Жизнь после конца света: что нашли в пятисантиметровом слое на Шпицбергене

252 миллиона лет назад жизнь на Земле столкнулась с величайшим вызовом в своей истории. Тысячи лет вулканы на территории нынешней Сибири выбрасывали в атмосферу колоссальные объёмы CO2, радикально меняя условия существования на суше и в море. Когда извержения наконец стихли, экосистемы лежали в руинах, пищевые цепи рухнули, а 90 процентов всех видов животных исчезли навсегда.

Никогда прежде — и никогда после — жизнь не была так близка к полному уничтожению. Но биологи опасаются, что нечто подобное может повториться: возможно, мы уже запустили следующее массовое вымирание, сжигая ископаемое топливо. И всё же надежда есть.

Датский палеонтолог Томас Хольм Шарлинг изучил ископаемые зубы и обнаружил, насколько поразительно хорошо морская жизнь восстановилась после катастрофы. Его работа — о том, как океан сумел подняться с колен, когда, казалось, шансов не осталось.

Пять раз жизнь оказывалась на краю гибели

За историю Земли животный мир не раз переживал глобальные кризисы: ледниковые периоды, дрейф континентов, мощнейшие извержения и удары астероидов. За последние 500 миллионов лет такие катастрофы вызывали пять настоящих массовых вымираний, когда за два миллиона лет — ничтожный срок по геологическим меркам — исчезало более 75 процентов всех видов.

Самое масштабное из них случилось 252 миллиона лет назад и стало границей между геологическими эпохами — пермью и триасом.

Тогда на Земле ещё не было ни млекопитающих, ни динозавров, но сушу и море населяли не менее сложные экосистемы с разветвлёнными пищевыми цепями, чем сегодня. На суше доминировали дицинодонты — группа растительноядных, размером от крысы до слона, а на вершине пищевой пирамиды стояли горгонопсы: устрашающие хищники с саблевидными клыками. В морях в изобилии водились акулы, костистые рыбы, кальмары, моллюски и необычные трилобиты — этакие переросшие мокрицы.

После вымирания большинство видов исчезло. По оценкам, погибло 70 процентов сухопутной жизни и 96 процентов морской.

Слой, который хранит ответ

Разницу в разнообразии животного мира до и после катастрофы сегодня можно прочитать по горным породам, в которых сохранились зубы и кости разных видов. Именно этим занялась скандинавская исследовательская группа — её целью было выяснить, как быстро морская жизнь оправилась после удара.

Одно из лучших мест на планете для сбора ископаемых той эпохи — Шпицберген. Там залегает слой возрастом 249 миллионов лет, буквально набитый останками разнообразной морской фауны, которая жила через три миллиона лет после начала триаса.

Этот пласт, получивший название Grippia-bonebed, обнаружили в 2014 году, и с тех пор из него извлекли более 30 000 ископаемых образцов.

«Очень необычно встретить такой тонкий слой с невероятным количеством ископаемых стольких групп животных. Его толщина — всего 5 сантиметров, а раскопано около 36 квадратных метров, это примерно две университетские аудитории», — рассказывает Томас Хольм Шарлинг из Датского музея естественной истории.

Учёный входил в состав скандинавской команды, опубликовавшей результаты в Norwegian Journal of Geology и престижном журнале Science.

Год за зубами

Шарлинг руководил анализом и классификацией 5000 зубов из Grippia-bonebed. Он разделил их по форме на группы, соответствующие разным функциям: одни зубы могли захватывать и удерживать добычу, другие — пронзать, третьи — разрезать или дробить жертву.

«Анализ занял год, и временами я был им уже сыт по горло. Многие образцы довольно мелкие, так что работа требует огромной концентрации. К счастью, в них столько интересного, что я сохранял мотивацию», — признаётся палеонтолог.

Большое разнообразие форм зубов показывает не только то, какие хищники обитали в море 249 миллионов лет назад, но и как быстро экосистема восстановила свою сложность. А это, в свою очередь, даёт повод задуматься о том, способна ли жизнь справиться с кризисом, который создаём мы сами. Вопрос, впрочем, остаётся открытым: сможет ли биосфера пережить антропогенное давление так же, как пережила величайшую катастрофу в своей истории.

Зубы — это не только оружие, но и дневник питания. Палеонтолог Томас Хольм Шарлинг изучил более 30 000 ископаемых зубов и костей из слоя на Шпицбергене возрастом 249 миллионов лет. Этот слой — как капсула времени, запечатлевшая момент, когда жизнь в океане после величайшего вымирания в истории Земли начала заново собирать себя по кусочкам.

Зубы рассказывают о меню

Форма зубов — это ключ к рациону. Острые, как иглы, зубы хищных рыб рода Birgeria, достигавших двух метров в длину, говорят о том, что они были быстрыми пловцами и охотились на мелкую рыбу. Эти создания стали одними из первых крупных хищников после катастрофы. У ихтиозавров, морских рептилий, зубы были разнообразнее: конические спереди для захвата и крепкие округлые сзади для перемалывания. Значит, они ели и рыбу, и кальмаров, и моллюсков. А вот зубы Omphalosaurus — округлые и стертые — явно приспособлены для раскалывания раковин аммонитов и, вероятно, мидий.

