Ученые не знают, как выглядела древняя жизнь

Ученые не знают, как в точности выглядела древняя жизнь, хотя пытаются реконструировать ее. Постоянно происходят новые открытия, проливающие свет на то, чего они не знают о первых формах жизни Земли — и это иногда заставляет их переписывать учебники.

Жизнь и Земля развивались вместе

Большинство из нас думают, что когда Земля сформировалась, тут же в морях появилась жизнь. Отчасти это правда, но никто не знает точно, как появилась первая жизнь. А появившись, жизнь незамедлительно начала влиять на поверхность планеты. Без растений, которые крошат скалы в осадок, к примеру, не было бы достаточно материалов, чтобы сформировались тектонические плиты, а значит, и континенты. Без растений Земля могла бы стать просто водным миром.

Верьте или нет, более сложная жизнь может даже изменить структуру глобальных ледниковых периодов, сделав их менее серьезными, с помощью «регулирующей обратной связи». Прерывистая картина замораживания и оттаивания уходит на миллиарды лет в прошлое, когда у Земли не было сложной сети жизни, существующей ныне. Тогда ледники вытягивались от полюсов к экватору, нарушая весь планетарный устой.

С тех пор, поскольку все больше и больше жизни наполняло поверхность и моря, на ледниковой Земле сформировались огромные ледники на обоих полюсах, на несколько пальцев вытянувшиеся в плане широт, которые никогда не достигают экватора.

542 миллиона лет назад на Земле произошло что-то загадочное

Эксперты называют внезапный рост разнообразия и богатства ископаемой летописи Земли, который начался 542 миллиона лет назад, «кембрийским взрывом». Он озадачил Чарльза Дарвина. Почему все предки современных животных появились буквально в одночасье, в геологическом смысле?

Одно из экспертных мнений полагает, что до кембрийского периода была жизнь, но у нее не было каких-либо жестких частей. Ученые проанализировали мягкотелые докембрийские ископаемые, некоторые из которых вообще никак не связаны ни с одной из форм современной жизни сегодня, а также юные кембрийские мягкотелые ископаемые из Канады. Выяснилось, что минимум за 50 миллионов лет до кембрийского «взрыва» была развита многоклеточная жизнь. Ученые не понимают, откуда взялись жесткие части, возможно, генетическая мутация вызвала каскадный эффект, который привел к внезапному развитию панцирей и скелетов. Впрочем, с такой теорией согласны не все. Пока нет точного ответа на вопрос, что же произошло с жизнью на Земле 542 миллиона лет назад.

Первые наземные растения могли вызвать массовое вымирание


Во время девонского периода, который был спустя 150 миллионов лет после кембрия, хорошо было родиться рыбой на вершине пищевой цепочки. Помимо нескольких заблудших растений и животных, исследующих землю, всё живое обитало в море. Через десятки миллионов лет все вышли из моря на сушу, где появились высокие леса из папоротников, мхов и грибов.

И тут морские создания начали умирать. По крайней мере 70% всех беспозвоночных в море постепенно исчезло. Девонское вымирание стало одним из десяти крупнейших массовых вымираний в истории Земли.

Многие эксперты считают, что виной всему были наземные растения. Они говорят, что первые леса создали почву, которая разбила скалы на минералы, которые в конечном итоге утекли в океан, вызвав цветение водорослей. Эти водоросли потребляли весь кислород, а морские существа задыхались. Хуже того, водоросли затем поедались другими организмами и становились сульфидом водорода. Он превратил морские воды в кислоту. Растения тоже не смогли убежать. Они высосали из воздуха достаточно углекислого газа, чтобы вызвать ледниковый период, который уничтожил многих из них тоже.

К счастью, осталось несколько видов, которые пережили даже эти адские условия в море или на суше.

Древняя жизнь умела приспосабливаться

Полного исчезновения видов не было никогда, даже когда в планету попал массивный астероид. К примеру, еще в молодости Земли кислород, производимый новомодными цианобактериями, был ядовит для многих ранних форм жизни. Хотя многие ненавистники кислорода погибли, другие приспособились и стали сложнее. Вымирание происходило время от времени, но Ян Малкольм из «Парка Юрского периода» был прав, когда сказал, что жизнь всегда найдет способ продолжить движение.

Согласно данным окаменелостей, выживание и вымирание больше влияли на демографию. Если по всему миру была разбросана большая группа видов, был шанс, что хотя бы одна-две особи переживут вымирание. Среди других условий — условия среды и генетические факторы, которые делают виды уязвимыми или позволяют адаптироваться.

Мечехвосты оказались лучшими — они пережили четыре крупных массовых вымираний и бесчисленное число мелких.

Поиск марсианских окаменелостей меняет наше понимание Земли

Что такое ископаемое? На первый взгляд, это все, что выкопали из земли, но такой подход может быть ошибочным, когда мы пытаемся понять древнюю жизнь.

Ископаемые сложно определить. Иногда трудно сказать, является ли пузырь на докембрийском камешке ископаемой бактерией или просто породой. Что такое жизнь и как определить ее ископаемые останки? Самое интересное, что в этом вопросе нам может помочь исследование космоса.

На текущий момент внимание приковано к Марсу, поскольку кроме Земли эта планета предлагает самый дружелюбный планетарный климат для жизни. Когда-то там даже текли реки и были озера. Если жизнь существовала в этих древних водах, могли остаться окаменелости. Это рождает очевидный вопрос. Если мы пытаемся понять, какой была жизнь на Земле 542 миллиона лет назад, как мы определим марсианские останки возрастом 4 миллиарда лет?

