первую очередь бесповоротно и окончательно, — не кто-нибудь, а динозавры (если быть совсем точным, гадрозавры) сохранялись еще в начале палеогена. Об этом свидетельствует единичная находка, но сомневаться в том, что динозавры действительно выжили, не приходится [4]. Герта Келлер, палеонтолог из Стэнфордского университета, исследовала отложения выше иридиевого слоя и показала, что существенных изменений непосредственно после его образования не произошло; напротив, над иридиевым слоем накапливаются осадки, характерные именно для мелового периода, а не для палеогена [5]. Другие исследователи также выявляют области, где мезозойские отложения сохраняются в слоях выше иридиевого слоя (например, остатки, характерные для мезозоя аммонитов, встречаются в бореальных широтах), хотя в основном смена морских отложений довольно точно с иридиевым слоем совпадает. В общем, в одиночку Чиксулубский метеорит с мезозойской биотой никак бы не справился.
Герта Келлер, как истинный геолог и патриот своей науки, всегда была далека от того, чтобы признавать именно биотические факторы решающими в событиях, приведших к мел-палеогеновому вымиранию. Изначально она стояла на позициях чистого и беспримесного вулканизма, полагая, что динозавров и их мезозойских соседей по планете сгубили вулканы. Как раз граница мела и палеогена — время сильнейшего магматизма на территории нынешней Индии. Лава разливалась на огромном пространстве. Именно тогда образовались траппы плато Декан в западной и центральной части Индостана. (В районах траппового магматизма возникает ступенчатый рельеф и часто образуются водопады; термин возник от шведского слова trappa — лестница.)
Впрочем, гипотеза Герты Келлер о вулканизме как основной причине вымирания не подтвердилась. Вулканизм или, по крайней мере, начало вулканизма мезозойская живность переживает вполне спокойно (излияние даканских лав начинается где-то за полмиллиона лет до рубежа мела и палеогена). Тогда Герта Келлер выдвинула компромиссную теорию: мезозойскую биоту убивали не сразу, а постепенно, в несколько заходов. Черное дело на границе мезозоя и палеогена одновременно делали и вулканы, и метеориты (которых, вполне возможно, было несколько).
Метеориты и вулканы в сговоре
Недавно опубликованы результаты исследования, вроде бы играющие на руку новой гипотезе, — объяснение того, как были взаимосвязаны вулканизм и падение метеорита [6]. Суть теории проста. Вначале вулканы извергались часто и понемногу — это не приносило биоте никаких существенных неудобств. Но после падения Чиксулубского метеорита происходят серьезные изменения в вулканизме: вместо небольших, но частых извержений начинают происходить редкие, но гораздо более мощные и обильные лавой. Видимо, сейсмические волны от удара метеорита разрушили стенки мелких магматических камер, что привело к образованию огромной единой камеры, в которой магма накапливалась дольше, зато, когда она все-таки изливалась, последствия были намного разрушительней.
Вроде бы всё сходится. Однако не всё и не до конца. Можно сравнить события мел-палеогенового вымирания и вымирания пермского. Во многом они похожи. В пермский период вымирание также сопровождается мощнейшим вулканизмом, намного более мощным, чем во времена мел-палеогенового вымирания. Именно тогда — на границе перми и триаса — образуются сибирские траппы. Значительная часть современной Сибири была залита лавой.
Как и в случае с мел-палеогеновым вымиранием, магматизм в какой-то степени предшествует вымиранию и опережает его. Также характер магматизма мог измениться в результате падения метеорита (возможно, даже нескольких). К границе перми и триаса может быть близко время образования гипотетического кратера, ныне «спрятанного» под ледниковым щитом на территории современной Антарктиды. На этот период приходится и достоверно известный импакт: на территории современной Бразилии обнаружены оставленные им структуры. Кроме того, в геохимических процессах, сопровождавших пермское вымирание, могли участвовать залежи углеводородов и природных солей, с которыми взаимодействовала магма.
Крепкие зубы решают всё
Пермское вымирание оказалось самым грандиозным из когда-либо происходивших на Земле. И всё же его последствия для материковой биоты разительно отличаются от последствий вымирания мел-палеогенового. В результате мел-палеогенового вымирания полностью сменились господствующие классы позвоночных: на суше место прежде доминировавших наземных динозавров занимают представители субдоминантного сообщества — млекопитающие, а в небе птерозавров окончательно вытесняют птицы.
