Мезозойская эра (250–65 млн лет назад)
Мезозойская эра (от греческих слов «мезос» — средний и «зоя» — жизнь) началась 250 млн лет назад и длилась 185 млн лет. На протяжении этого временного периода земные континенты постепенно принимали привычные для нас очертания.
В начале мезозоя произошло очень значимое событие — земная кора оказалась рассечена глубокими трещинами. Как и прежде, эти разломы явились каналами выхода на поверхность расплавленной магмы. Когда буйство земных недр прекратилось, образовавшиеся глубокие впадины заполнила вода.
Теплый климат способствовал бурному развитию биосферы.
Конец Пангеи (250–150 млн лет назад)
Когда именно распалась Пангея, сегодня никто не скажет. Однако исследования глубин Атлантического океана на севере показали, что даже самым древним участкам типично океанической коры не более 160–180 млн лет. Несложный расчет (250 – 160/180 = 110/70) показывает, что процесс распада Пангеи (ведь истинно океаническая кора появилась на месте континентальной) занял очень длительный промежуток времени — 100 млн лет или немного меньше. Вначале две гигантские части Пангеи — Гондвана и Лавразия разошлись, потом они стали дробиться на континенты поменьше.
Глубокие впадины, разделившие континенты, стали современными океанами.
Лавразия, которая находилась на севере, разделилась на Северную Америку и Евразию. Остальные материки (да еще и полуостров Индостан, который входит теперь в состав Евразии) оказались осколками Гондваны. Никогда за всю историю Земли моря и суша не менялись местами столь интенсивно, как это происходило в начале мезозоя.
В начале мезозойской эры океаны занимали меньшую часть земной поверхности, но уже в середине этого периода под водой оказались и современная Центральная Европа, и части Африки и Австралии. Об этом свидетельствуют характерные морские отложения середины мезозоя, обнаруженные на некоторых нынешних континентах.
Только в конце мезозойской эры, когда формирующиеся континенты окончательно разошлись по сторонам, площадь суши, залитой водой, приблизилась к привычной нам сейчас — две трети от всей поверхности планеты. Окончательное разделение последних соединенных вместе фрагментов Гондваны — Антарктиды и Австралии — произойдет только в следующую кайнозойскую эру, о чем будет сказано ниже.
Неоспоримо, все геологические катаклизмы былых эпох неизменно приносили пользу будущему человечеству, пополняя запасы полезных ископаемых. Мезозой не был исключением: в эту эру практически на всех континентах появились месторождения нефти и газа, обнаруженные сейчас в Персидском заливе, Западной Сибири, Средней Азии. Все это — наследие мезозойской эры. Оно включает также примерно 37% мировых угольных запасов, которые сконцентрированы преимущественно в Северном полушарии — в предгорьях Кордильер, Скалистых горах, северо-восточной Азии. В России мезозойские угли находятся в бассейне реки Лены и Якутии.
В это время происходило накопление бокситов — сырья для получения алюминия. Типично мезозойские отложения этого ископаемого были найдены в странах Средиземноморья — Испании, Греции, Франции.
В этот геологический период появились гигантские залежи солей: так в конце эры возникли пласты фосфоритов на севере Африки. Кроме того, по разломам в земной коре из недр продолжала подниматься расплавленная магма, что приводило к появлению рудных месторождений в самых разных уголках Земли.
Леса, в которых гуляли динозавры (230–65 млн лет назад)
Палеозойская эра отличалась достаточно суровым климатом, но после ее окончания на Земле стало очень тепло (как мы помним, это внезапное изменение климата — одна из гипотетических причин массового пермского вымирания в конце палеозоя). В мезозойскую эру среднегодовая температура Земли превышала нынешнюю на 10–15 °С, мелкие моря раннего ее этапа прогревались до 16 °С, а позднего — до 26–28 °С.
Возможной причиной климатического изменения мог быть все тот же парниковый эффект, который вызвала бурная деятельность вулканов.
После пермского вымирания заросли гигантских плаунов и древовидных папоротников утратили свое былое господство в мире флоры. Им на смену пришли новые растения с более высокой организацией — голосеменные.
