Голландский ученый с грозной фамилией ван Дам изрядно разворошил осиное гнездо современной палеонтологии. Возглавляемая им группа специалистов из Утрехтского университета и ряда испанских научных центров в середине октября представила в популярном журнале Nature сенсационные результаты кропотливого анализа огромного количества зубов ископаемых грызунов центральной части Пиренейского полуострова, навскидку вполне претендующие на открытие нобелевского калибра.
Яну ван Даму и его коллегам удалось сказать новое веское слово в астропалеонтологии, быстро набирающей силу синтетической области знаний, совмещающей химический анализ ископаемых останков земной фауны и флоры с изучением длинных рядов данных о периодических вариациях различных астрофизических характеристик нашей планеты. Главный вывод, к которому пришли голландско-испанские исследователи, заключается в том, что биологические циклы возникновения и исчезновения различных видов млекопитающих на протяжении, по крайней мере, последних 25 млн лет с большой степенью вероятности регулируются долгосрочными циклическими флуктуациями формы орбиты Земли и наклона земной оси.
Столь смелое утверждение делается пока лишь в отношении вышеупомянутых грызунов (мышей, крыс и проч.), поскольку проверить эту впечатляющую корреляцию на иных ископаемых животных и в иных регионах Земли еще не довелось. Сам Ян ван Дам, впрочем, полон уверенности в том, что она должна обнаружиться и у более крупных млекопитающих. Так, в одном из своих многочисленных интервью он заявил: «Я полагаю, что после того, как ученые внимательно сопоставят тот же набор данных по другим группам животных, они обнаружат аналогичную картину».
Три фактора Миланковича
Каким образом периодические изменения формы орбиты нашей планеты и ее «осевое покачивание» могут влиять на эволюционную динамику различных форм живых организмов? Как полагают ученые, подобная астробиорегуляция происходит благодаря инициируемым этими циклическими процессами переменам в климате Земли.
Что же касается конкретных механизмов влияния астрономических циклов на земной климат, их подробное теоретическое описание было сделано еще в конце 30-х — начале 40-х годов ХХ века в пионерских работах выдающегося югославского (сербского) астронома Милутина Миланковича (1897–1958).
Миланкович разработал стройную концепцию периодичности ледниковых периодов. В соответствии с его гипотезой, циклические изменения трех важнейших астрономических характеристик движения Земли (прецессии, нутации и эксцентриситета) приводят к периодическим колебаниям как абсолютной величины, так и регионального распределения по поверхности нашей планеты солнечной радиации.
Первая из этих трех астрономических характеристик, прецессия, — движение оси вращения Земли по конической поверхности (круговому конусу). Ось этого конуса перпендикулярна к плоскости земной орбиты, а угол между осью и образующей конуса (плоскостью эклиптики) составляет около 23°27'. Прецессия происходит от периодического изменения положения в пространстве оси вращения Земли под гравитационным влиянием Луны и Солнца. Вследствие прецессии «полюс мира» постепенно перемещается между различными звездами: так, в нашу эпоху он направлен на Полярную звезду, а примерно через 13 тыс. лет будет указывать на Вегу, и тогда в Северном полушарии январь станет самым летним месяцем, а в Южном, наоборот, будет соответствовать нормальной середине зимы (а еще через 13 тыс. лет все снова вернется к привычной для современности региональной картине времен года).
Вторая астрономическая переменная, нутация, — дополнительные небольшие колебания («покачивания») земной оси, накладывающиеся на ее прецессионное движение. Эти колебания обусловлены изменениями притяжения, оказываемого Луной, Солнцем и даже Юпитером на так называемый экваториальный избыток массы вращающейся Земли. Так, в настоящее время земная ось наклонена примерно на 23,5° к плоскости земной орбиты, а общий диапазон колебаний этой величины составляет от 22,1 до 24,5°.
И, наконец, третья составляющая, эксцентриситет, — изменения формы земной орбиты, связанные с гравитационным воздействием на движение Земли других планет Солнечной системы. Эксцентриситет характеризует степень вытянутости ее орбитального эллипса: в различные периоды вращения Земли ее орбита циклически меняется от почти круговой до вытянутой эллиптической.
Согласно современным расчетам, характерные частоты этих трех циклов (осцилляций) Миланковича составляют 26 тыс. лет для прецессии, 41 тыс. лет для нутации и 93 тыс. лет для эксцентриситета. И как полагал создатель новой астроклиматической теории, каждый из этих циклов, хотя и в неравной мере, влияет на количество солнечной энергии, полученной разными областями Земли, и, соответственно, на колебания температуры на ее поверхности. В наибольшей степени этот климатический эффект должен проявляться в те периоды, когда все три фактора Миланковича действуют однонаправленно (совпадают по фазам). К счастью, такие временные отрезки совпадения фаз случаются в истории Земли сравнительно редко (в остальное время они в той или иной степени компенсируют друг друга и не оказывают серьезного воздействия на общую климатическую динамику).
Гипотеза Миланковича позднее получила косвенное подтверждение благодаря анализу климатических ритмов при изучении ледового керна, глубоководных морских осадков, динамики содержания тяжелого изотопа кислорода и видового состава ряда морских организмов. Все эти исторические индикаторы подтвердили существование трех циклов изменения климатической системы с периодичностью, примерно соответствующей периодичности факторов Миланковича.
Средняя продолжительность больших эволюционных циклов видообразования/вымирания млекопитающих составляет около 2,5 млн лет
Анализ керна с антарктической станции «Восток» показал, что наиболее серьезные изменения климата Земли за последние 500 тыс. лет происходили с периодичностью 100 тыс. лет (цикл эксцентриситета), менее выраженные — с периодичностью 42 тыс. лет (цикл нутации), а самые небольшие — с периодичностью 24 тыс. лет (цикл прецессии). Причем за 500 тыс. лет были отмечены четыре продолжительных ледниковых периода, разделенные сравнительно короткими периодами существенного потепления.
