Палеонтология и эволюция биосферы

Учение о биосфере занимает одно из центральных мест в современном естествознании и в жизни человеческого общества. Объединяя множество научных, технических, социальных и философских проблем, оно составляет, по существу, целую систему естественноисторического миропонимания.

Палеонтология и цикл геологических наук - дисциплины по своей сути исторические - способны ставить и решать эволюционные вопросы биосферной проблематики. Из, казалось бы, противоречивых высказываний В. И. Вернадского о том, что биосфера «геологически вечна», и о том, что существовали «былые биосферы», следует лишь вывод, что гениальный основоположник учения изначально акцентировал внимание на развитии, эволюции биосферы. Современная биосфера - геологически мгновенный временной срез геологически вечной и вечно изменяющейся панбиосферы.

Потенциальная возможность проследить становление современной биосферы, охарактеризовать ее былые состояния на временных срезах, отстоящих от современности на сотни и тысячи миллионов лет, показать долговременную динамику биосферного процесса - все это составляет фундаментальную задачу палеонтологии в учении о биосфере, а также задачи смежных "палеонаук": палеобиогеохимии, палеобиохимии, палеоклиматологии, па.леогеографии и др. Без понимания процесса эволюции биосферы невозможен взгляд в будущее, прогнозирование развития современного биосферного процесса.

Одним из существенных является вопрос о происхождении биосферы и начале «работы» живого вещества. До последнего времени казались логически вероятными и даже необходимыми представления о существовании добиосферного состояния нашей планеты. Согласно представлениям А. И. Опарина, началом жизни является возникновение наипростейшей клетки - протобионта. Однако в последние годы накапливается все больше фактов о том, что основные атрибуты жизни (образование ДНК, хиральность аминокислот, генетический код) могли возникнуть значительно раньше; для начала их геологической и геохимической работы необязательно присутствие свободной воды. Считать эту стадию биосферой или «предбиосферой» зависит от того, что считать жизнью, биотой. По-видимому, нельзя исключить вероятность того, что возникновение Земли как геологического тела и возникновение биосферы могли быть одновременными процессами или двумя сторонами одного процесса. Именно в этом плане может найти свое реальное подтверждение гениальное положение В. И. Вернадского о том, что «биосфера геологически вечна».

Палеонтология как наука о формах существования и развития живого вещества планеты в исследованиях биосферного плана обеспечивает, прежде всего, создание общего «биологического каркаса» исследований. В первую очередь, это изучение разнообразия биотической составляющей панбиосферы. Традиционные систематические, палеофаунистические и палеофлористические исследования, выполненные многими поколениями палеонтологов, позволяют говорить, что многие особенности эволюции биотического компонента былых биосфер стали известны. Нет ни одной более или менее крупной группы ископаемых организмов, для которой не существовало бы более или менее обоснованных curriculum vitae в виде филетических древ или схем исторической последовательности существовавших форм. Однако если такие построения и удовлетворяют интересы частной или общей филогенетики, теории биологической эволюции и важным для практической стратиграфии и геологии приложениям, то для понимания: эволюции биосферы необходимо определение новых направлений: исследований и синтез накопленных сведений.

Поскольку первое углистое вещество, проблематические микроорганизмы и следы их жизнедеятельности с большей или меньшей достоверностью обнаружены в породах возрастом 3760 млн лет (Исуа в Гренландии), а первые строматолиты (с их микробиотами) - свидетельства фотосинтезирующей деятельности организмов - в породах возрастом 3500 млн лет (Норт Пол и Онфервахт в Южной Африке) и 3560 млн лет (Варравуна в Австралии), то проблематический этап анаэробной энергетики биосферы мог составлять на Земле лишь около 200-250 млн. лет, а возможно, и менее, учитывая малую точность радиологических определений. Можно также полагать, что такой этап на планетной стадии вообще отсутствовал, так как и до появления строматолитов могли существовать фотоавтотрофные организмы, не обладавшие свойством карбонатной биоминерализации, не оставившие следов своего существования и не обязательно способные к фотосинтезу с выделением кислорода.