Они обладали большей приспособленностью за счет того, что не нуждались в воде для размножения, а их пыльцу на большие расстояния мог переносить ветер. В отличие от спор, оболочка семени этого класса растений полностью обеспечивала свое новое поколение питательными веществами. Благодаря ей такое семя могло долго сохранять жизнеспособность, даже оказавшись в неблагоприятных условиях. Обладая такими неоспоримыми преимуществами перед другими группами растений, голосеменные вскоре заселили всю планету. Хвощи, плауны и папоротники были оттеснены в ту экологическую нишу, которую они занимают и по сей день: отныне их место — в тени, на заболоченных берегах мелких водоемов или камнях.
Бурное развитие и расселение голосеменных продолжалось в течение почти всего мезозойского периода.
К этому времени также относится появление на Земле первых гигантских секвой. Их потомки и поныне — самые крупными представители растительного мира на нашей планете.
Хвоя голосеменных растений содержит мало органических веществ, поэтому подавляющее количество избыточного углерода выделяется ими в форме углекислого газа (важно помнить, что хоть растения и поглощают углекислый газ при фотосинтезе, они, как и остальные живые существа, выделяют его при клеточном дыхании). Именно поэтому во времена господства голосеменных атмосфера быстрее насыщалась углекислым газом, из-за чего возникал парниковый эффект и повышалась температура окружающей среды.
К концу мезозоя в растительном мире происходят новые изменения. На Земле появляются наиболее развитые покрытосеменные (или цветковые) растения. От остальных растений они отличаются тем, что их цветок обладает пестиком — специальным приспособлением для улавливания и проращивания пыльцы.
Нижняя часть пестика, завязь, не что иное, как пустая камера, предназначенная для развития будущего плода. Из-за наличия такого защитного покрова растения и получили свое название — покрытосеменные. Они обладают более совершенной системой проводящих тканей (сосудов), поэтому обмен веществ в частях таких растений проходит быстрее. Нетрудно догадаться и о происхождении второго названия — цветковые.
Именно покрытосеменным растениям удалось заключить благотворный союз с насекомыми, птицами и животными, то есть вступить в отношения сложных симбиозов. Яркие и душистые цветы этих новых жителей мезозойских лесов привлекали к себе множество желающих для опыления.
Как и прежде, новый виток развития биосферы начался именно с растений: цветковые вскоре были представлены множеством трав, кустарников и деревьев. Насекомые в свою очередь стали процветающим классом существ в животном царстве. По своему видовому разнообразию (более миллиона видов) они впереди и сейчас.
Невероятно размножившиеся на Земле насекомые оказались важнейшим звеном большинства пищевых цепочек планеты. Так, эволюция растений в очередной раз привела к всплеску разнообразия биологических сообществ. Одновременно с ней шло бурное развитие других организмов.
Необходимо также упомянуть и о возросшей роли в пищевых цепочках покрытосеменных растений. Насекомые питались их нектаром, а мясистые сочные плоды стали основной пищей для многих птиц и животных. Растениям же только того и надо: будучи съеденными, их семена могли распространяться на новых территориях.
Таким образом, мезозойская эра была отмечена двумя волнами эволюции растений, каждая из которых сильно изменила мир того времени. Первая (ранний мезозой) ознаменовала развитие и распространение голосеменных растений, вторая (поздний мезозой) связана с воцарением на планете покрытосеменных. К концу этого периода появляются многие знакомые нам теплолюбивые цветковые растения: эвкалипты, магнолии, платаны, олеандры, коричневые лавры, ореховые и тюльпановые деревья. Там, где климат был прохладнее, стали расти березы, дубы, буки, вербы и другие зеленые обитатели лесов средней полосы. Большинство растений, которые мы видим вокруг, родом из мезозойской эры.
Царство динозавров (225–65 млн лет назад)
Если бы у нас была машина времени, путешествие в мезозойскую эру показалось бы, возможно, самым удивительным. На теплом ветру шумели необъятные хвойные леса, густо поросшие папоротниками, в них водились грозные ящеры, которые весили больше, чем несколько современных слонов.
Невиданные чудовища заселили моря, а иные освоили даже воздух. Нам сложно даже представить себе тех гигантских животных, которым принадлежала Земля 225–65 млн лет назад.
