Представьте, каково это – парить в воздухе, насыщенном кислородом и углекислым газом? Не просто быть подхваченной ветром, а лететь куда хочешь, контролируя свой полёт. В такие моменты я чувствую себя настоящим властелином мира.
Мои глаза, состоящие из тысяч фасеток, замечают внизу маленькую амфибию. Я поднимаюсь выше, зависаю в воздухе, а затем стремительно пикирую вниз. Сомкнув свои шесть лапок, словно корзину, я хватаю добычу и разрываю её своими мощными челюстями.
Я – меганевра, древнее гигантское насекомое, жившее 300 миллионов лет назад. Моё имя состоит из двух частей: мега – «большой» и невра – «нерв». Соответственно, оно переводится как «большой нерв». Насколько я велика? Размах моих крыльев достигает 75 см! Для сравнения: у самой крупной стрекозы Petalura ingentissima, появившейся спустя 300 миллионов лет, размах крыльев всего 16 см. Представьте себе крупную чайку или ястреба – вот мой настоящий размер.
Часть моего названия «невра» – результат забавного недоразумения. Когда французские ученые в 1880 году нашли мои окаменелости, они ошибочно приняли узоры на моих крыльях за нервные волокна из-за их огромного размера. Однако в этом есть доля правды: в моих крыльях действительно есть нервы и кровеносные сосуды. Вы можете подумать: «Что тут удивительного? У всех насекомых есть нервы и сосуды в крыльях». Но когда вы узнаете, кто я на самом деле, то будете удивлены.
Кто же я? Я – стрекоза. По-английски dragonfly – дословно «драконья муха». Именно так. Да, я древняя стрекоза, правившая небесами 300 миллионов лет назад. Уже тогда стрекозы были настоящими асами. Мы умели не только быстро летать, но и зависать в воздухе, перемещаться задом наперёд и мгновенно менять направление. Наша невероятная манёвренность – результат гибкой структуры крыльев и сложной мускулатуры, управлявшей полётом.
Каменный отпечаток меганевры (Тулузский музей, Франция). Эта древняя стрекоза парила в небе 300 миллионов лет назад. Размах её крыльев достигал впечатляющих 68 см
Но как же я, такая огромная, могла с такой лёгкостью парить в небесах? Всё дело не только в моих природных данных, но и в особенностях той эпохи. Времена, которые называют каменноугольным периодом (359–299 миллионов лет назад), подарили мне возможность господствовать в небесах. И прежде всего это стало возможным благодаря густым лесам.
Каменноугольный период палеозойской эры был временем невероятного роста и разнообразия. Если бы вы решили нарисовать картину рая на Земле, то он выглядел бы именно так, как в этот период. Действительно, для животных и растений это был настоящий рай. Концентрация углекислого газа и кислорода в атмосфере была очень высокой, что создало идеальные условия для бурного роста растений и появления множества новых видов животных. В густых девственных лесах, которых больше никогда не было в истории Земли, формировались сложные и разнообразные экосистемы.
Корни этих пышных лесов уходят в девонский период. Именно тогда в морях и океанах появились первые рыбы. Некоторые из них со временем выбрались на сушу, дав начало земноводным. В это же время появились мхи, лишайники и папоротники – первые сосудистые растения. Сосудистые растения, как видно из их названия, имеют развитую систему трубчатых проводящих тканей, по которым транспортируется вода и минеральные вещества. Благодаря этому растения могли расти в высоту и осваивать новые территории.
В каменноугольный период наконец-то появились настоящие деревья. Первыми из них были папоротники. Современные папоротники, как правило, небольшие, но в каменноугольный период они достигали гигантских размеров. Их также называют древовидными, потому что, несмотря на сходство с современными папоротниками, они вырастали до высоты деревьев.
Одним из таких исполинов был каламит, который называли древесным хвощом. Внешне он напоминал современный хвощ, но был гораздо крупнее: каламиты достигали 30 см в диаметре и вырастали до 10 м в высоту, образуя густые леса вдоль речных берегов и в поймах рек. Ещё одним гигантом был лепидодендрон, или чешуйчатое дерево. Его название происходит от греческих слов «лепидо» (чешуя) и «дендрон» (дерево), так как следы от опавших листьев на их стволах напоминали змеиную кожу. Это растение могло достигать 2 м в диаметре и возвышалось на 30 м.
