«История Земли». Глава из книги

Протерозойский эон

2,5 млрд — 535 млн лет назад

К началу протерозойского эона Земле, по человеческим меркам, исполнилось 20 лет, и с ней произошли очень серьезные изменения.

Бурный рост строматолитов увеличил площадь материков. На суше по-прежнему простиралась бесконечная пустыня. Ветер разносил над ней облака пыли. Океан был мутным, грязным, его бурые волны накатывались на черные пляжи.

Расцвет цианобактерий привел к самой большой экологической перестройке в истории Земли. Со временем этих бактерий становилось всё больше, они вырабатывали всё больше кислорода. Поступление нового железа из вулканов и недр планеты уже не успевало его нейтрализовать, и кислород стал накапливаться в атмосфере.

Суша из черной превращалась в красную: кислород окислил содержащееся в минералах железо. Землю заполнили марсианские пейзажи: уходящие ко всем горизонтам пустыни рыжего и алого цветов.

В атмосфере начал образовываться озон — газ, состоящий из трех атомов кислорода. Он создал озоновый щит, который уменьшил жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Микробам больше не надо было прятаться от него, и они смогли освоить новые места для обитания, в том числе сушу.

Земля, покрытая льдами и сугробами, получила название Земля-снежок. Жизнь в эпоху глобальных холодов могла исчезнуть, но всё же сумела справиться с катастрофической стужей

Эти глобальные перемены стали сущей мелочью в сравнении с глобальным похолоданием. Кислород взаимодействовал с метаном, превращая его в менее теплоемкий углекислый газ. Без метана температура на планете быстро упала и Земля обледенела. На красные пустыни посыпался снег, континенты покрылись ледниками. Так началось первое в истории Земли грандиозное оледенение. Оно продолжалось двести миллионов лет. Несколько раз материки полностью скрывались под снегом, океан затягивало льдом.

Земля столкнулась с первым в своей истории массовым вымиранием. Микробы выживали с трудом: в подледных озерах, в полыньях над подводными вулканами. Пригодных для жизни мест осталось мало, археи и бактерии заполнили их до предела.

Ранние эукариоты внешне напоминали инфузорий. Они были самыми сложными и продвинутыми организмами на нашей планете. Сейчас похожие существа мы называем простейшими

В таких условиях было практически невозможно существовать. Поэтому одни микробы нашли выход и стали поедать других. Некоторые съеденные организмы прижились у них внутри. Так получилось сложное микроскопическое сообщество — наши предки, первые эукариоты. Это были совершенно новые существа, обладающие одной очень важной особенностью: у них появилось ядро. Для чего оно понадобилось? Чтобы защитить свою генетическую информацию от проглоченных, но еще не переваренных бактерий.

В том числе ранние эукариоты поглотили бактерий, которые использовали кислород для производства энергии. Но те тоже не переварились и прижились внутри.

Это позволило эукариотам активно осваивать жизнь в кислородной среде. Они стали использовать этот газ, что в разы ускоряло их химические процессы. Кислород насыщал эукариот энергией, в десятки раз большей, чем могли извлечь из окружающей среды бескислородные археи и бактерии.

Эукариоты стали супермикробами, хотя, на наш взгляд, выглядели более чем скромно: какие-то овальные крошки с хвостиками, ножками и ресничками. Хвостики дергались, реснички колыхались, ножки дрыгались, вылавливая окружающих бактерий, которых эукариоты поглощали и переваривали.

Оледенение планеты, кислородная революция и появление эукариот совпали друг с другом. После столь сильных перемен наступила долгая пауза, которую ученые назвали «скучным миллиардом лет». В это время даже вулканы, кажется, успокоились и прекратили извергаться. Как говорят геологи, никогда еще в истории Земли не случалось так мало событий за такой большой отрезок времени.

