Вымирание динозавров

Вступление

В истории Земли особое место занимают глобальные вымирания. Сегодня палеонтологи выделяют пять подобных событий максимального масштаба. Последнее глобальное вымирание позволило млекопитающим занять множество экологических ниш и развиться до стадии прямоходящего разумного наблюдателя. Среди ученых оно известно как мел-палеогеновое вымирание, а в массовой культуре – как вымирание динозавров.

В кратком описании оно выглядит следующим образом. Около 66 млн лет назад «мгновенно» с точки зрения геологии погибают 16% семейств морских животных и 18% сухопутных. На первый взгляд не страшно, но при ближайшем рассмотрении это дает разрушение практически всех существовавших экосистем. На суше не осталось ни одного вида из среднего и крупного размерного класса. В морях – разве что некоторые акулы. Уничтожен планктон, коралловые рифы, леса сменились папоротниковыми пустошами. В общей сложности с лица земли исчезло три четверти всех видов. Через короткий промежуток времени экосистемы восстанавливаются, но уже без главной доминанты мезозоя – без динозавров.

Споры о причинах мел-палеогенового вымирания ведутся не один десяток лет. Наиболее популярная и наиболее критикуемая версия – это падение астероида, вызвавшее грандиозную катастрофу. Популярность версии объясняется ее кажущейся простотой. Действительно: огромная глыба камня врезается в Землю, вспышка, ударная волна, сметающая бедного тирекса… Яркий образ, который легко воспринимается любым человеком. И эта же упрощенная картинка порождает волну критики, поскольку при ближайшем рассмотрении мало что объясняет.

Как итог, мы имеем сложный клубок научных противоречий, связанных с вымиранием динозавров. Чтобы понять, куда тянутся его корни, необходимо обратиться к истории палеонтологии.

Вымирание как образ жизни

Палеонтология началась в конце XVIII века именно с революционной по тем временам идеи: виды способны вымирать сами по себе. Более того, вымирание видов с самого начала воспринималось как катастрофический процесс. Именно так представлял геологическую историю отец палеонтологии Жорж Кювье: череда последовательных актов божественного Творения и уничтожения всего живого, последним из которых был библейский Потоп.

Взгляды барона на геологические процессы устарели еще при его жизни. На дворе стоял просвещенный XIX век, и каждое открытие древних форм жизни становилось сенсацией. В 1851 году на Всемирной выставке в Лондоне были представлены полноразмерные статуи игуанодонов. А в 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов». Теория эволюции связала разрозненные ископаемые останки в единое Древо жизни и помогла палеонтологам смоделировать картину непрерывного развития биосферы нашей планеты.

Проблема вымирания обрела два объяснительных полюса. На одном – катастрофические события, уничтожающие виды мгновенно. На другом – неторопливое исчезновение под гнетом более прогрессивных соседей. Перевес оказался у сторонников медленного выбывания из эволюционной игры, и говорить о вымирании динозавров как о внезапном событии в таком контексте стало просто моветоном.

При этом версий было более чем достаточно. Холоднокровные ящеры замерзали во время глобального похолодания. Цветковые растения травили динозавров алкалоидами, а вулканы – ядовитыми газами. Уровень моря то повышался, то понижался, уничтожая привычные ландшафты. Млекопитающие съедали яйца, а когда скорлупа становилась толстой для их маленьких зубов, динозаврики не могли выбраться наружу. А если выбирались, то не могли размножаться, ведь из-за глобального потепления они все были одного пола. И все это проходило под взрывы сверхновых, освещалось вспышками на Солнце и омывалось потоками ионизирующего излучения из бездны космоса. Можно сказать, что количество гибельных вариантов примерно совпадало с количеством специалистов по динозаврам.