Три типичных представителя флоры каменноугольного периода: каламиты (слева), лепидодендроны (в центре) и сигиллярии (справа). Эти древние растения достигали невероятных размеров – от 10 до более чем 80 м в высоту
Еще одним гигантом была сигиллярия. Её название переводится как «печатное дерево» (от латинского sigillum – «печать»), а получила она его из-за характерных отпечатков на стволе, напоминающих печати. Эти узоры – следы от опавших листьев, которые росли прямо на стволе. Хотя сигиллярия внешне напоминала современные плауны, её высота обычно достигала 30 м, а самые крупные экземпляры вырастали до 80 м. Её ствол в обхвате мог достигать 20 м. Все эти растения – каламиты, лепидодендроны и сигиллярии – формировали огромные лесные массивы и размножались спорами.
Однако в каменноугольном периоде процветали не только гигантские папоротники. Нижний ярус леса занимали более мелкие представители, такие как пекоптерис, которые вносили важный вклад в биологическое разнообразие. Папоротники с их крупными опушенными листьями делали густую растительность ещё пышнее и тоже размножались с помощью спор.
Одним из важнейших эволюционных достижений каменноугольного периода стало появление семенных папоротников, таких как медуллоза. В отличие от своих родственников, они размножались не спорами, а семенами, что значительно повышало их шансы на выживание и позволяло обитать даже в засушливых условиях.
Семенные папоротники стали своеобразным мостом между древними папоротниками и будущими семенными растениями, такими как голосеменные. Семенные растения тоже являются сосудистыми растениями.
Леса каменноугольного периода поражали воображение. Высокие, словно сторожевые башни, плауны, древовидные папоротники и семенные растения вместе образовывали густые зелёные лесные массивы. Их 30-метровые чешуйчатые стволы тянулись к небу, а листва создавала сложные узоры на фоне облачного неба. Опавшая кора покрывала землю причудливыми мозаичными узорами.
Лес был многослойным: от густого подлеска до нависающих крон деревьев образовывались сложные многоуровневые экологические ниши, и эта сложность способствовала активному взаимодействию между растениями, травоядными и хищниками. Это был поистине золотой век прогресса и адаптации.
Как в каменноугольном периоде смогли возникнуть такие огромные леса? Главная причина – высокая концентрация углекислого газа. В далёком прошлом атмосфера Земли состояла практически только из CO₂, а его давление достигало 60 атм. Это сопоставимо с давлением воды на глубине 600 м! Разумеется, что в таких экстремальных условиях жизнь на суше была немыслима: невыносимая жара и колоссальное давление делали существование невозможным.
К счастью, на Земле, в отличие от других планет, сохранились океаны. Со временем значительная часть углекислого газа растворилась в воде, и его концентрация в атмосфере упала до 10 атм. Но это всё равно соответствует давлению воды на глубине 100 м. Суша по-прежнему оставалась непригодной для жизни.
Активная вулканическая деятельность неожиданно оказалась ещё одним положительным фактором. Непрерывное извержение лавы приводило к тому, что магний и кальций из лавы соединялись с углекислым газом из атмосферы и воды, становясь материалом для почвы.
В начале каменноугольного периода концентрация углекислого газа в атмосфере снизилась до 2000 ppm. Это всего лишь 0,2 %. Но это всё равно слишком высокая концентрация. Для сравнения: до промышленной революции концентрация CO₂ составляла 200 ppm (0,02 %), а в XXI веке она достигла 400 ppm (0,04 %), что привело к глобальному потеплению. Это даёт представление о том, насколько высокой была концентрация CO₂ в каменноугольный период.
Высокая концентрация углекислого газа в атмосфере естественно привела к повышению температуры. Весь мир представлял собой огромную экваториальную зону с жарким климатом. Дожди шли практически каждый день. Для растений это был настоящий рай: высокая температура, избыток углекислого газа, обилие воды! Все условия для фотосинтеза были просто идеальными. Болота, равнины и горные районы были покрыты огромными деревьями. Воздух был насыщен влагой, а вся планета утопала в изумрудной зелени. Мир был полон жизни.
Каковы же были результаты такого интенсивного фотосинтеза? Во-первых, это производство химической энергии. Независимо от количества солнечного света, животные не могут напрямую использовать его для получения энергии. Эта энергия доступна только бактериям и растениям, которые способны к фотосинтезу. Благодаря увеличению фотосинтеза большое количество солнечной энергии было преобразовано в химическую. Это, в свою очередь, способствовало росту растений и обеспечило животных богатым источником энергии.
Во-вторых, в результате фотосинтеза выделялся кислород, который был необходим для превращения химической энергии, производимой растением, в энергию жизни (АТФ[63]). Без кислорода животные не смогли бы прожить даже несколько минут. Причина, по которой животные умирают, если не дышат какое-то время, заключается именно в невозможности получить жизненную энергию.