Такой анализ позволяет не просто перечислить виды, но и восстановить всю пищевую сеть: кто кого ел, кто был добычей, а кто охотником. Зубы хищников показывают, какие жертвы должны были существовать, чтобы прокормить этих гигантов.

Восстановление за три миллиона лет

Удивительно, но уже через три миллиона лет после массового вымирания на рубеже перми и триаса морская экосистема была полностью восстановлена. Это противоречит прежним оценкам палеонтологов, которые считали, что на восстановление ушло около восьми миллионов лет. Шарлинг объясняет: «Наши результаты показывают быстрый эволюционный подъем, когда многие группы животных быстро заняли и использовали экологический вакуум, оставленный массовым вымиранием».

Это не значит, что жизнь вернулась к прежнему облику. Наоборот, произошла смена состава. Трилобиты, которые процветали 270 миллионов лет, исчезли навсегда. Их место заняли новые игроки — четвероногие наземные животные, которые начали осваивать океан. И среди них — ихтиозавры. За несколько миллионов лет они превратились из сухопутных рептилий в морских ящеров, пройдя тот же путь, что и киты, которые 50 миллионов лет назад вернулись в воду.

«У ихтиозавров всё шло очень быстро, — говорит Шарлинг. — По зубам и костям мы видим, что вскоре после вымирания в море плавали ихтиозавры от 5 до 10 метров, каждый со своей пищевой стратегией». Это стало началом триумфа, который продлился 160 миллионов лет. Некоторые виды ихтиозавров вырастали до 22 метров. Они пережили даже следующее массовое вымирание 201 миллион лет назад.

Атака с трёх сторон

То вымирание, на рубеже триаса и юры, было вызвано расколом суперконтинента Пангея. Вулканическая активность достигла апогея, и океан столкнулся с «смертельным трио»: повышение температуры из-за CO2, кислородное голодание (тёплая вода удерживает меньше кислорода) и закисление воды. Те же факторы, что и в конце перми, но жизнь уже знала, как восстанавливаться — хотя и не всегда так быстро.

Интересно, что этот сценарий — тройной удар по океану — сейчас повторяется из-за деятельности человека. Мы уже писали о том, как древний океан при 42 °C был почти безжизненным, и как похолодание запустило взрыв разнообразия (древний океан кипел при 42 °C, а потом остыл — и жизнь взорвалась). Теперь исследование Шарлинга показывает, что даже после самых страшных катастроф жизнь находит способ вернуться — но не всегда в прежнем виде.

Тройная угроза — не только дело далёкого прошлого. Морские биологи предупреждают: тот же смертельный набор факторов снова угрожает жизни океана. Правда, на этот раз виноваты не геологические силы, а наш собственный выброс CO₂.

Океаны уже сейчас нагреваются, и многие виды бегут в более прохладные воды. Одновременно с этим вода закисляется — и это мешает ракообразным строить известковые скелеты, что бьёт по всей пищевой цепочке.

Парниковый газ делает море кислым. Огромные объёмы CO₂, которые мы выбрасываем в атмосферу, не просто нагревают океан — они меняют его химический состав. Когда углекислый газ растворяется в воде, образуется угольная кислота, которая быстро распадается на бикарбонат и свободные ионы водорода. Именно эти ионы и закисляют воду.

Как кислота разрушает пищевую цепочку

Всё начинается с крошечных существ. Зоопланктон — важнейшее звено в основании морской пищевой цепи. Эти мелкие животные строят свои известковые раковины, соединяя ионы кальция с карбонат-ионами в карбонат кальция.

Но ионы водорода, появившиеся из-за закисления, крадут карбонат-ионы, необходимые зоопланктону, и образуют ещё больше бикарбоната. Без карбонат-ионов зоопланктон исчезает — а вместе с ним пропадает источник пищи для всех: от мелкой рыбы до китов.

Современные проблемы морской жизни настолько серьёзны для биоразнообразия, что многие биологи опасаются: мы движемся к шестому массовому вымиранию. Если не удастся переломить ситуацию с помощью энергетического перехода, жизнь в океане может быть снова уничтожена — и новую экосистему придётся строить с нуля.

Ископаемые остатки со Шпицбергена показывают: восстановление может произойти быстрее, чем мы думали. Это даёт некоторую надежду на будущее жизни на Земле. Но те же окаменелости предупреждают, насколько драматичными и разрушительными могут быть перемены.

Как говорит Шарлинг: «Геология — это книга истории Земли. Анализ окаменелостей даёт важное представление о том, от чего Земля может оправиться, но также показывает, что происходит, когда мы слишком сильно давим на системы».