Но гипотеза, предполагающая, что главной причиной гибели ящеров явилась их конкуренция с теплокровными животными, не придает должного значения тому факту, что млекопитающие мирно сосуществовали с пресмыкающимися на протяжении долгого времени, исчисляемого многими миллионами и даже десятками миллионов лет. К тому же в конце мелового периода млекопитающие были еще мелкими и хилыми по сравнению с колоссальными пресмыкающимися. И только после гибели динозавров они начали активно расселяться по Земле и быстро совершенствоваться, пока, наконец, не достигли того уровня развития, на котором мы видим их сегодня. Во всяком случае, геологическая летопись не сохранила останков таких высокоорганизованных млекопитающих, которые жили бы одновременно с ящерами и были настолько развиты, чтобы вытеснить этих исполинов.
Кроме того, на основании изучения закономерностей роста юных особей, реконструкций системы кровообращения и обмена веществ ряд ученых высказывают предположение, что некоторые виды динозавров были... теплокровными. Удалось обнаружить череп одного из хищных ящеров - тиранозавра, свидетельствующий о том, что и среди динозавров, по-видимому, имелись группы с весьма развитым мозгом. А тот факт, что многие формы летательных перепонок успешно ассимилированы современными млекопитающими, заставляет усомниться в утверждениях об эволюционной непригодности крыла ящеров.
В 1957 г. астрономы И. С. Шкловский и В. И. Красовский предложили еще одну гипотезу, на первый взгляд весьма правдоподобную. Сущность ее заключается в следующем.
Из мирового пространства на Землю непрерывно приходит поток космических лучей. Эти лучи представляют собой стремительный ливень атомов водорода, гелия и других элементарных частиц. Космическое излучение гибельно для живых существ. Подобно невидимым иглам, пронзают эти лучи тела организмов и разрушают живую ткань. К счастью, атмосфера Земли сильно поглощает космическое излучение, и в настоящее время интенсивность поступления этих лучей такова, что они заметно не отражаются на жизни обитателей Земли.
Во время так называемых вспышек Солнца количество приходящих на Землю космических лучей заметно возрастает. Но главный источник космического излучения, по-видимому, находится не на Солнце.
Астрономы связывают происхождение основной массы космических лучей со вспышками особых звезд, получивших название «сверхновых». Известен факт, что под действием каких-то еще достоверно не известных науке физических процессов некоторые звезды неожиданно взрываются. Эти взрывы сопровождаются выделением громадной энергии, в том числе появлением мощных потоков космических лучей.
Подсчитано, что за все время существования нашей планеты могло произойти около десяти вспышек сверхновых звезд, расположенных сравнительно близко от Земли. Все эти вспышки должны были повлечь за собой сильное космическое излучение, мощность которого могла стать настолько значительной, что оно сумело бы оказать существенное влияние на развитие жизни на Земле.
Отсюда родилась мысль, что гигантские ящеры погибли в результате усиления притока космических лучей, которое могло случиться вследствие вспышки одной из сверхновых звезд.
Но за всю историю Земли могло произойти всего десять подобных вспышек. Возраст Земли равен по крайней мере 5 млрд. лет, следовательно, на последние 600 млн. лет приходятся только одна-две вспышки новых звезд. А ведь за это время животный мир земного шара коренным образом изменялся по крайней мере 14 раз.
Гибель динозавров не представляет собой какого-то исключительного события в истории жизни; это лишь одно из проявлений закономерной смены растительных и животных групп. Если даже предположить, что древние животные действительно погибали от воздействия космических лучей, то почему тогда вымирание различных групп организмов обычно происходило неодновременно? Почему, например, космическое излучение не погубило других животных, живших рядом с динозаврами? Почему остались в живых млекопитающие, птицы, земноводные? Почему не погибла растительность на Земле? Ведь космические лучи вредны не только для животных, но и для растений.
Авторы гипотезы предполагали, что ее проверкой могло бы послужить палеонтологическое доказательство того, что динозавры вымерли на Земле повсеместно за время, не превышающее нескольких десятков тысяч лет. Но была ли гибель этой огромной группы организмов столь быстрой? Рассматривая земную историю сквозь призму времени, мы видим ее словно в перевернутый бинокль: чем дальше от наших дней, тем более сближенными кажутся нам события. Это обманчивое впечатление и заставило в прошлом веке сделать предположение об одновременности гибели динозавров.
Однако сейчас мы доподлинно знаем, что вымирание ящеров шло на протяжении долгого времени, исчисляемого не десятками тысяч, и даже не сотнями тысяч, а многими миллионами лет. Одни за другими уходили в небытие различные семейства, роды и виды древних пресмыкающихся. И только в сравнении с огромной длительностью общей истории планеты этот интервал времени представляется нам относительно кратким.