Леса каменноугольного периода производили огромное количество кислорода. Его содержание в атмосфере достигало 35 %. Насколько это много? Достаточно вспомнить о том, что концентрация кислорода в современной атмосфере составляет 21 %. Это создало идеальные условия для развития гигантских насекомых и других форм жизни, которые процветали в этом «кислородном раю».
Ты не задыхаешься при беге. Даже когда ты съедаешь совсем немного пищи, ты всё равно получаешь достаточно энергии для быстрого роста. Кто же не мечтает о таких удивительных возможностях? А я, представьте себе, появилась именно в такую эпоху.
Это был настоящий рай. Богатая кислородом атмосфера стимулировала рост гигантских растений и огромных животных. К тому же здесь часто случались лесные пожары. Из-за высокой концентрации кислорода сухие деревья легко воспламеняются. Частые пожары – главные помощники в поддержании молодости экосистемы. Они уничтожают старые леса и открывают путь для новой жизни. Лесные пожары создают динамичный ритм роста, упадка и возрождения, заставляя природу непрерывно меняться.
Внизу, среди поваленных брёвен и кустов, шустро снуёт гилоном. Эта маленькая рептилия – мой современник.
Каменный отпечаток артроплевры (Музей природы Зенкенберга, Германия). Этот вид многоножек был самым крупным из всех беспозвоночных, когда-либо живших на Земле
Её имя означает «лесной житель». Длина гилонома составляет около 20 см, внешне он напоминает современных ящериц, однако не имеет с ними ничего общего.
Это удивительное создание одновременно сочетает в себе черты амфибии (например, теменное отверстие и костные пластинки в коже) и рептилии (развитые челюстные мышцы и твёрдая яичная скорлупа). Питается он многоножками и мелкими насекомыми, которых ловко хватает своими маленькими острыми зубами. Гилоном мал, но невероятно вынослив. Словно первопроходец, он постоянно исследует воду и сушу. А самое главное – это моя любимая добыча!
Я большая. Но не только я была такой крупной. Обильная растительность каменноугольного периода давала пищу и пристанище множеству животных, включая ранних земноводных, насекомых и первых рептилий. Благодаря высокой концентрации кислорода они могли вырастать до поистине гигантских размеров. Например, скорпион Pulmonoscorpius (его название происходит от двух слов: латинского pulmonis – «длинный»[64] и греческого skorpios – «скорпион») достигал 70 см в длину и весил 25 кг, а у некоторых пауков были ноги длиной до 50 см. Многоножка артроплевра вырастала до 2,6 м в длину, 55 см в ширину и весила 50 кг. Это было самое крупное из всех беспозвоночных, когда-либо живших на Земле.
«Как же вы стали такими большими?» – спросите вы. Всё дело в лесах. Огромная концентрация кислорода, которую они обеспечивали, позволила нам, членистоногим, вырасти до огромных размеров. Растения выделяли огромное количество кислорода, и его концентрация в атмосфере достигала 35 % – гораздо больше, чем в современном воздухе (21 %). У насекомых и многоножек дыхание устроено просто – кислород распространяется по телу без участия крови, просто через крошечные дыхальца. Поэтому, достигнув определённого размера, они сталкиваются с ограничениями в росте из-за недостатка кислорода. Но с увеличением концентрации кислорода это ограничение исчезло, и мы смогли вырасти до максимального размера, который мог выдержать наш экзоскелет.
Я – главный хищник, владыка неба. К тому же у меня отличное зрение. Я вижу, как внизу, на земле, постоянно происходит что-то интересное. Вот гигантская многоножка артроплевра извивается в зарослях. Её волнообразные движения поистине прекрасны. А охотящийся пульмоноскорпион, который использует свои огромные клешни вместо ядовитого хвоста, демонстрирует, что такое настоящее изящество.
Я крупная, поэтому мне нужно много еды. Но это не проблема. В небе полно мелких насекомых, которых легко поймать. Земноводные и рептилии тоже являются для меня деликатесом. Иногда я наслаждаюсь тем, что кружу над озером и выхватываю из воды рыбу. На самом деле я могу съесть практически всё благодаря своим мощным челюстям.
Но даже я, главный хищник неба, становлюсь уязвимой, когда спускаюсь на землю. Дело в том, что я не складываю свои огромные крылья даже во время отдыха. Когда я отдыхаю, сидя на земле с распростёртыми крыльями, я становлюсь лёгкой добычей для рептилий. Но не только у меня такая проблема. Современные стрекозы ведут себя точно так же.