Засушливый климат начала мезозоя, исчезновение многих озер и болот, наступление пустынь — все эти события поставили точку в существовании многих жителей суши, так и не сумевших окончательно преодолеть зависимость от водоемов. Эпоха земноводных на нашей планете закончилась. Новыми хозяевами жизни стали пресмыкающиеся. Из тех времен до сегодняшних дней дожили черепахи и гаттерии.
Вначале появились относительно небольшие динозавры (от греческих слов «дейнос» — ужасный и «заурос» — ящер), рост которых достигал 5–6 м. Название этим существам предложил английский биолог Ричард Оуэн в 1842 г. После описания первых найденных в то время окаменелых костей, казавшихся невероятными из-за своих размеров, он пришел к выводу, что они принадлежали «ужасным ящерам».
С течением времени исследователи не уставали удивляться разнообразию форм тела, образу жизни и гигантским размерам ящеров. Установившийся на Земле теплый климат и распространение новых (образованы голосеменными растениями) лесов вызвали бурный всплеск эволюции динозавров — все новые и новые их виды заселяли сушу, пресные водоемы, моря и атмосферу.
Уже в середине мезозоя земля содрогалась под поступью ящеров (самые внушительные по размерам животные всегда травоядные), длина тела которых вместе с хвостом достигала 25–30 м, а вес — 50 т. Чтобы еще лучше представлять себе размеры древних динозавров, вспомним синего кита — крупнейшее на Земле современное животное. Это 33-метровый гигант, вес которого может достигать 150 т. В мезозойской эре самым знаменитым хищником был тираннозавр рекс с длиной тела более 15 м.
В то время как тираннозавры и подобные им гигантские хищные ящеры царствовали на суше, моря принадлежали ихтиозаврам («рыбоящерам»), тела которых были идеально приспособлены для жизни в воде.
Большинство травоядных гигантов передвигались на четырех конечностях, в то время как хищники предпочитали быстро бегать на двух. Шустрый небольшой велоцераптор ухитрялся длинными задними ногами еще и атаковать добычу, опираясь на хвост и разрывая ее серповидными когтями.
Большую часть мезозоя шла отчаянная конкурентная борьба за выживание разных видов травоядных и хищных динозавров. Некоторые гиганты (брахиозавры, диплодоки и еще более чудовищные суперзавры) проводили все время в положении стоя на дне пресноводных водоемов — только маленькая голова показывалась из воды. Другие же, несмотря на гигантские размеры и вес больше, чем у современного слона, перемещались быстрее ланей. Некоторые травоядные гиганты объединялись в стаи, чтобы противостоять нападениям хищников.
Земля принадлежала динозаврам десятки миллионов лет — их не упрекнешь в неумении приспособиться к условиям жизни. В настоящее время исследователями описано более 250 разных видов древних ящеров, однако до сих пор постоянно обнаруживаются все новые и новые останки, требующие изучения.
Появление первых млекопитающих (240 млн лет назад)
Когда Земля, казалось бы, уже всецело принадлежала ужасным ящерам, стали появляться маленькие невзрачные животные, совсем не похожие на динозавров. Это были первые млекопитающие. Если бы динозавры могли проявлять высокомерие, они, вероятно, усмехнулись бы при виде столь неказистых конкурентов. Эти млекопитающие поначалу, и правда, довольствовались весьма скромными ролями в биологических системах мезозоя. Однако практически с самого начала их возникновения стало понятно, что будущее планеты отныне принадлежит им.
В чем же заключались преимущества нового класса животных? В отличие от ящеров, температура их тел была постоянной и не зависела от погоды. У пресмыкающихся обмен веществ целиком определялся температурой среды обитания: пока вокруг по-мезозойски тепло, грозные тираннозавры и птеродактили активно перемещались и летали, но как только становилось холоднее, движения рептилий приобретали вялость и теряли точность. В это же время млекопитающие отлично себя чувствовали.
Еще одно важнейшее преимущество млекопитающих становится понятным прямо из названия класса: это животные, которые выкармливали детенышей собственным молоком (от латинского mamma — грудь), поэтому у них мягкие губы, приспособленные для этого, — инструмент питания в раннем детстве.
