Земная атмосфера состоит из большого количества азота (78 процентов), небольшого количества кислорода (21 процент), брызг аргона (0, 93 процента), небольшого количества углекислого газа (0, 038 процента) и следовых количеств других газов, Но так было не всегда. Состав газов в атмосфере может измениться (и теперь меняется, когда мы сжигаем ископаемое топливо), и запись окаменелостей показывает, как нечто столь обманчиво простое, как воздух, может повлиять на историю жизни.
Если бы вы посетили нынешнюю Северную Америку 300 миллионов лет назад, ближе к концу каменноугольного периода, вас встретила бы очень незнакомая сцена. В ландшафте преобладали обширные болота, заполненные огромными ликоподами (родственниками клубных мхов, выросших до размеров деревьев), земноводных позвоночных длиной почти до 20 футов и огромными членистоногими. Meganeura, родственник стрекозы, у которой размах крыльев был более двух футов в диаметре, гудел в воздухе над гигантской артроплеврой, многоножкой длиной девять футов. Никогда прежде или позже наземные беспозвоночные не выращивались до таких огромных размеров.
Спусковой механизм для этого безудержного гигантизма был своеобразной, недавно развитой характеристикой растений, которые поднимали уровень кислорода до 35 процентов атмосферы в позднем карбоне. Пышные экваториальные леса производили значительное количество кислорода в качестве побочного продукта фотосинтеза, но одного этого было недостаточно, чтобы довести атмосферный кислород до таких высоких уровней. Причиной было химическое соединение лигнина, которое растения используют для наращивания. Бактерии того времени были настолько неэффективны в расщеплении лигнина на мертвых растениях, что оставили огромное количество богатого углеродом растительного материала, чтобы стать секвестрированными в болотах (и в конечном итоге превратиться в богатые залежи угля, которые дали название Carboniferous)., Бактерии используют кислород, поскольку они разрушают богатый углеродом материал, но лигнин препятствовал этому процессу, пока бактерии не развили способность разлагать соединение. Эта биологическая причуда вызвала рост уровня кислорода.
Избыток кислорода позволял амфибиям, которые забирают часть газа через кожу, дышать более эффективно и расти до больших размеров. Членистоногие дышат по-другому: они обладают сетью разветвляющихся трубок, называемых трахеями, которые соединяют небольшие отверстия в экзоскелете беспозвоночных с его клетками, и кислород проникает через организм через эту систему. В атмосфере, богатой кислородом, через эту разветвленную сеть может распространяться больше кислорода, и это открыло эволюционные пути, которые позволили членистоногим также вырасти до гигантских размеров. Тот факт, что кислород увеличил бы и давление воздуха, означал, что крупные летающие насекомые того времени получали бы больше подъема за каждый удар своих крыльев, позволяя летающим членистоногим достигать размеров, которые конструктивно невозможны для их современных родственников.,
В то время как гигантские членистоногие ползали и жужжали, первые амниоты - похожие на ящериц позвоночные, которые нарушили свою связь с водой из-за своей способности размножаться через очищенные от яиц яйца - также диверсифицировались. Во время следующей главы земной истории, перми (около 299 млн. До 251 млн. Лет назад), эти ранние родственники динозавров и млекопитающих породили множество новых форм, с родственниками ранних млекопитающих (в совокупности известных как синапсиды), особенно, получение экологического доминирования. Впервые наземные экосистемы поддерживали взаимосвязанную сеть хищников и травоядных животных различных размеров, и примерно 250 миллионов лет назад в мире было около 40 различных семейств наземных позвоночных. Но к концу периода почти все это разнообразие было уничтожено величайшей природной катастрофой, которую когда-либо знала эта планета.
В первые дни палеонтологии естествоиспытатели отметили границы в геологической истории внезапным массовым исчезновением некоторых видов из летописи окаменелостей, за которым последовало появление новой, другой фауны. В то время они не осознавали этого, но то, что они делали, отмечало массовые вымирания, и тот, который положил конец пермскому, был, возможно, худшим в истории Земли. Было уничтожено до 95 процентов всех известных морских существ, а также 70 процентов наземных животных. Палеонтолог Бристольского университета Майкл Бентон назвал это событие «когда жизнь почти умерла».
