Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Крупнейшим событием в развитии науки о древнейшей жизни явился Всесоюзный симпозиум по палеонтологии докембрия и раннего кембрия, проходивший в Новосибирске осенью 1965 г. После этого симпозиума словосочетание «палеонтология докембрия» перестало шокировать даже самых отчаянных скептиков. Публикации по новой отрасли знаний пошли широким потоком. «С удивительной быстротой мы стали проникать в глубины времени и теперь твердо знаем, что менее чем шестистам миллионам лет фанерозойской палеонтологической истории предшествовали по крайней мере еще три миллиарда лет жизни», — сказал академик Б. С. Соколов.
В настоящее время данные о древнейшей жизни основываются главным образом на изучении следующих объектов: а) так называемых акритарх — микроископаемых неустановленной природы, скорее всего относящихся к фитопланктону; б) строматолитов — слоистых карбонатных образований, возникших в результате жизнедеятельности цианобактерий и бактерий; в) минерализованных остатков прокариот, «запечатанных» в кремнях. Помимо этого, производятся изотопные исследования докембрийских пород, поскольку известно, что у углерода и серы соотношение изотопов пригодно для распознавания абиогенных и биогенных объектов.
В нашей стране наибольшее развитие получили исследования строматолитов. Знаменательна фраза известного американского ученого профессора Престона Клауда в докладе на 27‑м Международном геологическом конгрессе: «Говорить о строматолитах на Московской сессии Международного конгресса все равно, что ехать в Тулу со своим самоваром». В последние годы в СССР успешно развивается изучение минерализованных остатков докембрийских прокариот, осуществляемое во Всесоюзном геологическом институте имени А. П. Карпинского В. К. Головенком и М. Ю. Беловой.
В результате исследований, проведенных за последние четверть века, вырисовывается следующая картина развития биосферы на ранних этапах ее эволюции (табл. 7).
Таблица 7
Геохронологическая шкала и основные события истории биосферы
Дата рождения Земли — 4,6—4,7 млрд. лет назад — установлена по космохимическим и астрофизическим данным. Земля в это время подвергалась интенсивной метеоритной бомбардировке. Каковы были физико-химические условия ка поверхности, сказать трудно, однако ясно, что они были иными, чем в течение всей последующей геологической истории. Существование жизни в это время на Земле маловероятно, а геологические образования этого возраста неизвестны.
Возраст древнейших метаосадочных пород Земли — 3,8 млрд. лет (формация Исуа в Юго-Западной Гренландии). Остатков живых организмов в них не найдено, однако изотопный состав углерода однозначно свидетельствует об активных процессах жизнедеятельности, происходивших в то время. Таким образом, «начало геологической и биологической истории совпадает с точностью до сотен миллионов лет»[64].
Первые микроскопически распознаваемые органические остатки появляются в породах с возрастом 3,5 млрд. лет. Представлены они только прокариотами: цианобактериями и архебактериями. В течение первых 2 млрд. лет — половина геологической истории! — жизнь на Земле была представлена исключительно экосистемами прокариот. Некоторые из них отличаются поразительной устойчивостью. Так, экосистемы строматолитов почти не изменились за 2,7 млрд. лет своего существования.
Согласно представлениям А. Г. Пономаренко, описавшего недавно эволюцию экосистем на всем протяжении геологической истории, архейские экосистемы характеризовались значительными колебаниями биомассы и продуктивности. Жизнь существовала локально, занимая, по-видимому, лишь зону шельфа (хотя, по мнению Г. А. Заварзина, она могла распространяться частично и на континенты). Сильная эрозия на слабо заселенных или нацело лишенных жизни континентах препятствовала возникновению стабильной озерно-речной сети. Сток с континентов был преимущественно плащевым, и в море попадало много пелитового материала. Это, в свою очередь, сужало эвфотическую зону на шельфах и лимитировало развитие фотосинтезирующих прокариотов. Из-за слабого развития жизни на материках мощность континентальной коры выветривания, по данным Б. М. Михайлова, нигде в докембрии не превышала первых метров (что на 1—2 порядка меньше, чем в фанерозое).