Разнокрылая стрекоза шафранка невольница имеет размах крыльев, который не превышает 4 см. По сравнению со мной она совсем крошечная. Эта стрекоза отлично летает, но когда она садится на травинку, чтобы отдохнуть, и не складывает крылья, даже медлительные человеческие детеныши могут поймать её голыми руками.
В мою эпоху все континенты Земли соединились в один колоссальный суперконтинент – Пангею. Океаны также слились в единый огромный океан под названием Панталасса.
Огромный континент потерял привычные очертания берегов, а все его внутренние воды сосредоточились лишь в нескольких озёрах и реках. Большую часть суши занимали бесконечные топи и густые леса. Однако на Земле благодаря огромным лесным массивам сохранялись благоприятные условия для всех форм жизни.
Однако в какой-то момент климат начал меняться – становилось всё холоднее. Ходили слухи, что на полюсах появились ледники, а тропические болота, от которых зависела моя жизнь, начали постепенно исчезать. Мне становилось всё труднее находить места, где можно было бы отдохнуть и отложить яйца.
Уровень кислорода в воздухе начал снижаться. Теперь стало по-настоящему трудно дышать. Из-за низкого содержания кислорода я не могу даже нормально летать – кислород просто не успевает распространяться по всему телу. Среди нас, меганевр, теперь лучше живётся тем, кто меньше размером. Если так пойдёт и дальше, мы можем полностью исчезнуть как вид.
Я не дожила до этого времени, но говорят, что к концу каменноугольного периода и началу пермского концентрация кислорода упала до 20 %. Это даже ниже, чем в воздухе, которым дышат современные люди, – в нём доля кислорода достигает 21 %.
Почему же наш рай превратился в такое место? Потому что изменились леса. Сосудистые растения, такие как папоротники и семенные растения, разрослись до огромных размеров, поглощая из атмосферы углекислый газ и используя его для своего роста. При этом концентрация кислорода в атмосфере увеличивалась. Это позволило наземным обитателям вроде пульмоноскорпиона и артроплевры достичь огромных размеров, а мне, властелину небес, дало повод гордиться своим гигантским телом.
В какой-то момент уровень кислорода стал снижаться. Если разобраться, это началось после того, как появились семенные растения. По сравнению с папоротниками, плаунами и хвощами, размножающимися спорами, растения с семенами не так эффективно осуществляют фотосинтез. Из-за этого уровень кислорода стал падать. Как же так? Ведь высокое содержание кислорода было главной особенностью каменноугольного периода!
Оказалось, что изменения в лесах были лишь частью проблемы. С некоторых пор климат Земли стал заметно холоднее. Там, где я жила, было ещё терпимо, но в далёких полярных областях уже образовались ледники. Береговая линия отступила значительно дальше, чем раньше. Уровень моря понизился. Теперь я понимаю, почему так случилось: вода, которая должна была течь в море, оставалась на суше в виде льда. К тому же когда континенты соединились, общая длина береговой линии сильно уменьшилась.
Когда сокращается береговая линия и падает уровень моря, для морских обитателей наступают тяжёлые времена. Хотя океан кажется необъятным, большинство морских организмов живут на континентальном шельфе на глубине около 200 м. На самом деле две трети всего кислорода на Земле производится в океане. Как бы ни старались леса, их фотосинтез не мог сравниться с активностью цианобактерий и фитопланктона в океанских просторах. В любом случае содержание кислорода неотвратимо снижалось.
Но почему на Земле становилось всё холоднее? И это тоже из-за лесов. Пока папоротниковые леса повышали уровень кислорода в атмосфере, количество углекислого газа уменьшалось. А когда его становится меньше, неизбежно холодает! Нельзя просто сказать: «Это фотосинтез!» Экосистемы поддерживаются за счет круговорота веществ.
Углекислый газ, поглощённый в процессе фотосинтеза, должен как-то возвращаться обратно. Но болота и леса каменноугольного периода этого не делали. Вернее, не могли делать.
Вот в чём заключалась настоящая проблема. Леса, которые обеспечивали нам высокую концентрацию кислорода, не могли поддерживать нужный уровень углекислого газа.
Благодаря густым лесам я выросла такой большой, но эти же самые леса сделали невозможным моё дальнейшее существование. В конце концов именно леса вытеснили меня на холод. Углекислый газ сам по себе нам не враг. Он выделяется при дыхании всех животных. Попадая в растения, он превращается в кислород и играет важнейшую роль в сохранении тепла благодаря парниковому эффекту. Но леса нашей эпохи только поглощали углекислый газ, не возвращая его обратно в атмосферу. Вместо этого они просто погребали его в недрах Земли, превращая в уголь.