Поэтому специалисты-палеонтологи, которые призваны быть арбитрами при научной оценке подобных гипотез, не могли одобрить «звездную» версию гибели динозавров, не подтверждаемую ни палеонтологическими, ни геологическими материалами.
Достоверно установлено, что в развитии каждой группы органического мира существуют три последовательных этапа.
Первый этап - это зарождение новой группы животных или растений. На этой стадии представители юных групп немногочисленны, а их морфологические признаки, позволяющие проследить преемственность от предковых форм, как правило, необычны и выглядят экзотическими отклонениями от нормы, «узаконенной» предшествующей эволюцией. Количество таких организмов постепенно возрастает. Некоторые их признаки, оказавшиеся бесперспективными, природа отсеивает; другие признаки совершенствуются, а иногда даже обретают гипертрофированные формы. Этот этап, если можно так сказать, - детство и юность группы организмов.
Второй этап - молодость и зрелость органической группы. В это время резко умножается численность представителей эволюционирующей группы организмов, быстро растет их видовое многообразие. Животные (или растения) осваивают новые территории и приспосабливаются к различным условиям обитания. На этой же стадии в полной мере осуществляется биологическая специализация организмов, отражающая сложный комплекс их взаимоотношений с внешней средой.
Третий этап - это своеобразная старость группы. На этой стадии организмы как бы утрачивают способность действенно реагировать на перемены, происходящие в окружающем мире, лишаются своей биологической «пластичности» и словно теряют умение вырабатывать приспособительные свойства, которые позволяли бы им переносить изменения внешних условий.
Мы знаем теперь, что вырождение и вымирание больших групп животных и растений происходит не мгновенно, а на протяжении довольно значительного отрезка времени, длительность которого составляет для животных миллионы лет, а для растений - даже десятки миллионов лет. Так, группа динозавров начинает приходить в упадок во второй половине мелового периода и вымирает только в самом его конце, т. е. это продолжалось 30-40 млн. лет. Значит, гибель этих животных, по-видимому, не могла быть следствием ни быстрого изменения температуры, ни тем более усиления притока космических лучей.
Сходная закономерность прослежена на примере многих вымерших групп фауны и флоры. Но знание этого не дает ответа на вопрос: в чем именно выражались изменения среды, приводившие к преобразованиям органического мира? Что это были за изменения? В качестве объяснения причин вымирания отдельных групп организмов выдвигались гипотезы о повышении радиоактивности; о колебаниях прозрачности воздуха в связи с обильным выбросом вулканического пепла в эпохи горообразовании; о возникновении дегенеративных мутаций под воздействием палеогеографических обстановок, климатических условий и питательной среды организмов; о скачкообразных изменениях солевого режима водоемов... Но ни одна из этих гипотез не позволяла оценить продолжительность превращений животного мира.
Как известно, наша планета окружена газовой оболочкой - атмосферой. Атмосфера Земли представляет собой смесь нескольких газов. Главенствующую роль среди них играют азот, кислород и аргон. На долю азота приходится около 3/4 объема всей атмосферы, кислород составляет приблизительно 1/5, аргон-около 1/100. Подчиненное значение в составе воздуха имеют углекислый газ и пары воды. Есть в атмосфере и другие газы, но они содержатся в ничтожных количествах.
Газовый состав атмосферы, на первый взгляд, кажется постоянным. Но он не всегда был таким, как сейчас. С помощью различных методов исследования достоверно установлено, что на протяжении истории Земли соотношение газов, входящих в состав воздуха, сильно изменялось.
В современной атмосфере первое место занимает азот, на втором месте стоит кислород, на третьем - аргон, на четвертом - углекислый газ. Но если бы мы могли пере-.лестись^ на миллионы и миллиарды лет назад, перед нами предстала бы совершенно иная картина. В прошлые геологические периоды атмосфера содержала в сотни раз больше углекислого газа, чем ныне. Зато кислорода было мало. И чем дальше в глубь истории Земли, тем больше углекислого газа было в составе воздуха.
Правда, есть предположения, что первичная атмосфера состояла в основном из метана и аммиака. Но расчеты показывают, что и в этом случае химические процессы неизбежно должны были привести к замещению этих газов азотом и диоксидом углерода (СО2).
4 млрд. лет назад кислород, по-видимому, почти совсем отсутствовал в атмосфере, а первое место по объему занимал углекислый газ. Затем кислород стал постепенно накапливаться в воздухе, а углекислого газа становилось все меньше и меньше, пока, наконец, атмосфера Земли не приобрела свой нынешний состав. Этому в значительной степени способствовало развитие на Земле зеленой растительности.
Молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Растения в процессе питания поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его на углерод и кислород. Благодаря наличию в листьях зеленого вещества - хлорофилла - растения могут под действием солнечной энергии усваивать взятый из воздуха углерод и образовывать органические вещества. Эти вещества остаются в теле растений, а кислород выделяется обратно в атмосферу.
Процесс, в результате которого углекислый газ преобразуется в органическое вещество, получил название фотосинтеза. При фотосинтезе зеленые растения выделяют в атмосферу громадное количество кислорода, спасая современные города от удушья и придавая лесному воздуху его живительную свежесть.
Если подсчитать, сколько кислорода освобождается растениями в ходе фотосинтеза, то окажется, что вся растительность земного шара (включая водоросли) ежегодно выделяет в атмосферу 430 млрд. т кислорода.
Подобно всем другим живым организмам, растения не только питаются, но и дышат. При дыхании они поглощают кислород и выдыхают углекислый газ. Процессы фотосинтеза могут протекать только под действием солнечного света. Поэтому растения способны выделять кислород лишь в дневное время, причем в освещенную часть суток они настолько интенсивно поглощают углекислый газ для питания, что дыхание у них становится совершенно незаметным. Зато ночью наблюдается обратное явление: зеленые листья начинают в большом количестве выдыхать углекислый газ, поглощая кислород воздуха. По этой причине и не рекомендуется спать ночью в закрытом помещении, в котором много комнатных растений, так как при отсутствии вентиляции в комнате может скопиться опасное для человеческого организма количество углекислого газа.
Для питания растениям требуется очень много углекислого газа. Они поглощают 590 млрд. т этого газа в год, очищая тем самым воздух. Но при дыхании выделяется углекислого газа значительно меньше. И разница между поглощенным и выдохнутым углекислым газом используется растением для строительства своего организма.
Однако проходит какое-то время, и растение погибает. Оно начинает гнить, разлагаться и вскоре от него не остается ничего, кроме горстки минеральных солей. Это значит, что все атомы углерода, из которых был построен организм растения, соединились с кислородом воздуха и вновь образовали углекислый газ; получилось то же самое количество углекислого газа, которое было некогда изъято живым растением из атмосферы.
Долгое время считалось, да и сейчас некоторые исследователи придерживаются такой точки зрения, что атмосфера Земли очистилась от углекислого газа и обогатилась кислородом благодаря «асимметрии» процесса дыхания и газового питания растений. Но уже в середине прошлого века появились серьезные возражения против этой гипотезы.
Если подсчитать, сколько углекислого газа было поглощено растением в результате фотосинтеза и сколько его было выделено в сумме при дыхании живого растения и разложении уже погибшего, то окажется, что эти величины будут равны между собой. Точно так же обстоит дело и с кислородом: при фотосинтезе его выделяется ровно столько, сколько в сумме используется для дыхания живого растения и идет на окисление после его гибели.
Тем не менее кислород все-таки постепенно накапливается в атмосфере. Почему же это происходит? Оказывается, не всегда после смерти растения углерод, входивший в состав его тканей, возвращается в атмосферу. Иногда погибшие растения попадают в такие условия, где доступ кислорода к ним бывает затруднен или вообще невозможен. Например, стволы деревьев могут упасть на дно озера и покрыться толщей глинистых наносов. В подобных случаях отмершие растения не гниют, а либо обугливаются, либо испытывают целый ряд других сложных химических преобразований, в результате которых получаются залежи каменного угля, торфа и других горючих полезных ископаемых.
Если провести, например, химический анализ каменного угля, то мы увидим, что эта порода состоит почти целиком из чистого углерода. Значит, кислород, который после гибели растения должен был соединиться с атомами углерода, не попал в круговорот и остался в атмосфере.
Академик Владимир Иванович Вернадский заметил, что количество углерода, содержащегося в горючих полезных ископаемых и известняковых породах, соответствует количеству свободного кислорода в атмосфере. Это дает возможность предположить, что накопление кислорода в атмосфере зависит от накопления горючих ископаемых, или, как их называют геологи, каустобиолитов.
Кислород начал накапливаться в атмосфере приблизительно 4 млрд. лет назад. Многие данные свидетельствуют о том, что примерно 700-800 млн. лет назад количества кислорода и углекислого газа в атмосфере, по-видимому, были равны между собой. Последующий отрезок времени, охватывающий геологическую историю Земли от кембрийского до четвертичного периода, характеризуется образованием в земной коре толщ каустобиолитов.