Млекопитающие рождали живых детенышей, а не откладывали яйца. Хотя и тут не обошлось без исключений: самые примитивные из них — ехидна и утконос, живущие в Австралии, — как и их древние предки, откладывают яйца, при этом являются теплокровными, а вылупившихся детенышей выкармливают молоком.
Млекопитающие почти всегда покрыты шерстью, ведь при температуре тела выше окружающей среды ее нужно поддерживать постоянной, избегая переохлаждения. Шерсть оказалась идеальным для этого инструментом и важнейшим приспособлением, которое этот класс получил в процессе эволюции. Будучи защищенными от холода, его представители смогли заселить уголки планеты с самыми суровыми погодными условиями.
Теплый климат на время создал райскую среду обитания для пресмыкающихся — на планете произошел расцвет эпохи ящеров. Однако уже в конце мезозойской эры новый класс млекопитающих был представлен во всех земных экосистемах. Сейчас трудно сказать, где появились первые из них от своих пресмыкающихся предков. Можно отметить, что еще звероподобные пеликозавры обзавелись важными чертами строения тел, которые вполне могли пригодиться будущим млекопитающим.
Хищные и травоядные пеликозавры жили за 280 млн лет до прихода на Землю первых млекопитающих. У этих животных были схожие черты: у древних рептилий передние зубы похожи на резцы млекопитающих, были также и массивные клыки, а глубже в пасти находились жевательные зубы, напоминающие коренные у млекопитающих.
Другие возможные кандидаты в предки млекопитающих — пресмыкающиеся терапсиды. У них форма черепа и зубов походила на те, которыми обладали млекопитающие. Конечности у терапсидов уже не располагались по бокам туловища, а подпирали его сзади и спереди, точно так же, как это было устроено у млекопитающих.
Разумеется, для возникновения млекопитающих эволюция должна была выбрать и закрепить ряд принципиальных изменений (мутаций), которые накапливались бы у некоторой группы рептилий. Для того чтобы по отношению к данным мутациям действовал положительный естественный отбор, они должны были приносить пользу своим обладателям, давать преимущества для выживания, которыми стали более сложная нервная система, позволившая лучше приспосабливаться к различным условиям обитания, органы для развития эмбриона внутри тела самки (а не в яйце), смена места расположения конечностей на теле (не по бокам, а под туловищем), возникновение молочных желез и ряд других.
В горных породах середины мезозоя найдены останки странных небольших животных, получивших название трехбугорчатые за форму коренных зубов. Эти животные по своему строению были близки к насекомоядным млекопитающим. Есть гипотеза, что обнаруженные существа были предками сумчатых и плацентарных. Наиболее интересным является предположение, что трехбугорчатые были мелкими животными, которые поедали яйца гигантских динозавров и тем самым способствовали будущему вымиранию ящеров.
Способность поддерживать постоянную температуру тела выше окружающей среды, очевидно, была результатом целого ряда последовательных изменений в системах дыхания и кровообращения. Одним из них было появление четырехкамерного сердца — органа, который способен иметь дело с артериальной и венозной кровью одновременно, не смешивая их. (Напомним, что из современных пресмыкающихся почти четырехкамерными сердцами обладают крокодилы.) Высокая температура тела увеличила скорость биохимических реакций и обмена веществ. Это, в свою очередь, привело к необходимости ряда важных изменений в пищеварительном тракте, а также потребности в измельчающих пищу зубах и челюстной мускулатуре.
В середине мезозойской эры появились первые птицы.
Их предками, как и у млекопитающих, были рептилии, от которых птицы отличались тем, что прежде всего были способны поддерживать постоянную высокую температуру тела. Чешуя пресмыкающихся преобразовалась в перья, которые выполняли несколько функций сразу: инструмент для осуществления полета, а также защита тела от переохлаждения. Самая первая из известных науке птиц — археоптерикс (буквально «первоптица»). Она еще не умела хорошо летать, но, очевидно, использовала крылья для перемещения с дерева на дерево. У археоптерикса также сохранялись черты рептилии: клюв был усеян зубами, а крылья заканчивались небольшими коготками. По размеру первоптица напоминала ворону.
Когда на закате мезозоя произошло похолодание, особенности строения птиц и млекопитающих приобрели решающее значение для выживания. Дни холоднокровных гигантов оказались сочтены. Они уступали свое место более развитым теплокровным существам.