Более определенно фиксируется этап "прокариотной энергетики" биосферы (возраст 3760-1900 млн лет). Энергетические и трофические цепи живого вещества планеты на этом этапе не ясны. Можно полагать, что они были не очень сложны, если судить об этом на основе деятельности современных бактерий. Появление эвкариот (1900 млн лет назад), возникновение многоклеточных организмов (900 млн лет), развитие процессов биоминерализации у животных (570 млн лет), заселение суши растениями и животными, появление настоящих почв (400 млн.лет), появление покрытосеменных растений (130 млн лет), появление ноосферы-события, разграничивающие основные этапы прогрессивного развития биосферы.

Одна из наиболее характерных черт эволюции биосферы - периодичность всех протекавших в ней процессов. Давно установлена периодичность тектонической и эффузивной магматической деятельности, скорости расширения морского дна, инверсий магнитного поля, изменений уровня океана, процессов осадконакопления и образования осадочных полезных ископаемых, климатических изменений.

В последние годы наибольшее внимание уделяется изучению периодов вымирания - проблеме, которая давно волнует умы ученых. Особенности современного этапа исследований - существенно более детальная изученность разнообразия организмов вблизи критических интервалов, более точные их возрастные датировки, значительно более глубокий анализ многих особенностей биотических и абиотических событий, запечатленных в разнообразных свойствах пород в этих интервалах.

На протяжении фанерозоя обычно выделяют пять-шесть «великих» вымираний разного возраста - на границе кембрия и ордовика (500 млн. лет), ордовика и силура (435 млн лет), франа и фамена (около 360 млн лет), перми и триаса (около 230 млн лет), мела и палеогена (65 млн лет), а также несколько менее крупных вымираний. По крайней мере, одно биотическое событие аналогичного плана известно в докембрии (в середине венда). Наличие глубоких кризисных явлений в биоте и биосфере на указанных рубежах мощно считать твердо установленным фактом.

Как известно, нет недостатка в гипотезах, пытающихся объяснить как сам факт вымираний, так и их повторяемость. Пожалуй, общим недостатком всех гипотез, которые могут обсуждаться на научном уровне, является тенденция объяснить периодичность биотических и других событий и процессов в биосфере единой универсальной причиной. В некоторых случаях, делаются попытки выстроить цепь причинно-следственных связей, взаимодействие между отдельными звеньями которой помогает объяснить периодичность процессов. Чаще всего в качестве универсальной причины рассматривается периодичность космических явлений: период обращения вокруг центра галактики (260+25 млн лет); вертикальные осцилляции положения Солнечной системы относительно плоскости Галактики (33+3 млн лет). Хорошо известно влияние l1-летнего цикла солнечной активности на климатические колебания и некоторые процессы в земной биоте.

Биосферные события, фиксируемые палеонтологическими, седиментологическими и другими методами, - результат сложных констелляций различных периодических процессов разного уровня. Поэтому вполне вероятно, что однотипные события в биоте (например, «великие вымирания», фиксируемые по изменениям таксономического разнообразия) могут иметь совершенно разную причину как периодического, так и непериодического характера. В одних случаях они могут быть обусловлены широкой регрессией, связанной, например, с увеличением скорости спрединга или усилением горообразовательных процессов. В других случаях, сходное влияние на биоту может оказать падение крупного метеорита. В то же время, на ином уровне развития биоты и биосферы те же изменения физических условий будут проявляться иначе. Поэтому любое обобщение причин периодичности окажется ошибочным и не будет обладать прогностической ценностью. Таким образом, основное внимание следует уделять не поискам общих универсальных причин, а детальному исследованию всегокомплекса процессов, ход которых, зафиксированный в земных слоях, можно реконструировать современными методами.