К интервалу 1,9—2,0 млрд. лет приурочены древнейшие остатки фотоавтотрофных эукариот — микроскопических зеленых водорослей. В этом же интервале известны и первые проблематичные пеллеты. Фекальное их происхождение пока не доказано. Если оно подтвердится, то можно будет говорить о появлении в среднем протерозое первых многоклеточных животных (скорее всего, представителей зоопланктона). Другим косвенным свидетельством существования многоклеточных животных (в этом случае — бентосных) являются следы ползания в отложениях верхнего протерозоя с возрастом 1,35 млрд. лет. А первые достоверные телесные остатки многоклеточных животных относятся к отложениям венда (650—570 млн. лет). Именно эта фауна, открытая Р. Сприггом и детально описанная М. Глесснером, по месту первоначальной находки (Эдиакара в Южной Австралии) получила название эдиакарской. Сейчас она установлена в 17 крупных регионах, расположенных на пяти континентах. В нашей стране наиболее крупные местонахождения находятся в Беломорье, Приднестровье и на Оленекском поднятии в Якутии.
Эта вендская фауна поистине изумительна. Она представлена формами, не встречающимися больше ни в каких других отложениях. Поражает прежде всего размер отпечатков (остатки медуз достигают почти метра в поперечнике) и полное отсутствие скелетов даже у тех организмов, которые без них, казалось бы, немыслимы. Так, встречены отпечатки, напоминающие обнаженных моллюсков и членистоногих, и трехлучевой диск, похожий на представителя иглокожих. Помимо бентосной макрофауны (среди которой преобладают кишечнополостные), имеются остатки микрофитопланктона, бентосных водорослей и даже… грибов. Установлено, что бентосные организмы неглубоко зарывались в осадок, и степень его биогенной переработки невелика. Удивительная сохранность остатков мягкотелых организмов свидетельствует о слабом развитии сапротрофов в экосистемах докембрия.
Вендская биота является венцом органического мира докембрия. К началу фанерозоя, таким образом, представлены уже все четыре царства живых организмов (дробянки, растения, грибы и животные), а из девяти подцарств на арену жизни не вышли лишь высшие растения да, возможно, миксомицеты (они вообще неизвестны в ископаемом состоянии). При этом поверхностная оболочка планеты была еще слабозаселенной — освоены были лишь главным образом мелководья, хотя живое вещество уже принимало деятельное участие в различных геологических процессах, в частности в рудообразовании.
Рубеж докембрия и фанерозоя В. В. Меннер и Н. А. Штрейс назвали «величайшей биостратиграфической границей». Он знаменателен внезапным появлением наружных скелетов у представителей самых разнообразных типов многоклеточных животных: губок, брахиопод, членистоногих, иглокожих, моллюсков… О причинах такой внезапной «скелетизации» много спорят; единого мнения пока нет. Возможно, что это связано с прогрессирующим увеличением доли кислорода в атмосфере (минерализация скелетов у эукариот осуществляется коллагеном, а для его образования, в свою очередь, требуется достаточно высокое парциальное давление кислорода).
Процесс освоения жизненного пространства продолжался в палеозое. Предполагают, что из мелководья жизнь стала распространяться как в глубь океанов, так и внутрь материков. Освоение материков первыми высшими растениями началось в ордовике, но до середины девона оно происходило довольно медленно. Появление первых зарослей растений по берегам морей сильно изменило характер стока в океан. Возникают прибрежные лагуны — отстойники пелитового материала, дальше которых поступление терригенного вещества в океан сокращается. Вода в морях становится прозрачнее, мощность эвфотической зоны увеличивается, продуктивность фитопланктона растет.
В позднем девоне, как показала ленинградский палеоботаник Н. С. Снигиревская, на поверхности нашей планеты впервые появляются леса. Это обстоятельство значительно уменьшило поверхностный сток с континентов и ослабило эрозию. На поверхности материков впервые возникают и постоянные пресноводные водоемы — озера и реки.
Однако палеозойские и мезозойские флоры по сравнению с современными обладали еще довольно слабыми противоэрозионными и почвообразовательными свойствами. Наклонные рыхлые субстраты не зарастали и быстро размывались. Интенсивно развивалась растительность лишь в понижениях рельефа, куда сносились питательные элементы.