Под микроскопом капля океана из эпохи «Скучного миллиарда» выглядела примерно так: множество микроорганизмов, в основном бактерий, парящих в соленой воде

Целый миллиард лет — от 1,85 до 0,85 миллиарда — на планете ничего толком не происходило. Условия стабилизировались. Кислород накапливался равномерно и медленно. Глобальное оледенение постепенно сошло на нет. Климат после окончания оледенения стал стабильным и в целом теплым. Океан напоминал двуслойное желе: сверху располагались кислородные зоны, а дно оставалось бескислородным. Сейчас похожим строением отличается Черное море.

Мерно двигались континенты. Эволюция тоже шла неторопливо.

В толще воды расселились эукариоты, особенно одноклеточные водоросли акритархи, жившие в жестких органических оболочках. За время «скучного миллиарда» одна и та же форма акритарх могла существовать по 400 миллионов лет. Это страшно много. Оболочки акритарх по форме напоминали шарики и батоны. Некоторые скорлупки были с дырками, другие ощетинились шипами и колючками. Шипы не только защищали от врагов, но и увеличивали поверхность оболочки, помогая акритархам оставаться на плаву.

«Скучный миллиард» закончился важным изобретением эукариот: они создали аналог союзу-сообществу бактерий, научились объединяться в многоклеточные организмы. Но разница в организации этих двух сообществ была громадной.

Колонии бактерий построены по принципу демократии. Отдельные организмы ведут собственную жизнь, считаясь с интересами других. Это своего рода союз свободных жителей. А многоклеточный организм — тоталитарное государство, где у каждого члена есть персональная задача и он предназначен выполнять определенный набор функций: у одних клеток выключена одна часть генома, у других — другая.

Первых хищников земли пришлось бы разглядывать в микроскоп. Но в мире архей и бактерий они были страшнее и опаснее, чем для нас любое чудовище из фильмов ужасов

Первые многоклеточные организмы выглядели как цепочка или бусинка из нескольких клеток. Их появление привело к бурному росту эукариот, возникали всё новые и новые их формы, которые разделились на три царства: грибы, водоросли и животные.

Самыми успешными вначале оказались водоросли. Некоторые из них вскоре достигли метровых размеров. По сравнению с микроскопическими бактериями и археями это была совершенно невероятная величина.

А животные были представлены странными формами, чьи таинственные остатки дают широкий простор фантазии и обычно выглядят как небольшие палочки, точки, черточки и загогулины. Сейчас найден уже целый зоопарк загадочных древних существ.

В США обнаружены остатки странной городискии, которые похожи на разомкнутое ожерелье. В Китае откопали невнятный длинный листочек на черенке, названный лонгфенгшанией. Ветвящиеся ленты из Норвегии получили имя дальтения. «Червячок» с архипелага Шпицберген — валькирия. «Червячок» с российского Тиманского кряжа — пармия.

Произошло важное разделение планеты между живыми организмами. Строматолитовые бактериальные сообщества заселили теплые моря, научились защищать себя ядами и отравляли воду, не подпуская водоросли, грибы и животных.

Совсем в других условиях в прохладных высоких широтах жили эукариоты. Холодная вода лучше насыщалась кислородом и больше подходила для них. Здесь копошились крошечные инфузории и амебы, колыхались в воде водоросли.

Но скоро на планете возникли условия, подкосившие царство бактерий и позволившие эукариотам вырваться вперед и заселить всю планету: началось второе великое оледенение. Оно продолжалось 200 миллионов лет и стало самым сильным в истории Земли.

Ледниковая эра, как всегда, была динамичной: 20–30 миллионов лет продолжались суровые морозы, затем наступало небольшое потепление, потом опять тянулось длинное, на десятки миллионов лет, похолодание, когда Земля почти превращалась в космический снежок. На пике холодов кора снега и льда толщиной в 2–3 километра занимала 70% поверхности планеты. Ползущие к океану ледники, как бритвой, срезали холмы и горы, и континенты стали плоскими, словно футбольное поле.