Однако определить событие массового вымирания - это не то же самое, что объяснить его, и катастрофа в конце Пермского края, пожалуй, самая загадочная загадка убийства всех времен. Ученые предложили список возможных триггеров исчезновения, включая глобальное похолодание, бомбардировки космическими лучами, смещение континентов и удары астероидов, но главным подозрением многих палеонтологов в настоящее время являются интенсивные извержения сибирских ловушек, вулканов, которые покрывали почти 800 000 квадратных миль. о том что сейчас россия с лавой.
В конце перми земля была намного теплее, чем сегодня. Атмосфера была относительно богата углекислым газом, который питал тепличный мир, в котором почти не было ледников. Извержение сибирских ловушек добавило бы в атмосферу огромное количество парниковых газов, вызвав дальнейшее глобальное потепление, повышение кислотности океана и понижение уровня кислорода в атмосфере. Эти радикальные изменения в атмосфере и связанные с ними воздействия на окружающую среду привели бы к тому, что многие организмы задохнулись от недостатка кислорода, в то время как другие умерли бы от избытка углекислого газа в крови или иначе погибли бы, потому что они были бы физиологически неспособны справиться с этими новыми условия. Там, где когда-то процветали богатые и разнообразные сообщества организмов, вымирание оставило только «кризисные» сообщества нескольких видов, которые размножались в свободных местах обитания.
Хотя эти изменения в атмосфере значительно сократили эволюционное дерево 251 миллион лет назад, они не сделали планету вечно негостеприимной. Жизнь продолжала развиваться, и уровни кислорода, углекислого газа и других газов продолжали колебаться, что неоднократно стимулировало климат от «тепличного» до «ледникового» состояния.
Земля, возможно, сейчас вступает в новую тепличную эру, но уникальным в настоящем является то, что люди принимают активное участие в формировании воздуха. Аппетит на ископаемое топливо изменяет атмосферу таким образом, что изменит климат, добавляя в смесь больше углекислого газа и других парниковых газов, и эти колебания могут иметь серьезные последствия как для вымирания, так и для эволюции.
Нынешние условия Земли достаточно отличаются от условий поздней перми, поэтому подобная катастрофа маловероятна, но чем больше мы узнаем о древнем климате, тем яснее становится, что внезапные изменения в атмосфере могут быть смертельными. Недавнее исследование, проведенное биогеохимиком Натальей Шаховой из Международного центра арктических исследований, предполагает, что мы можем приблизиться к переломному моменту, который может быстро ускорить глобальное потепление, которое уже меняет экосистемы во всем мире. Огромный запас метана, одного из наиболее мощных парниковых газов, находится под вечной мерзлотой восточно-сибирского арктического шельфа. Вечная мерзлота действует как застывшая крышка над газом, но Шахова обнаружила, что в этой крышке есть утечка. Ученые не уверены, является ли утечка метана нормальной или недавним продуктом глобального потепления, но если текущие прогнозы верны, поскольку глобальный климат нагревается, уровень моря поднимется и затопит восточно-сибирский арктический шельф, который растопит вечную мерзлоту и выпустить еще больше газа. По мере накопления большего количества парниковых газов планета становится все ближе к этой и другим возможным переломным моментам, которые могут вызвать быстрые изменения в среде обитания во всем мире.
Возможно, особые условия, которые позволили гигантским членистоногим летать в воздухе, состоящем из 35-процентного кислорода, никогда не повторится, и мы можем надеяться, что Земля не воспроизведет катастрофу в конце Пермского периода, но, способствуя тепличному климату, наш вид активно меняет историю жизни на земле. То, как эти изменения повлияют на нас, а также на биоразнообразие остального мира, в конечном итоге будет зафиксировано в постоянно растущих данных окаменелости.