Изменение климата (70–65 млн лет назад)
Мезозойская эра отличалась самым теплым климатом за всю историю нашей планеты. В конце этого периода на Земле стали преобладать цветковые растения, вытеснившие голосеменные, про которые мы знаем, что большую часть избыточного углерода они выделяли в виде углекислого газа. Цветковые же растения имели способность связывать ненужный им углерод в более тяжелых соединениях — атмосфере при этом его доставалось намного меньше.
В результате уровень содержания углекислого газа в воздухе снизился, парниковый эффект ослабел, температура стала падать. К концу мезозоя на Земле сильно похолодало. В широтах, давно не знавших суровых зим, появился снег. Климат стал очень напоминать современный.
Мы не впервые рассматриваем изменения климата, которые становились причиной массовых вымираний живых организмов. Похолодание в конце мезозоя принесло гибель гигантским ящерам. Впервые логическую связь между исчезновением динозавров и понижением температуры воздуха предложил американский исследователь Роберт Бэккер. Он подсчитал, что крупные динозавры двигались, вероятно, со скоростью до 30 км/ч, а небольшие ящеры могли разгоняться до 50–80 км/ч. Этот темп движения похож на тот, который мы наблюдаем у современных теплокровных животных, следовательно, и обмен веществ динозавров должен быть близок по интенсивности к показателям нынешних млекопитающих.
Как же динозавры могли поддерживать такой уровень обмена веществ после похолодания: ведь температура их тел снижалась одновременно с температурой окружающей среды, а скорость химических реакций при этом неизбежно замедлялась? Для таких гигантских рептилий зимняя спячка тоже не была приемлемым выходом из ситуации. Поэтому похолодание в конце мезозоя — наиболее вероятная причина вымирания динозавров. Это произошло около 65 млн лет назад.
Такая гипотеза не единственная — слишком долго динозавры господствовали на планете и очень быстро исчезли с ее лица. Катастрофа, называемая мел-кайнозойским вымиранием, унесла жизни не только самих динозавров, но и сильно отличавшихся от них ящеров океана, летающих рептилий, а также уничтожила массу моллюсков (аммонитов, белемнитов и других) и водорослей. Земля не досчиталась около 16% морской и около 18% сухопутной фауны.
Потери оказались велики, но до масштабов великой пермской катастрофы им было все же еще далеко. Большинство животных и растений сумело выжить, несмотря на похолодание в конце мезозоя. Продолжили свое существование и многие рептилии: змеи, черепахи, ящерицы и крокодилы. Первенство заполучили птицы и млекопитающие. Сохранились кораллы. Пережить мел-кайнозойскую катастрофу не смогли лишь те обитатели планеты, которые были слишком привязаны к теплому климату.
Случившееся вымирание было таким скоротечным, что не все ученые готовы объяснять его одними лишь изменениями климата. Так появились различные гипотезы. Среди них есть попытка объяснения оскудения биосферы, к которому привели космические катастрофы. В качестве возможных причин назывались взрыв сверхновой звезды недалеко от Солнечной системы, повышение уровня солнечной радиации и, конечно же, возможное падение на Землю гигантских метеоритов либо столкновение с астероидом.
Все эти гипотезы оспариваются теми, кто считает случившееся результатом борьбы за выживание, которая обострилась, когда условия жизни на Земле резко изменились. При этом совершенно естественно то, что более прогрессивная группа живых существ вытеснила менее приспособленных. Поэтому господствующей среди гипотез является рассмотренная выше биосферная версия, согласно которой развитие покрытосеменных растений и последовавшее за этим похолодание на планете предопределили гибель динозавров. Стоило вечному лету смениться климатом с зимними холодами, как травоядные ящеры стали массово гибнуть, оставшись без корма. Их исчезновение вызвало неизбежное вымирание хищных динозавров.
Когда планета освободилась от господства ящеров, на ней в короткие сроки появились новые разнообразнейшие формы жизни — наступала эра млекопитающих и птиц. Гибель динозавров открыла перед ними невиданные возможности, и они поспешили занять освободившиеся экологические ниши.