Даже могучие деревья каменноугольного периода не были вечными. Когда растения умирают, они гниют, возвращая углекислый газ обратно в атмосферу. Если бы этот процесс происходил естественным образом, атмосфера Земли оставалась бы стабильной. Однако в каменноугольный период всё пошло иначе.
Что же случилось? Всё дело в том, что мёртвые деревья падали в болота. На дне болот не было кислорода, что делало их непригодными для жизни аэробных микроорганизмов, которые обычно участвуют в разложении органики. Для разложения древесины требовались хотя бы анаэробные микробы, способные жить без кислорода, но в то время микроорганизмов, умеющих разлагать древесину, было очень мало. Это неудивительно – ведь деревья только недавно появились на Земле.
В болотах, которые периодически затапливались и проседали, стали скапливаться мёртвые деревья, которые заносило течением из рек и других водоёмов во время регулярных наводнений. С каждым затоплением в болото добавлялись новые слои песка и ила. Под воздействием давления и высокой температуры мёртвые деревья не разлагались, а подвергались физическим и химическим реакциям. В этом процессе из древесины выделялись водород и кислород, а углерод оставался. Так деревья превращались в уголь.
Месторождение антрацита в штате Вирджиния, США. На снимке видно, как пласты угля наклонились из-за тектонических движений земной коры. Деревья, которые упали в болота и не сгнили, под воздействием давления и высокой температуры превратились в уголь, оставив после себя почти чистый углерод
При разных уровнях давления и температуры образовались разные типы угля.
Бурый уголь (лигнит) – самая молодая форма угля, образовавшаяся при относительно низком давлении и температуре. Он мягкий, легко крошится и ещё сохраняет структуру растений. В наше время он считается дешёвым топливом и продаётся по низкой цене.
При более высоком давлении и температуре бурый уголь превращался сначала в суббитуминозный и битуминозный, а затем в каменный уголь. Он имеет высокое содержание углерода, плотнее, чем бурый, и горит гораздо эффективнее. Сегодня это основной промышленный уголь.
Антрацит – самый твёрдый и плотный уголь, образовавшийся при самых высоких температурах и давлении. В нём содержится максимальное количество углерода, поэтому он горит чище и дольше остальных видов. Это самый эффективный и экологически чистый вид угля, который используется для производства энергии.
Исчезновение таких удивительных существ, как пульмоноскорпион и артроплевра, вовсе не означает, что на Земле пропадут все скорпионы и тараканы. Мутации происходят постоянно, а природа отбирает тех, кто лучше всех приспособился к новым условиям. Когда исчезнет могучий властелин неба меганевра, его место займёт современная стрекоза. Но есть одна проблема: стрекозы уже не смогут оставаться на вершине пищевой цепи. Им придётся не только искать место для отдыха, но и постоянно следить за тем, кто летает у них над головой. Жить становится всё сложнее.
Главное наследие каменноугольного периода – это, конечно же, уголь. Люди лучше всех понимают, насколько он важен. Недаром именно уголь дал название всей эпохе. Однако есть кое-что, о чём люди предпочитают не думать: уголь – это тепло, которое оказалось заперто под землёй. А теперь, спустя 300 миллионов лет, люди освобождают это тепло, сжигая уголь. При этом выделяется углекислый газ, которого не было в атмосфере, когда появились люди. Нам, обитателям каменноугольного периода, нравился наш тёплый мир, но я не уверена, что он понравился бы людям. Обычно лучше всего для выживания вида подходит та среда, в которой этот вид появился. Ведь он был отобран природой именно для этой среды.
Если люди собираются и дальше использовать уголь, им нужно придумать, как лучше избавиться от углекислого газа, который выделяется при его сгорании. Можно закопать его обратно в землю, отправить в космос, превратить в пластик или строительные материалы – любой способ подойдёт. Как бывший властелин неба каменноугольного периода, могу предложить самый простой вариант: увеличить площадь лесов. Чем больше люди сжигают угля, тем больше должно быть лесов, иначе Земля будет нагреваться.
Что будет, если люди этого не сделают?
Мой холод станет вашей жарой. Я вымерла, потому что замёрз. Вы же, возможно, исчезнете из-за жары.
А если вы знаете об этом и всё равно ничего не делаете… Тогда вы просто глупцы.