В конце 30-х годов ленинградский ученый, академик Павел Иванович Степанов составил интересную таблицу, в которой было показано, сколько каменного угля отлагалось на протяжении каждого геологического периода. Он установил, что накопление каменного угля происходило неравномерно. Периоды, для которых характерно образование большого количества залежей этой породы, чередуются с длительными отрезками времени, когда отложение ископаемых углей было ничтожно малым. Всего в истории Земли наблюдаются три максимума угленакопления - три эпохи, когда каменный уголь отлагался в толще земной коры особенно интенсивно.
Первая эпоха угленакопления охватывает середину и конец каменноугольного и весь пермский период. За это время образовалось около 40% всех известных запасов ископаемых углей. Вторая эпоха совпадает с юрским периодом и ранне-меловой эпохой, когда отложилось 5% всей массы каменного угля. Наконец, третий максимум угленакопления, начавшийся в меловом периоде, продолжился в палеогене и неогене. За этот отрезок времени отложилось более половины известного на земном шаре количества угля. Зато в остальные периоды образование угольных залежей происходило значительно слабее.
Десять лет спустя после выхода в свет работы Степанова советские ученые провели подсчеты, в результате которых выяснилось, что отложение других горючих ископаемых приблизительно подчиняется той же закономерности. Было установлено, что на протяжении палеозойской эры образовалось около 40, в мезозое - 10 и в кайнозое - 50% всех подсчитанных запасов каустобиолитов.
Но если накопление кислорода в атмосфере действительно зависит от формирования залежей горючих ископаемых, то значит, и кислород накапливался в воздухе не равномерно, а скачкообразно. И чем больше горючих ископаемых отлагалось на протяжении того или иного периода, тем больше углекислого газа изымалось за это время из атмосферы и тем больше кислорода должно было оставаться в воздухе.
Исходя из этого предположения можно составить график, на котором будет изображено изменение сботношения между кислородом и углекислым газом в атмосфере на протяжении истории Земли.
В настоящее время в атмосфере содержится 1 500 000 млрд. т кислорода. Для освобождения такого количества кислорода необходимо, чтобы из воздуха было изъято приблизительно 2 060 000 млрд. т углекислого газа. Можно предположить, что это количество углекислого газа и было первоначально в атмосфере.
Общепризнано, что в значительных количествах кислород появился в атмосфере около 2,5 млрд. лет назад. Горные породы, имеющие возраст около 2 млрд. лет, уже несут признаки сравнительно высокоорганизованной жизни. Таковы, например, сине-зеленые водоросли и простейшие формы грибов, найденные в безжелезистых кремнистых породах Южного Онтарио (Канада).
Минимальное содержание кислорода, при котором возможна жизнь воздуходышащих организмов, равно 1,5-2%. Зная это, можно допустить, что в такой обстановке и существовали обитатели Земли 2 млрд. лет назад. Если принять, что компоненты воздуха вели себя как идеальные газы, и если считать количество азота в атмосфере величиной постоянной, то для достижения парциального давления кислорода 2% в атмосферу должно было поступить 116 000 млрд. т кислорода в результате изъятия из нее 165 000 млрд. т углекислого газа.
До начала кембрийского периода увеличение количества кислорода в связи с усилением фотосинтеза, очевидно, протекало по возрастающей кривой. На фоне этого возрастания фиксируется крупный скачок в изменении соотношения между кислородом и углекислым газом, произошедший 700-800 млн. лет назад. По-видимому, с этого времени кислород стал преобладать над диоксидом углерода. Появление в позднем докембрии представителей животного мира может косвенным образом свидетельствовать в пользу такого предположения.
Последующий этап геологической истории Земли характеризуется ступенчатыми изменениями состава атмосферы. Эти изменения пропорциональны накоплению в земной коре горючих ископаемых, и наиболее резкие из них приурочены к тем периодам, на протяжении которых образование каустобиолитов достигало наибольшей интенсивности, т. е. к каменноугольному, юрскому, меловому, палеогеновому и неогеновому периодам.
В наши дни хозяйственная деятельность человека существенно нарушает ход природных процессов и приводит к возрастанию количества углекислого газа в атмосфере. Однако на расчетах для минувших геологических эпох это не сказывается.
А теперь вновь обратимся к палеонтологии. Биологи и палеонтологи широко используют старинный принцип составления родословных. Исследователи рисуют «родословное дерево», по которому можно проследить происхождение и развитие той или иной группы животных или растений. Каждому известно, например, родословное дерево позвоночных. В упрощенном виде оно выглядит совсем несложно. От рыб произошли земноводные. Земноводные дали начало пресмыкающимся. Пресмыкающиеся явились родоначальниками птиц и млекопитающих.