Иные версии вымирания динозавров
Как только устанавливается факт какого-либо масштабного вымирания биосферы в прошлом, тут же появляется соблазн объяснить древнюю катастрофу столкновением Земли с таинственным небесным телом. Ведь при подобных соударениях выделяемая энергия превышает в тысячи раз ту, которая высвободилась бы при одновременном взрыве всех ядерных бомб, накопленных человечеством на сегодняшний день. Мел-кайнозойское вымирание не было исключением, поэтому версия космического удара рассматривалась одной из первых.
Как могла бы выглядеть подобная космическая катастрофа?
…Земная кора содрогается в сильнейших землетрясениях, на сушу повсеместно обрушиваются вызванные ими цунами, над поверхностью планеты проносятся небывалые ураганы. Гигантские столбы пыли, попавшие в воздух после соударения небесных тел, превращают день в ночь на несколько лет: солнечные лучи не доходят до поверхности Земли и наступает многолетняя зима. Лишенные света растения прекращают свой рост, а зависящие от них животные начинают массово вымирать.
Картина впечатляющая. В поддержку этой гипотезы следовало бы отыскать подходящий кратер, который должен был остаться на месте удара от падения небесного тела. Подсчитав возможный вес астероида, который предположительно убил мезозойскую жизнь, сторонники данной версии остановили свое внимание на кратере около поселения Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Гигантскую впадину 65 млн лет назад (как раз во время исчезновения динозавров) был способен оставить астероид в диаметре примерно 10 км. Из астрофизики мы знаем, что такие гигантские астероиды сталкивались с нашей планетой примерно раз в 100 млн лет — юкатанская катастрофа вполне могла оказаться реальностью.
В разных частях земного шара на суше и на море был обнаружен тонкий слой глины, в котором в необычайно высоких концентрациях находятся металлы, — родственники платины (в частности, иридий). Эти элементы очень редки на нашей планете, но часто входят в состав метеоритов. В этом случае напрашивается вывод о том, что тонкий слой платиновой глины мог появиться, когда на Землю легла пыль, вызванная ударом астероида.
Версия космической катастрофы существует также в измененном варианте, согласно которому на нашу планету упал не один, а несколько гигантских метеоритов. Такая гипотеза возникла, когда было доказано постепенное вымирание динозавров (ранее предполагали, что они все вымерли одномоментно). В таком случае принято считать кратер Чиксулуб на Юкатане следом лишь одного из осколков таинственного небесного тела, столкнувшегося с нашей планетой в конце мезозоя. Следом другого осколка (нанесшего удар по Земле примерно в то же время) может быть кратер Шива, который находится на дне Индийского океана.
Гипотеза о космической катастрофе имеет уязвимые места. Например, не существует последовательной теории, которая объяснила бы, почему при соударении различные формы жизни погибли не все вместе (как произошло бы при ядерном взрыве), а избирательно. Почему динозавры вымерли, а другие животные остались? Не обнаружены и геологические доказательства столь масштабной космической катастрофы (помимо нескольких кратеров должны были остаться одномоментные изменения в земной коре и т. п.).
Другое объяснение мел-кайнозойского вымирания — усиленная активность вулканов. Действительно, есть основания считать, что этот процесс в конце мезозоя был исключительно бурным.
Как мы знаем, на протяжении истории планеты вулканы не раз выступали в противоположных ролях: они то спасали, то губили земную жизнь. Огненным горам конца мезозойской эры было вполне под силу изменить состав воздуха и даже скрыть на время земную поверхность от солнечных лучей тучами извергаемого пепла. Это вполне реальный сценарий развития вулканической зимы, которая могла опуститься на Землю около 65 млн лет назад. Данная гипотеза также подтверждается колоссальными выбросами магмы, которые происходили 65,5 млн лет назад на полуострове Индостан. Если дело обстояло именно так, то облака углекислого газа, оксидов серы и пепла могли отравить земную атмосферу и пролиться на поверхность планеты губительными кислотными дождями.
В таком случае первыми погибли бы растения, а вслед за ними травоядные и хищные животные. Однако и в этом случае главный вопрос остается без ответа: как же случилось, что столь масштабная катастрофа избирательно уничтожила динозавров, сохранив жизнь большинству других растений и животных?