После пермского вымирания всё обстоит несколько иначе: хотя и понеся существенные потери, господами суши остаются терапсиды — предки современных млекопитающих, и лишь постепенно в течение триаса без всякой связи с катастрофами их оттесняют в малый размерный класс завроморфы (предки динозавров, птерозавров и других современных рептилий). И это несмотря на гораздо более катастрофические последствия. Более того, в самом начале триаса — непосредственно после катастрофы — наблюдается невероятное распространение одного представителя терапсид — дицинодонта листрозавра. Почему одна катастрофа не привела к смене господствующих сухопутных позвоночных, а другая привела? Причины надо, видимо, искать не в катастрофах, а в особенностях самих позвоночных и в их взаимоотношениях.
Перестройка в мезозойском материковом сообществе произошла задолго до вулканизма, падений метеоритов и всяческих их последствий. Изменения произошли вместе с распространением цветковых растений: оно привело и к появлению новых насекомых — опылителей, а также листогрызущих насекомых, новых мелких специализированных травоядных позвоночных, специализированных насекомоядных и специализированных на добывании тех и других мелких хищников. Очень широко известны размерами и тем, что не брезговали динозаврятиной, раннемеловые репеномамы. Однако это существа именно из раннего мелового периода: они жили еще тогда, когда динозавры вымирать даже не собирались.
Миллионы лет млекопитающие охотились на динозавровую молодь, но к катастрофическим последствиям это так и не привело. Динозавров, конечно, теснили по мере наступления цветковых, но отдельные их группы (гадрозавры) даже увеличивались в разнообразии. Однако подошла граница мела и палеогена, и всё изменилось. Что именно произошло? И если это связано с вулканизмом, то, спрашивается, как?
Возможно, специализация млекопитающих помогла им вытеснить динозавров. Во-первых, млекопитающие по самой своей природе отлично приспособлены к жеванию: у нас с вами есть приспособленные к перетиранию грубой пищи моляры, есть вторичный челюстной сустав. В общем, мы отличные жеватели. Среди динозавров (птицетазовых динозавров) тоже были формы, умеющие пережевывать пищу (гадрозавры, цератопсы), но не все; у ящеротазовых же динозавров жующих форм, насколько мне известно, не было вовсе. Так вот в кайнозое, как правило, формы млекопитающих с хорошо приспособленными к перетиранию растительного корма зубами (мощными молярами, коренными зубами, чья поверхность выглядит приблизительно как стиральная доска) появляются вслед за распространением лугов и полей. За одним исключением. В Южной Америке, где тогда еще не было никаких пампасов, млекопитающие с высокоспециализированными зубами возникли благодаря вулканической активности (что доказала Каролина Штромберг из Вашингтонского университета), несмотря на то что флора в палеогене там остается вовсе не степной: из-за загрязнения вулканическим пеплом и пылью перетирать их было не менее сложно, чем обильные фитолитами злаки [7].
Если вспомнить историю, то мы увидим: тероморфы подобные загрязнения переносят неплохо; тот же листрозавр распространился в начале триаса, может быть, именно потому, что изначально был прекрасно приспособлен откапывать и поглощать загрязненные землей корешки. После вулканизма конца пермского периода вулканический пепел распространился всюду и везде. Существо, которое и так было приспособлено перерабатывать загрязненные корма, оказалось в крайне выигрышном положении. То же самое можно, видимо, сказать о нижней границе палеогена: на рубеже мезозоя и кайнозоя из-за вулканизма и падения метеоритов практически вся флора на планете была периодически в состоянии немалой запыленности. Растительноядные млекопитающие, занимавшие малый размерный класс, и до того — благодаря распространению цветковых и их травянистых форм — были неплохо приспособлены к переработке требующей тщательного жевания пищи. Растительноядные же динозавры, во взрослом состоянии бывшие гигантами, специализировались, видимо, преимущественно на менее жестких листьях деревьев, а не на злаках или загрязненных пылью кормах.
В этих условиях мелкие растительноядные млекопитающие получили преимущество: у них корма прибавилось, у большинства же растительноядных динозавров — наоборот. К тому же из-за загрязнения атмосферы кратковременно распространились папоротники, на какое-то время вытеснившие даже господствующие к тому времени цветковые. Прежде папоротники ютились в нижних ярусах леса, где им было, несмотря на сумрак, комфортно, после того как они заимствовали (еще в юрский период) ген неохрома, позволяющий вести фотосинтез, используя красную и голубую часть спектра [8]. Так как папоротники населяли самые нижние ярусы леса, с ними были лучше «знакомы» мелкие растительноядные млекопитающие и представители энтомофауны и хуже — «возвышенные» динозавры. Распространение папоротников и сопутствующих им членистоногих также могло послужить неплохой подкормкой для млекопитающих.