В 1973 году была сформулирована гипотеза Черной королевы. Смысл ее в следующем: чтобы сохранять стабильное существование, виды вынуждены эволюционировать, подстраиваясь под изменения окружающей среды. Если этого не происходит, вид вымирает. Фоновая скорость вымирания видов составляет примерно 5-6% от общего числа на текущий момент. Что это значит для динозавров? Скорость их вымирания не менялась, упала скорость видообразования, и к концу мелового периода динозавры просто исчезли. Этот процесс только выглядит внезапным из-за неполноты геологической летописи. Богатые останками динозавров формации вроде Хелл-Крик могут быть реликтами на фоне всеобщего упадка. В то время как виды динозавров, жившие в палеогене, из-за своей редкости просто не сохранились в виде окаменелостей.

Иридиевый след

Первый звоночек прозвенел в 1977 году. Молодой палеонтолог Луис Альварес изучал эталонные отложения рубежа мезозоя-кайнозоя в Италии, и обнаружил в них совсем неэталонное содержание иридия. Иридий – металл редкий и на поверхности Земли его найти не просто. Здесь же превышение нормы было в сотни раз. Сопоставимая концентрация иридия известна только в метеоритах, о чем Альварес сообщил на конференции в Копенгагене в 1979 году.

Предположение о масштабной метеоритной бомбардировке было единодушно отвергнуто научным сообществом. Еще бы: до 60-х годов вообще никто не подозревал, что некоторые кольцевые формы рельефа могут быть ударными кратерами. В 1970 году было известно 50 кратеров и об их происхождении велись споры.

И тут – звоночек номер два. В 1978 году нефтедобывающая компания PEMEX обнаруживает на Юкатане, неподалеку от города Чиксулуб, геологическую аномалию. Под слоем осадочных пород скрывается огромная кольцеобразная структура диаметром 150 км, захватывающая часть полуострова и уходящая в море. Время образования – рубеж мела и палеогена.

В 1981 году в штате Юта прошла конференция, на которой были объединены разобщенные данные по мел-палеогеновой границе. Иридиевый след был найден уже в десятках проб от Дании до Новой Зеландии. Подтвердилась гибель планктона, резкое сокращение числа видов крупных позвоночных. Впервые со времен Кювье перед палеонтологами предстала картина грандиозной катастрофы. Гипотеза Луиса Альвареса о столкновении с астероидом получила весомые подтверждения, и в качестве следа от удара космического тела был предложен кратер Чиксулуб.

Лагерь палеонтологов разделился, и бои между противоборствующими группами кипели нешуточные. А заодно с максимальной дотошностью изучалась тонкая линия между геологическими отложениями рубежа мезозоя и кайнозоя. Результаты этих исследований мы рассмотрим далее.

Факторы риска

На маастрихтский век (72 – 66 м.л.н.) приходится самая сильная регрессия моря за весь мезозой. Причиной регрессии стали процессы горообразования на западе Америки и в Евразии, продолжавшиеся до конца палеоцена. Уровень моря опустился на 180 м, что привело к сокращению зоны материкового шельфа, а именно здесь сосредоточено 80-90% биомассы всего Мирового океана. Морские экосистемы оказались в уязвимом положении, что сыграло свою роль в дальнейших событиях.

Климат конца мелового периода и начала палеоцена остается тропическим с определенными тенденциями к похолоданию. Средняя глобальная температура 24-25 °C, это на 10 °C выше современных показателей. Только в полярных районах обоих полушарий можно увидеть настоящую снежную зиму. Сильные кратковременные колебания климата приходятся на границу между периодами. В течение пары миллионов лет наблюдаются скачкообразные повышения и понижения температуры на 7-8°C, что представляет опасность, прежде всего, для фитопланктона.

Перемены климата могли быть связаны с усилением вулканической активности в районе Индийского субконтинента. За 500 тыс. лет до рокового рубежа мела и палеогена его западная часть превращается в зону магматизма, известную как Деканские траппы. Трапповые извержения не привязаны к конкретным вулканам. Лавовые потоки поднимаются по разломам в земной коре и разливаются по большой площади, выравнивая ландшафт. Деканские траппы извергались циклично на протяжении 800 тыс. лет. Лавовыми потоками была охвачена площадь в 1,5 млн км2. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, пепла и аэрозолей, что могло создать эффект продолжительной вулканической зимы, сопровождающейся кислотными дождями. Такой сценарий хорошо соотносится с похолоданием, начавшимся 66,4 м.л.н. и дальнейшим выравниванием климата после прекращения активности траппов.

