Кембрийский рифостроящий организм Chabakovia (Rhizaria) со скелетом из магнезиального кальцита; Южный Урал, Оренбургская обл.; 520 миллионов лет. Палеонтологический институт РАН
Дело в том, что в такие времена содержание в атмосфере углекислого газа в два-три и более раза превышало нынешнее. А поскольку воздушная оболочка Земли тесно взаимодействует с жидкой, то и океан пополнялся углекислым газом. Газ, реагируя с водой, образовывал нестойкую угольную кислоту, которая быстро распадалась на ионы водорода и бикарбоната, а последний — на ионы карбоната и водорода [СO2+Н2O <-> Н2СO3 <-> H++ HCO3- <-> 2Н++ С032-]. Избыток ионов водорода подкисливал морскую воду. Если, скажем, их содержание в океане было в два раза выше нынешнего, то водная среда из нейтрального состояния переходила в кислое и арагонитовые, а также магнезиально кальцитовые скелеты, если они были плохо изолированы от водной среды органическими оболочками, начинали растворяться еще при жизни своих владельцев.
Раковина современной улитки Crysomallon squamiferum (диаметр 3,5 сантиметра), обитающей среди черных курильщиков, построена из железа и серы; Индийский океан. Шведский музей естественной истории, Стокгольм (предоставлено Андерсом Вареном)
Кальцитовый панцирь кембрийского членистоногого трилобита Aldonaia ornata (длина 3 сантиметра); река Лена, Республика Саха (Якутия); 515 миллионов лет. Палеонтологический институт РАН
Раковины палеогеновых улиток из арагонита (высота до 50 сантиметров); Пиренеи, Арагон, Испания; 65–30 миллионов лет. Музей Сантьяго Лафарга, Барбастро
Такие эпохи массового растворения, связанные с наступлением теплой эры, случались примерно 500 и 200 миллионов лет назад. Коснулись эти события в основном водорослей, губок и кораллов, у которых минеральные скелеты не были достаточно изолированы от внешней среды. Кто-то приспособился к новым условиям, сменив скелет на более устойчивый — кальцитовый. Кто-то вовсе отказался от этой тяжелой ноши. Кто-то и совсем вымер. Нечто подобное происходит с современными рифами, строители которых — шестилучевые кораллы, зеленые и красные водоросли, пользуясь благами холодной эпохи, обходились «быстрорастворимыми» скелетами. Нынешний, пока незначительный, подъем уровня углекислого газа уже привел к сокращению площади рифостроения. По прогнозам некоторых биохимиков, если эта тенденция сохранится, то не пройдет и ста лет, как рифы в их современном виде исчезнут. Так, по крайней мере, рассчитали экологи Джон Гинотт из Института охраны моря в Сиэтле и Роберт Буддмейер из Канзасской геологической службы.
Другим важным источником изменений состава Мирового океана являются срединно-океанические хребты. Чем больше их протяженность, а этот показатель зависит от числа континентов, тем больше выделяется базальтовой лавы. Взаимодействуя с морской водой, свежий базальт поглощает ионы магния, и в самой воде остается больше ионов кальция. В итоге, как полагают геолог-тектонист Лоуренс Харди и палеонтолог Джордж Стенли из Университета имени Джона Хопкинса в Балтиморе, преимущество получают организмы с кальцитовым скелетом.
Оба этих явления — увеличение длины срединно-океа-нических хребтов и повышение уровня углекислого газа — взаимосвязаны. Рост подводных гор, сокращающий емкость океанических впадин, выталкивает излишки воды на окраины континентов. Этот процесс, кстати, в значительно большей степени влияет на рост уровня Мирового океана, чем пресловутое таяние ледников. Площадь суши сокращается, а вместе с ней и выходы горных пород с высоким содержанием кремнезема, на выветривание которых расходуется углекислый газ. В результате он накапливается в атмосфере все в больших объемах и растворяется в океане…
Когда внутри кисло
Сидячий и малоподвижный образ жизни не требует больших затрат энергии. Об этом каждый, наверное, и сам догадывается: при малоподвижном образе жизни мы накапливаем жир. А вот быстро плавающим и бегающим животным, особенно хищникам или тем, кому в сотые доли секунды нужно собраться, чтобы нанести сокрушительный удар жертве, требуется энергии немало. Рыба-меч, например, нападает на косяки мелкой рыбы на скорости 90 километров в час; гремучая змея делает смертельный выпад за четыре сотых секунды; рак-богомол разбивает или прокалывает защиту жертвы за две стотысячных доли секунды.
Что общего у рыб, змей и раков? Фосфатный скелет. У раков-богомолов фосфат в основном сосредоточен в ударном механизме — ногочелюсти. И это не случайно. При сокращениях поперечно-полосатых мышц, позволяющих развивать всему телу или отдельным органам запредельные скорости, в организме вырабатывается молочная кислота. Кислотность внутренней среды возрастает в че-тыре-пять раз, и скелет легко бы растворился, будь он известковым. Ихтиологи Джон Рубен из Университета штата Орегон и Алберт Беннетт из Калифорнийского университета (Ирвайн) выяснили это на опыте: вживляли в мышцы форели известковые и фосфатные пластинки. Известковые пластинки в отличие от фосфатных растворялись, стоило рыбе немного поплавать.
Если же обратиться к ископаемой летописи, то окажется, что предки всех позвоночных были активно плавающими хищниками с фосфатными зубами, а позднее и другими деталями скелета. Их образу жизни мы — потомки этих первых хищников — и обязаны своим слаборастворимым, прочным и в то же время удивительно гибким скелетом. А вот, скажем, ближайшие скелетные родственники позвоночных — иглокожие — предпочли в те же времена облегчить себе жизнь, соорудив скелет из магнезиальнокальцитовых пластинок. С тех пор и ползают неспешно по дну, не освоив ни суши, ни даже слегка опресненных водоемов.