Астробиологи работают над этим, не брезгуя помощью палеонтологов. Понимание того, какими могут быть древние окаменелости на Марсе, позволяет ученым отточить отношение к тому, что не является ископаемыми останками на Земле.

Места окаменелостей

Большая часть окаменелостей, которые мы видели, вероятно, образовалась в воде. Вода хороша для создания окаменелостей. Земля не очень. На мелководье недалеко от пляжа, например, множество осадков от рек и ручьев быстро погребает моллюсков и другие морские существа, сохраняя их.

Тропический лесной дождь может быть таким же обильным и насыщенным, как мелкий морской шельф, но он не сможет образовать множество окаменелостей. Растения и животные, которые в нем умрут, будут быстро разлагаться из-за влажности. Кроме того, хищники быстро унесут трупы, а оставшееся разрушат ветер и дождь.

Стоячая вода в низинах вроде болот и лагун тоже подходит, потому что не содержит много кислорода, и в ней живут не многие организмы разложения. Кроме того, есть также смещение окаменелостей в сторону тел с твердыми частями, а также групп животных и растений, которые большие, живут долго и рассредоточены в широкой географической области. Время тоже влияет. Геологические процессы вроде строения гор и субдукции плит, как правило, стирают окаменелости, поэтому так сложно найти старейшие из них.

Окаменелости редко напоминают живое существо

Физические процессы после того, как растение или животное умрет, сложные и грязные. Есть отдельная область науки, которая изучает эти процессы. И хотя она, безусловно, во многом помогает, она не дает идеальную карту оригинального живого существа. Некоторые цельные ископаемые вроде насекомых и плотоядных растений, попавших в янтарь, скорее исключение, но все они относительно молоды. По большей части сохраняется лишь небольшая часть организма. И насколько мы знаем, окаменение происходит лишь в твердых и жестких частях растения или животного, поэтому эксперты должны реконструировать животных по паре зубов и, если повезет, по нескольким косточкам.

Палеохудожники используют ископаемые данные, чтобы реконструировать древних живых существ, но они заполняют пробелы деталями, взятыми у современных потомков растения или животного. Зачастую новые открытия подтверждают реконструкции. Иногда — чаще в случае с пернатыми динозаврами — первые реконструкции оказываются неточными.

Не все окаменелости окаменели

Ученые любят цепляться к словам. Палеонтолог, описывающий дерево возрастом в 200 миллионов лет, которое превратилось в камень, скорее может назвать его «минерализовавшимся» или «заменившимся», чем окаменевшим.

Минерализация происходит, потому что в дереве есть пустые полости. Предположим, дерево падает в озеро, которое содержит множество растворенных минералов из ближайшего вулкана, который выпустил свои пепельные штучки в воду. Эти минералы, особенно силикаты, попадают в дерево, заполняют поры и другие полости, поэтому части дерева становятся заключенными в камне и сохраняются.

Дерево также может заменяться. Это более длительный процесс. Предположим, наше дерево не попало в озеро при падении, а ушло в почву. Грунтовые воды начали просачиваться и через определенное геологическое время минералы заменили все дерево, все древесные части, молекула за молекулой. Все «окаменевшие» деревья хороши, но палеонтологи извлекают больше информации из дерева, которое подверглось молекулярной замене, а не из минерализовавшегося дерева.

Разные виды развивали похожие функции независимо

Оказывается, саблезубый «тигр» был не единственной древней тварью с длинными зубами. Саблезубые являются примером конвергентной эволюции, когда неродственные виды самостоятельно развивают одну и ту же полезную функцию. Саблезубы были полезны для всех видов хищников, которые должны были охотиться на животных, превосходящих их по размеру.

Есть много других примеров конвергентной эволюции. Современные жирафы, например, не связаны с динозаврами, но обладают такими же длинными шеями, как и брахиозавры и другие ящеры. Давно вымершее млекопитающее Castorocauda выглядело и вело себя подобно современному бобру, хотя оба этих вида не связаны между собой.

Один из самых странных случаев конвергентной эволюции включает нас. У коал есть отпечатки пальцев, которые выглядят так же, как наши, хотя они сумчатые (у них есть мешки на пузе), а мы плацентарные (наш нерожденный молодняк кормится через плаценту). Ученые считают, что коалы могли выработать крошечные завитки на своих пальцах, чтобы им было проще лазать по деревьям, как это делали мы и наши ближайшие родственники среди обезьян в прошлом.

Древние животные живут и процветают сегодня

Очень часто бывает, что какой-то странный вид животных или растений, о котором все уже думали как об исчезнувшем, оказывается живым и здоровым. Мы думаем о них как о реликтах, не подозревая, что на Земле пребывает еще много древних организмов, которые практически не претерпели изменений.

Как мы уже отмечали, мечехвосты пережили множество массовых вымираний. Но они не одни такие. Те самые цианобактерии, которые однажды убили много жизни на Земле, наделав кислорода миллиарды лет назад, тоже живы и здоровы. Насекомые тоже отлично показывают себя как древняя жизнь. К примеру, жуки-стафилиниды восходят к триасовому периоду (более 200 миллионов лет назад). Сегодня в эту семью жуков, возможно, входит больше всего живых организмов в мире. А их предки, наверное, были знакомы с триасовыми водными клопами, вроде тех, что иногда появляются в прудах и пугают людей.

Самое удивительное, что некоторые виды производящих серу анаэробных бактерий, которые были одними из первых живых организмов на Земле, сегодня живут с нами. Более того, это одни из тех микробов, которые населяют наш пищеварительный тракт. К счастью для нас, атмосфера Земли существенно улучшалась многие годы. Или большую их часть, хотя бы так.