Около 66 м.л.н. происходит столкновение с астероидом диаметром 10-15 км. Миллиарды тонн горной породы в одно мгновение испарились и были выброшены в атмосферу в виде пепла и сажи. На побережье материков обрушилось цунами высотой до 100 м. Горячая ударная волна обогнула земной шар несколько раз, вызвав многочисленные пожары. Сейсмическая волна от столкновения привела к усилению извержений Деканских траппов более чем в десять раз, и это тоже сказалось на ситуации. Землю накрыло пылевое облако, и планета на несколько лет погрузилась во тьму. Местом падения было дно Мексиканского залива, содержащее колоссальные залежи гипса. Испарившись, он превратился в сернистые аэрозоли и вызвал кислотные дожди, мгновенно повысившие кислотность океанических вод. Глобальные годовые температуры упали на 20 °C и не поднимались выше +4 °C в течение пары десятилетий.

Катастрофа на море

В основе морских экосистем, как и сегодня, находился фитопланктон. Его доля в биомассе невелика, зато он обладает огромной продуктивностью, обеспечивая пищей остальные трофические уровни. Фитопланктоном питается зоопланктон – фораминиферы, медузы, личинки моллюсков, иглокожих и ракообразных, криль и мальки рыб. Следом идут мелкие хищники, которыми на протяжении мезозоя были аммониты и белемниты. После сеномано-туронского события роль головоногих стала падать, снизилось число семейств аммонитов, белемниты почти исчезли, уступив место кальмарам и рыбам. Головоногими питались крупные костные и хрящевые рыбы, и завершали пищевую пирамиду морские рептилии. Ихтиозавры к тому времени уже вымерли, от плезиозавров остались редкие и исчезающие виды. В морях правили мозазавры, достигшие расцвета в конце маастрихта.

Катастрофа началась с гибели микропланктона. Плавное снижение его численности перешло 66 м.л.н. в практически полное исчезновение. Число видов водорослей сократилось наполовину, фораминифер – на 97%. Вместе с одноклеточными водорослями погибло 98% коралловых рифов. Эффект от гибели планктона был усилен сокращением численности организмов, обладающих структурами на основе карбоната кальция: моллюсков и иглокожих. Уровень продуктивности экосистем упал практически до нуля, и это обрушило всю пищевую цепочку. В качестве основного фактора рассматриваются темнота, холод и кислотные дожди в первые годы после падения астероида. Вслед за планктоном вымерли аммониты и белемниты, сильно сократилось число прочих головоногих. Из хрящевых рыб погибло до четверти родов, зато костистые рыбы почти не пострадали. Мозазавры, плезиозавры и морские птицы вымерли полностью. Большая часть морских черепах и половина крокодиломорфов пережили кризис.

Катастрофа на суше

Верхнемеловые наземные экосистемы представляли собой сложные сообщества с высокой специализацией входивших в них видов. Главным событием стало распространение цветковых растений, которые создавали новые типы ландшафтов и экологических ниш. Леса приобретают смешанный состав: под пологом араукарий и кипарисов произрастают пальмы, магнолии и южный бук. Злаки благодаря своей развитой корневой системе формируют участки дерна, задерживающие гумус и увеличивающие плодородность почвы. Между цветковыми растениями и насекомыми устанавливаются сложные отношения. Разнообразие пищи способствует специализации многочисленных птиц. И если день принадлежит рептилиям и их потомкам, то ночь – это время млекопитающих. Многочисленные, проворные, вечно голодные хищники размером от землеройки до барсука, они представляют нешуточную угрозу для большинства соседей. А высоко в небе парят последние из птерозавров – гиганты-аждархиды.