Во времена потеплений жизнь стремительно наверстывала упущенное. Молниеносно возникали новые формы. А во времена похолоданий эволюция словно стояла на паузе.

С каждым эпизодом оледенения эукариоты всё больше вытесняли бактерий. Во-первых, бактерии плохо переносили морозы. Во-вторых, им не нравился кислород, а из-за охлаждения воды два слоя в океане (верхний кислородный и нижний бескислородный) перемешивались, и этот газ проникал даже в самые темные глубины.

По микробным матам ползали мягкие дикинсонии (Dickinsonia). По толщине и размерам они напоминали пухлый лаваш. Они питались микробным матом, соскабливая его тоненькими ресничками, которыми была покрыта нижняя часть туловища

К концу ледниковой эры строматолиты почти полностью исчезли и остались только в очень неуютных местах: в серных источниках, в пересыхающих лагунах, в неосвещенных глубинах морей и озер. С тех пор они лишь изредка появлялись в морях — как правило, во время массовых вымираний эукариот. Они словно пытались взять реванш за давнее протерозойское поражение. Строматолиты из-за этого прозвали «знаками беды».

Самый мощный эпизод великого оледенения закончился 620 миллионов лет назад. После него наступил последний отрезок протерозойского эона — вендский период.

Потепление растопило ледники и подняло уровень Мирового океана. Обширные мелкие моря затопили окраины материков, их дно было плоским: его до этого гладко выровняли ледники.

Благодаря быстрому таянию снегов реки и ручьи вынесли в моря огромное количество всевозможных химических веществ, которые служили удобрениями и создали очень питательную среду.

Вода морей, озер и луж превратилась в густой, насыщенный бульон: она была переполнена живыми организмами, которые смогли пережить великое оледенение. Дно покрылось многослойными коврами водорослей и микробов — микробными матами. Они представляли собой плотную пленку, которую можно было бы даже оторвать и скрутить в рулон, как ковер.

Бурно расплодились акритархи, амебы, водоросли, появились первые крупные животные: все они обладали мягкими телами без раковин и панцирей. Некоторые вырастали до метра в длину, но обычно были с нашу ладонь. У многих оказалась странная симметрия. У современных животных симметрия зеркальная, правая и левая стороны одинаковые: с левой стороны есть рука — и с правой, слева есть плавник — и справа.

У вендских животных встречалась смещенная симметрия, сегменты их тел располагались как паркет или застежка-молния. Это не единственная странность. У некоторых животных не было рта и пищеварительной системы, а иногда вообще никаких внутренних органов. Они напоминали паразитов, которые сейчас живут в телах других организмов. Вероятно, эти организмы тоже были паразитами, но не животных, а вендского моря, перенасыщенного органическим веществом.

Эрниетты (Ernietta) росли на дне морей в самом конце вендского периода и внешне напоминали чашечки растения мухоловки. Нижняя часть скрывалась под бактериальным матом, а верхняя торчала наружу. Питались они просто: впитывая питательные вещества всей поверхностью своего тела.

Одни животные вендского периода умели передвигаться, ползая по дну, как улитки. Другие крепились ко дну и росли во все стороны равномерно, как лишайник, или разбрасывали вокруг себя усики, как клубника.

Некоторые формально были бессмертными. Они не старели, а только взрослели, постепенно разрастаясь во все стороны, и погибали исключительно от внешних катаклизмов: штормов, извержений вулканов и подводных оползней. Умереть самостоятельно они не могли.

Разнообразие животных в вендском периоде было небольшим. По всей планете обитала пара сотен видов. Для сравнения: фауна даже очень бедного Черного моря сейчас насчитывает 2500 видов, в том числе 200 видов рыб.

В конце вендского периода случились резкие колебания температуры, которые привели к массовому вымиранию. Экзотические животные исчезли без следов и не оставили после себя потомков. На арену жизни вышли совсем другие герои.