Сравнительно мелкие растительноядные и насекомоядные млекопитающие становились всё многочисленней. Вслед за ними увеличивались в численности и охотящиеся на них (также пока некрупные) млекопитающие хищные. Рост численности мелких хищников, специализировавшихся на мелкой же добыче, означал и увеличение давления на динозавровую молодь, которая находилась как раз в том же размерном классе, что и млекопитающие. Так как взрослые динозавры в большинстве своем были, видимо, менее заботливыми родителями, чем птицы и млекопитающие (из-за огромной разницы в размерах между взрослой особью и детенышем), то такого резкого усиления давления на молодь они могли просто не выдержать.
1. Perkins S. Three of Earth’s largest extinctions may have been caused by loss of essential element. // Sciencemag.org. November 5, 2015.
2. Tappan H. Phytoplankton: below the salt at the global table. // Journal of Paleontology / Vol. 60, Issue 03. May 1986. P. 545–554.
3. Жуков Б. Приказано считать доказанным // Полит.ру. 8 апреля 2010 года.
4. James E. Fassett. New geochronologic and stratigraphic evidence confirms the paleocene age of the dinosaur-bearing Ojo Alamo Sandstone and animas formation in the San Juan Basin, New Mexico and Colorado // Paleoantologia electronica. Vol. 12. Issue 1. April 2009.
5. Динозавров погубил не астероид // Аммонит.ру. 30 апреля 2009 года.
6. Марков А. В. Радиоизотопные датировки подтвердили связь между падением Чиксулубского метеорита и усилением траппового вулканизма // Элементы. 5 октября 2015 года.
7. http://compulenta.computerra.ru/zemlya/paleontologiya/10005165/
8. Horizontal transfer of an adaptive chimeric photoreceptor from bryophytes to ferns / Ed. by David M. Hillis // Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 111. N 18. May 6, 2014.
Тема Великих Вымираний, по самой своей природе, такова, что вызывает желание всякого дилетанта иметь своё мнение :).
Я тут не исключение, естественно.
И моя собственная Великая Всеобъясняющая Теория Великих Вымираний (существующая, естественно, только «на пальцах») предполагает концепцию биоценозного «принципа домино». Медленные (неизбежно медленные) процессы дрейфа континентов, связанных с ним изменений климата, связанных с тем и другим изменений того, сего — могут запускать (рано или поздно запускают) лавинообразные процессы перестройки биоценозов, столь быстрые, что 90% организмов, оные биоценозы составляющих, просто не успевают за этими изменениями.
Уф, отметился :).
Это вполне себе достаточно распространенная точка зрения в среде палеонтологов, что массовые вымирания — естественные флуктуации эволюционного процесса.
Но только эти вымирания — уж очень массовые. Почему интересно выяснить их естественные причины :) .
Интересно, а сила тяжести на поверхности Земли, когда существовали гигантские растения и животные юрского периода была такой же, как сейчас?
Такая же сила тяжести, такая же.
И, кстати, «гигантские растения» по размерам были сравнимы с современными. Что же до гигантских животных, то их анатомия (насколько мы можем судить), а попросту — прочность их костей, вполне позволяла бы им жить и сейчас. Кстати, кроме очень крупных животных (примерно 5-7 слонов «в одном флаконе»), существовали животные всех размеров, вплоть до самых мелких (аналогичных современной мелочи).
Но вот как раз знаменитые гигантские животные очень хорошо укладываются в картину «принципа домино», объясняющего крупное вымирание.
Такие животные — неизбежно — размножаются медленно. Их — в пригодных для них ландшафтах — естественно, общая численность меньшая, чем у какой-нибудь мелочи (т.е. много меньше потенциальное генетическое разнообразие, «резерв изменчивости»). И они — наверняка — существовали в ландшафтах, достаточно специфических.
Медленные климатические изменения рано или поздно становятся для ландшафта критическими, он после этого быстро изменяется. Например, меняется тип растительности.
Но у животных, обладающих перечисленными ранее признаками «гигантов», минимальная возможность успеть эволюционно отыграть. Попросту, они — первые кандидаты на вымирание.
Но такие большие твари — они, неизбежно, самим своим существованием формируют биоценозы. Представьте, хотя бы, роль каких-нибудь диплодоков в существовании самых разных падальщиков, от мелких до здоровенных, питающихся их тушами, и целые биоценозные цепочки, основывающие на диплодоковом помёте :).
(Это — так, самые черновые подходы к «принципу домино».)
Почитайте Жерихина сотоварищи. Они в свое время подробно разработали теорию, часть которой Вы тут обозначили «принципом домино» — Вам понравится.
Спасибо за наводку.
Нашёл по ссылке одну статью, читал — и гладил себя по затылку: какой я, оказывается, у-у-умный :).