Динозавры представляют средний и верхний уровень в цепи питания. Эти животные занимают широкий диапазон экологических ниш и приспособлены к самым разнообразным условиям. Самые прогрессивные из них похожи на птиц: быстрые теплокровные хищники, покрытые перьями и способные выжить даже в полярных районах. Среди мелких видов много всеядных, крупные, как правило, специализируются на одном пищевом ресурсе. Особенно важна специализация для травоядных динозавров – это позволяет разным видам обитать на одной территории, не создавая конкуренции. К концу мелового периода усложняется поведение динозавров. Все больше видов начинают проявлять заботу о потомстве. Не исключено, что это – эволюционный ответ на распространение млекопитающих, способных поедать яйца и детенышей динозавров. Численность динозавров на конец мелового периода оценивается в 600-1000 видов, при этом свидетельств снижения разнообразия не наблюдается.

Как и в море, катастрофа ударила в первую очередь по растительному покрову. Деградация растительных сообществ наблюдается повсеместно, резко уменьшается количество пыльцы в пограничных отложениях. В некоторых местах густые леса сменяются папоротниковыми полями. Масштабы потерь соответствует сценарию астероидной зимы и массовым пожарам. По расчетам, от одного до трех лет на Земле было также темно, как лунной ночью, что нанесло колоссальный урон фотосинтезирующим организмам. Гибель растительности привела к почти полному сокращению кормовой базы травоядных животных. Косвенно об этом же говорит то, что ни один из растительноядных видов птиц или млекопитающих не пережил катастрофу. Но более всего досталось динозаврам.

Первыми вымерли травоядные динозавры, приспособленные к питанию определенными типами растительности. Несколько позже за ними последовали крупные и средние хищники. Хороший шанс пережить катастрофу был у мелких оперенных тероподов. Но, по всей видимости, млекопитающие и птицы им этого шанса не оставили. Самим млекопитающим также пришлось не сладко: по некоторым данным, вымерло до 93% видов. Схожая ситуация была и у птиц, выживших благодаря всеядности.

Дивный новый мир

На восстановление биосферы и преодоление негативных последствий вымирания ушло около миллиона лет. Как только атмосфера очистилась от большей части пепла и аэрозолей, фитопланктон и наземная растительность начали наращивать биомассу. Большую роль в выживании видов сыграли пресноводные экосистемы, зависящие в значительной степени от вымываемой из почвы органики, а не от фотосинтеза. По всей видимости, реки и озера на какое-то время превратились в оазисы жизни, что объясняет хорошую выживаемость крокодилов, амфибий и костистых рыб.

Три группы позвоночных животных выиграли в результате катастрофы.
- Костистые рыбы начали активно осваивать пустынные просторы Мирового океана. Сегодня они составляют 90% всех видов рыб и образуют необычайно большое разнообразие форм.
- Млекопитающие быстро восстановили численность. Уже через 300 тыс. лет после катастрофы число их видов превысило уровень верхнего мела. Рост разнообразия палеоценовых млекопитающих носит взрывной характер, увеличивается размер, появляются крупные травоядные и специализированные хищники. В палеоцене появляются окаменелости первых приматов.
- Третья группа, выигравшая от вымирания динозавров, это… сами динозавры. А точнее, птицы. Как и млекопитающие, они пережили период бурной эволюции в начале палеогена, результатом которой стало образование большинства современных отрядов. Сегодня известно более 10 тысяч видов птиц, что делает их самой многочисленной группой среди тетрапод.

Что касается нептичьих динозавров: с 2000 года известны отдельные находки из Китая, Индии и Северной Америки возрастом в 64,5 млн лет. Их датировки не бесспорны и являются предметом научных дискуссий. Наиболее достоверный образец – бедренная кость гадрозавра из штата Нью-Мексико. Не исключено, что редкие изолированные популяции динозавров сохранялись какое-то время в палеогене.

Подведем итоги. Мел-палеогеновое вымирание стало результатом совокупного воздействия нескольких факторов. Но главной причиной является, пожалуй, не внешняя катастрофа, а уязвимость сложных экосистем с высокой специализацией входящих в них видов. Это заставляет задуматься об уязвимости современной биосферы перед лицом абсолютно нового фактора – человеческой деятельности.


Баннер

Небольшая аннотация к баннеру