Скучный миллиард и тектоника: почему жизнь на планете стала такой сложной

Задолго до того, как на планете появились тиранозавр рекс и другие крупные многоклеточные, жизнь зашла в тупик. После изобретения одноклеточных организмов и освоения ими биохимических трюков, таких как создающее энергию чудо ферментации, эволюция не дала ничего, кроме простых сообществ микробов. Это похоже на то, как если бы вы посетили все автосалоны мира и нашли там только седаны Kia, но разных цветов. Ученые называют этот застойный период «скучным миллиардом».

Но внезапно все изменилось. Длительная дремота уступила место кембрийскому взрыву, самому быстрому и творческому периоду эволюции в истории планеты. В мгновение ока (по меркам истории) была разработана вся базовая биология, необходимая для поддержания сложных организмов. От нее пошли пути к развитию современной жизни: от червячка до человека. В океанах охотились гигантские акулы, по небу летали птеродактили, а на суше велоцирапторы наводили ужас на наших млекопитающих предков, похожих на мышей.

Что послужило толчком к такому мгновенному, эпичному повороту в эволюции, вот уже несколько десятилетий остается одной из величайших нерешенных загадок эволюционной теории. В попытках разгадать ее некоторые исследователи недавно обратились не к Кембрийскому взрыву, а к скучному миллиарду, и, возможно, они наконец-то приблизились к ответу. По их мнению, истоки кембрийского взрыва могут лежать не в самой жизни, а глубоко в недрах Земли. Если они правы и эволюция организмов действительно переплетается с эволюцией планеты, то гипотеза будет иметь глубокие последствия для поисков жизни за пределами Земли.

Земная кора, тонкий верхний слой, на котором обитает все живое, разбита на 15 или около того крупных и мелких плит, толщина которых в некоторых местах превышает 160 километров. Под ней, простираясь на тысячи километров к центру планеты, лежит мантия — толстый слой каменистого вещества, которое настолько горячее, что скорее липкое, чем твердое. Мантия постепенно остывает с момента образования планеты, но при этом постоянно находится в состоянии вялого кипения. Тепло от ядра планеты посылает жаркую субстанцию из глубин вверх к коре и затем она возвращается вниз. Круговое движение в верхней части мантии тянет за собой тектонические плиты Земли со скоростью несколько сантиметров в год, с такой же скоростью растут наши ногти. Это и есть дрейф континентов, который порождает случайные землетрясения и иногда создает вулканы. В некоторых местах плиты раздвигаются, образуя новую кору. Более важными для истории жизни являются зоны, где плиты врезаются друг в друга, образуя горные хребты.

Тектоника плит — фундаментальная особенность Земли. Насколько известно астрономам, на других планетах может быть раздробленная кора, но только наша планета имеет постоянно смещающиеся плиты. Но что, если дрейф континентов стал совсем ленивым? Именно это, по мнению некоторых ученых, могло произойти во время скучного миллиарда. Возможно, по мере остывания Земли поток тепла из ее ядра нарушился, а возможно, химические изменения в самой мантии изменили ее реакцию на это тепло. В любом из этих случаев конвейерная лента, несущая плиты по поверхности Земли, могла остановиться на сотни миллионов лет и более.

Скучный миллиард пришелся на время существования суперконтинента Родиния — огромного массива суши, занимавшего значительную часть земной поверхности. Земная суша и раньше объединялась в суперконтиненты, но свидетельства древнейших отложений минералов говорят о том, что Родиния могла образоваться как раз в тот момент, когда дрейф континентов фактически прекратился (или, по крайней мере, значительно замедлился). Без крупных тектонических сдвигов, Родиния обеспечила ранним микробам геологическую стабильность на планете, которая сохранялась сотни миллионов лет. Без возвышающихся горных хребтов, рожденных в результате апокалиптических столкновений континентальных плит, суперконтинент был бы именно тем местом, которое могло усыпить эволюцию.

Около 900 миллионов лет назад, похоже, перезапустился двигатель планетарного масштаба внутри Земли. Данные, полученные в результате изучения минералов, которые отслеживают создание и разрушение материала земной коры, указывают на то, что тектоника плит могла не только начаться снова, но и войти в активную фазу, не похожую ни на что, что Земля видела раньше. Новый континентальный конвейер раздвинул Родинию и столкнул друг с другом вновь разделенные материки. На Земле появились первые горные цепи, пронзающие небо и охватывающие весь континент.

Столь быстрый и разрушительный распад Родинии привел к появлению на планете новых условий, которые заставили жизнь быстро и кардинально адаптироваться. Возможно, именно поэтому первые многоклеточные организмы (некоторые из них были похожими на ветви существами, состоящими из взаимосвязанных трубок), находят в окаменелостях, датируемых 100 миллионами лет после разрушения Родинии. Этот резкий рост эволюционного творчества сопровождался столь же резким ростом изобилия жизни. Геохимические данные, отслеживающие круговорот углерода, свидетельствуют о том, что после распада Родинии примерно 700 миллионов лет назад биологическая продуктивность Земли резко возросла: за 100 миллионов лет почти в 100 раз. Когда дожди омывали новые горы, не уступавшие Гималаям, горные породы выветривались до элементарных составляющих, которые затем стекали вниз по течению, наполняя моря питательными веществами, способствовавшими бурному развитию жизни. Каждое новое поколение давало шанс на инновационную мутацию, которая в итоге могла привести к появлению глаз, крыльев или сложной нервной системы.

Для подтверждения этой теории еще предстоит проделать большую работу. Например, прежде чем ученые смогут с уверенностью сказать, остановилась ли тектоника плит, замедлилась до миллиарда лет или просто стала более активной после этого, нужны более совершенные способы восстановления временной шкалы на основе геохимических данных. Им нужно не только определить, какая плита, где и когда находилась, но и связать эти данные с более детальным пониманием, что происходило в мантии и остальных глубоких недрах планеты. И даже если исследователям удастся доказать, что Кембрийский взрыв произошел как раз (с геологической точки зрения) после того, как тектоника плит начала работать с новой силой, нельзя исключать и простое совпадение.

Однако из новых исследований становится ясно, что эволюцию жизни и развитие Земли следует рассматривать как единый неразрывный процесс. Связь между скучным миллиардом и тектоникой плит — это лишь один из предварительных выводов. Ученые, например, уверены, что около 2,5 миллиарда лет назад в результате эволюции нового вида фотосинтеза атмосфера и океаны Земли наполнились кислородом. Это «великое событие оксигенации» коренным образом изменило дальнейшую эволюцию Земли, поскольку атмосферный кислород привел к появлению озонового слоя, защищающего от солнечного излучения. Это привело к колонизации континентов жизнью, и в результате появились существа с большим мозгом, такие как мы.

Эти уроки «совместной эволюции» жизни и планет имеют большое значение для понимания человеком Земли сейчас, когда мы стали причиной изменений планеты в новых и опасных направлениях. И они будут иметь еще большее значение, когда астрономы продолжат поиски жизни на других планетах во Вселенной. Понимание того, как жизнь изменяет форму своих планет, и наоборот, поможет астрономам определить, какие планеты следует искать. Но чтобы найти их, мы должны принять уроки скучного миллиарда. Планеты — это не просто сцена, на которой разыгрывается драма эволюции жизни. Они тоже являются главными героями.

Сообщение Скучный миллиард и тектоника: почему жизнь на планете стала такой сложной появились сначала на Идеономика – Умные о главном.