Книга Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли - Андрей Журавлев

Получилось не все: водорослевый планктон благоденствовал, но хоронить органическое вещество не спешил. Востребованный водорослями и бактериями углекислый газ вскоре возвращается обратно. Ведь растут и размножаются не только они: активизируется зоопланктон (рачки копеподы и амфиподы), питающийся этими организмами, и далее все звенья пищевой цепочки вплоть до деструкторов (грибов и бактерий), которые разлагают многократно употребленную органику на исходные составляющие. Добиться направленного изъятия двуокиси углерода из оборота можно, только удаляя органическое вещество — превращая его в осадочные отложения, причем в неокисленном виде, что и происходило в конце позднеордовикской эпохи, а также позднее — в позднедевонскую эпоху и во второй половине кайнозойской эры.

Для этого необходимы подлинные инновации: создать в глобальном масштабе нечто такое, чего планета еще не изведала, как это было в конце девонского — середине каменноугольного периодов, когда леса смогли вырваться из влажных низин на сухие возвышенности и захватили три четверти площади континентов. По всему теплому югу Лаврентии (континент, объединявший Северную Америку и Европу), Сибири и северу Гондваны (в состав которой входили Южная Америка, Африка, Индия и Австралия с Антарктидой) распространились восьмиметровые папоротники, а в умеренных и высоких широтах — прогимноспермовые (Archaeopteris) — растения с перистыми вайями, как у папоротников, но с древесиной, корнями и семенами, как у голосеменных. Корни, гораздо глубже запущенные в землю, и связанные с ними микоризальные грибы начали закачивать углекислый газ из атмосферы в почву. Почва же образуется благодаря разрушению — выветриванию горных пород, для чего и нужен углекислый газ, и с грибами почвообразование идет куда как быстрее, чем без них, — в 4–30 раз.

До недавнего времени считалось, что минеральные кристаллы разрушаются в основном органическими кислотами, которые накапливаются при разложении грибами опавших листьев и другой отмершей органики. Но оказалось, что гриб дробит кристаллы и механически: биогеохимик Стив Боннвиль из Брюссельского свободного университета выяснил, что гифы грибницы свинушки тонкой, которая сосуществует с сосной обыкновенной, расслаивают кристаллы слюды, нагнетая давление до одного миллипаскаля. То есть на один-два порядка выше, чем любой другой микроорганизм. На особых участках гифов — аппрессориях — давление может достигать и восьми миллипаскалей. И пока грибы дробили горные породы, усеянные устьицами листья стали распылять влагу, остававшуюся в почве, в атмосферу[29]. Над сухими прежде континентами поплыли облака, а временные пересыхающие потоки превратились в полноводные реки, которые, совершая плавные повороты, несли в моря свои воды, насыщенные биогенами. Облака изменили альбедо планеты: больше солнечного тепла стало рассеиваться, не достигая поверхности Земли. А уровень углекислого газа упал в три раза.

В отличие от позднеордовикского эпизода новое похолодание длилось более 100 миллионов лет: на суше появлялись все новые растения: древовидные хвощи и плауны, позднее разнообразные голосеменные. Многие из них отличались устойчивой к разрушению древесиной и корой, а максимальная ширина листовой пластины возросла на порядок. Этот показатель влияет сразу на два важных события: увеличивается число устьиц, вдыхающих углекислый газ, и рост продуктивности. К тому же эти деревья гораздо экономнее расходовали биогены. В итоге огромная биомасса легла мощными пластами каменного угля, что дало название целому периоду в истории Земли. Скорость захоронения неокисленного углерода с конца девонского к середине каменноугольного периода возросла в два раза, атмосфера как никогда — на 30 процентов — насытилась кислородом, а значительная часть суперконтинента Пангеи, собравшего воедино и Лаврентию, и Сибирь, и Гондвану, покрылась с юга ледяным щитом.

Последняя — позднекайнозойская — холодная волна накатила во время становления лесных биомов, состоящих из покрытосеменных деревьев, обладающих мощнейшей корневой системой и микоризой, и трав, накапливающих опаловые фитолиты и тем самым ускоряющих выветривание кремнеземсодержащих горных пород. Растительноядные млекопитающие быстро переводили всю эту гигантскую биомассу в то, что в конечном счете становилось гумусом. Биогенные вещества выносились в океан, где царили новые группы водорослевого планктона, которым была посвящена предыдущая подглавка, но особенно нуждавшиеся в кремнеземе диатомовые.

Глобальные модели изменений уровня содержания углекислого газа в атмосфере Земли неплохо согласуются с характером ее растительного покрова в течение последних 450 миллионов лет — с того рубежа, когда растения начали осваивать сушу. Очень возможно, что и самые древние и суровые оледенения — в середине палеопротерозойской эры (2,1 миллиарда лет назад), криогенном[30]периоде и начале эдиакарского периода (850–640 миллионов лет назад) — тоже связаны с эволюцией водорослей.

В совокупности наземные растения с микоризальными грибами и водорослевый планктон снизили содержание углекислого газа в пять раз. Потому и вся биосфера планеты стала иной: в океане преобладают организмы с арагонитовым скелетом, сушу заселили животные с постоянной температурой тела и развитым мозгом, а также растения, приспособленные к жизни при пониженном содержании двуокиси углерода в атмосфере (с иными циклами фотосинтеза). К ним относятся, например, важные для человечества культуры: амарант, сорго, кукуруза. Подобные растения составляют всего три процента видового разнообразия, но пятую часть растительного покрова. У большинства наземных растений реакция фотосинтеза проходит по так называемому С3-пути, в котором важную роль играет фермент рибулозобифосфаткарбоксилаза (или сокращенно рубиско), ответственный за присоединение молекул углекислого газа к органическим молекулам. Однако при низком уровне этого газа в жарком климате данный фермент перестает распознавать, что за молекула перед ним — углекислый газ или кислород. И растения, не добирая до 40 процентов необходимого углерода, начинают дышать в дневное время — поглощать кислород вместо двуокиси углерода. Поэтому травы саванн и прерий пошли другим — С4-путем: у них углекислый газ запасается в особых органах листа, что препятствует его потерям. Саванные травы — не единственные растения, сумевшие приспособиться к нынешней атмосфере. Обширную группу составляют кактусы и некоторые другие суккуленты (алоэ, агавы, «живые камни» Южной Африки), сумевшие наладить свой тип фотосинтеза (CAM-путь) в очень засушливых условиях. Газообмен у них происходит по ночам, благодаря чему сберегаются и влага, и углекислый газ. Именно потому эти растения, как выяснили Моника Аракаки и ее коллеги из Университета имени Брауна в Провиденсе, изучив геном их хлоропластов, и породили огромное разнообразие форм, которые так любят коллекционеры.

Общие изменения в наземной флоре, произошедшие за последние 8 миллионов лет, сопоставимы с мезозойской революцией, когда цветковые сильно потеснили голосеменные растения. Современный же «ледниковый период» представляет собой лишь часть последней холодной эры, начавшейся примерно 35 миллионов лет назад. Не обязательно заключительную…