Единственное у меня собственное мнение, что мне, как раз, вымирание именно крупных животных представляется более вероятным «спусковым крючком» для разрушения биотопов, чем, например, смена растительности.
Но это уже детали, которые я (с положенным смирением ;)) был бы рад представить на рассмотрение кому-нибудь, более сведущему, чем я.
Как палеонтолог (под руководством Льва Несова занимался изучением позднемезозойских позвоночных)и специалист по интактным структурам с 1-ого курса Университета занимавшейся данной границей должен выразить резкое несогласие с мнением автора статьи. Ключевое значение импакта фактически доказано и признается большинством исследователей.
По пунктам
1. Нахождение костных остатков динозавров в отложениях палеоцена. Сообщения о подобных находках поступали и ранее, но они оказывались переложенными палеоценовыми реками — вымытыми из денатурированными речными потоками более древних коренных верхнемеловых отложений. Вообще говоря, установление факта переотложения ископаемых остатков не всегда достаточно простая задача, хотя обычно она довольно легко определяется по характерным признакам — окатанности, абразии песчанистыми частицами, отбитым частям — т.е. следам переноса. Как я понимаю, представленный в сообщении факт не получил подтверждения у большинства исследователей ввиду своей единичности и, возможно, сложной интерпретации.
2. Сообщение о нахождении верхнемеловой фауны в отложениях Чекунслабского кратера также возможно может быть подвергнуто различной интерпретации — подобных сообщений было несколько — в некоторых из них, насколько я помню, говорилось о том, что палеоценовые ископаемые содержались в уже перевернутых взрывом отложениях, т.е. он произошел ПОСЛЕ вымирания.
Вообще говоря, нужно сказать, что интерпретация точного возраста кратерных и посткратерных отложений — чрезвычайно сложная задача, т.к. (при, предположим, если образование структуры Чекунслаб и вызвало появление катастрофного аномального прослоя) меловые отложения будут ударнометаморфизированы и перемешаны на сотни метров в глубину, а лишь выше будут залегать горизонтально расположенные палеогеновые отложения. В случае же несовпадения времени образования кратера и иридиевого прослоя ситуация еще более усложниться.
Интересующихся отсылаю к известной небольшой статье Хаина в «Природе»
3. Авторами заметки практически полностью игнорируется факт мгновенно, строго синхронного образованию иридиевого прослоя, практически 100%-ой смены нанопланктона в океанах. Не исключено, что эта смена, а точнее практически полная гибель одноклеточных произошла из-за отравления вод Мирового океана продуктами реакции при попадании Чекунслабского астероида в многокилометровую толщу осадочных карбонатных пород. Очень трудно увязать подобное событие с крайне постепенными изменениями в континентальной биоте. Как следствие, в океанах вымерли морские пресмыкающиеся плезиозавры и мозозавры.
4. Игнорируются очень интересные исследования последних лет непрерывных пограничных мел-палеогеновых разрезов в Альпах российского геофизика Грачева из ИФЗ РАН. Он показал наличие нескольких последовательных циклопических космогенных цунами высотой по несколько сот метров каждая, остатков платиноидных минералов и других свидетельств глобальной катастрофы.
5. Эоцен-олигоценовое вымирание также имеет, вероятно, космические причины — образование на данном рубеже Попигайского метеоритного кратера (хондритового состава астероид размером около 6 км.)
*Вишневский С.А. Астроблемы. Новосибирск: ООО “Ноонпарель” 2007 228 с.
В целом же можно сказать, что несмотря на отдельные не вполне ясные детали, импактная причины мел-палеогенового вымирания достаточно обоснованы фактически и теоретически.
Моя популярная статья о последних исследования Грачева об этой проблеме — http://www.21mm.ru/?mag=92#blog/article/5006c1c7f748ddcd4f000194
Не будучи специалистом, и не имея оснований сомневаться в геологических признаках того, что Земля испытала падения крупных метеоритов, я, тем не менее, испытываю некоторые сомнения в отношении того, что именно эти падения были причинами столь крупных вымираний.
Хотя бы потому, что тогда трудно объяснить не вымирание многих групп животных (таких, например, как крокодилы, многие земноводные, и т.д.), не только входивших в «динозавровые» биоценозы, но и — например, те же крокодилы — занимавшие в них места, аналогичные иным «динозавровым».
Хотелось бы видеть максимально подробные реконструкции (хотя я отлично понимаю, насколько трудно их сделать, как много тут будет гипотетического) того, как эти последствия импакта накладывались на карту тогдашней Земли, и какие могли иметь последствия для биосферы.
Практически невозможно составить точную палеогеографическую реконструкцию на момент вымирания, скорее это можно сделать предельно грубо с допуском плюс-минус 3-4 млн. лет