Наконец, весьма интересный факт из значительно более глубокой истории нашей планеты удалось раскопать несколько лет назад группе американских геофизиков и палеонтологов, возглавляемой Джеймсом Захосом (Калифорнийский университет Санта-Крус). Захос и его коллеги обнаружили, что произошедшее на Земле примерно 23 млн лет назад общее резкое похолодание (новый ледниковый период) удивительным образом совпало с крайне редким сочетанием двух из трех экстремумов Миланковича: самой низкой точкой эксцентриситета земной орбиты (т. е. той фазой вращения нашей планеты, которая характеризуется практически круговой орбитой) и минимальным углом наклона земной оси (ее нутации).
Редкость подобного сочетания двух экстремумов объясняется тем, что далеко не в каждом цикле этих астрономических осцилляций они достигают своих крайних величин: значительно чаще все ограничивается куда более умеренными колебаниями значений внутри рядовых циклов. По расчетам астрофизиков, такие пики амплитудных вариаций по нутации возникают лишь раз в 1,25 млн лет, а по эксцентриситету — примерно один раз в 400 тыс. лет. Комментируя это открытие, Джеймс Захос сказал: «Конечно, я далеко не уверен, что наступившее 23 млн лет назад резкое похолодание, длившееся около 200 тыс. лет, целиком и полностью объясняется орбитальными аномалиями Земли. Однако такое двойное совпадение “минимальных пиков” по эксцентриситету и нутации — столь исключительное событие, что его полное временное соответствие климатическому экстремуму представляется нам заслуживающим самого пристального внимания».
Подарок астрофизическому лобби
Влияние астрономических «осцилляций Миланковича» на динамику климата Земли, пожалуй, уже можно считать вполне проверенным фактом. Но является ли это влияние определяющим, или оно все-таки лишь одно из многих (например, тех же циклов солнечной активности или, скажем, периодических взрывов ближайших сверхновых звезд).
Намного меньше единства в научном сообществе в оценке возможной корреляции между орбитально-осевыми циклами Земли и динамикой видообразования и вымирания живых организмов. Казалось бы, подобная зависимость должна, пускай и опосредованно, логически вытекать из описанных выше наблюдений и ретроспекций: цепочка «циклы Миланковича—изменения климата Земли—волны видобразования/исчезновения биоты» напрашивается почти сама собой.
Однако до сих пор все попытки обнаружить такую корреляцию были безуспешными.
Публикация Яна ван Дама в Nature — это, безусловно, долгожданный подарок всем членам астрофизического лобби в мировой палеонтологии. Группа ван Дама проделала большую аналитическую работу, вручную перелопатив около 80 тыс. больших и малых коренных зубов грызунов более чем из двухсот археологических участков Центральной Испании. По словам голландского ученого, «наш выбор испанских грызунов в качестве основных носителей исторической информации объяснялся довольно просто: во-первых, ископаемые останки этих животных встречаются в значительно большем количестве, чем останки крупных млекопитающих; во-вторых, осадочные отложения, содержащие эти останки, в изобилии представлены именно в центральной части нынешней Испании и, наконец, в-третьих, мы сэкономили немало времени на анализе благодаря тому, что часть работы уже была проделана ранее другими исследователями».
Создав обширную историческую базу данных по 132 видам этих грызунов и составив временную шкалу событий с контрольными точками каждые 100 тыс. лет на протяжении последних 22 млн лет, ученые обнаружили четкие циклические эволюционные волны «возникновение—подъем—упадок—гибель» по всем исследованным видам. Уже на этом первом этапе исследований ученые экспериментально подтвердили одну из ключевых гипотез современной палеонтологии, согласно которой средняя продолжительность больших эволюционных циклов видообразования/вымирания млекопитающих составляет около 2,5 млн лет. Кроме того, им удалось выявить и малые эволюционные циклы с длительностью порядка одного миллиона лет, которые также регулировали колебания численности грызунов.
Но, пожалуй, самый главный результат заключался в том, что, сопоставив полученную эволюционную динамическую картину с расчетными параметрами больших астрономических циклов Миланковича, палеонтологи обнаружили корреляцию между обоими эволюционными циклами (большим и малым) и долгосрочными циклами орбитальных экстремумов (вариации эксцентриситета со средней продолжительностью 2,37 млн лет) и экстремумов нутации (наклона земной оси — примерно 970 тыс. лет).
Влияние астрономических «осцилляций Миланковича» на динамику климата Земли уже можно считать вполне проверенным фактом
Именно эти мегаосцилляции Миланковича, пики которых достаточно четко совпадали с периодами глобального похолодания на Земле и быстрого роста приполярных ледников, по мнению ван Дама и являлись первопричиной циклического резкого уменьшения численности млекопитающих (или, по крайней мере, мелких грызунов на территории современной Испании) в исследованную эпоху.
Большинство проинтервьюированных различными СМИ независимых экспертов в данной области очень высоко оценили результаты, полученные группой ван Дама. Не высказал особых сомнений в результатах проделанной работы и научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Раутиан, в беседе с корреспондентом «Эксперта» отметивший, что «на качественном уровне такой корреляционный эффект почти наверняка должен наблюдаться в природе. И, по всей видимости, в дальнейшем новые перепроверочные анализы по другим млекопитающим и другим местам их исторического обитания (помимо Испании) должны лишь дать более четкий ответ по количественным показателям этой корреляции. Если подобную корреляцию удалось обнаружить у грызунов, то у более крупных млекопитающих этот эффект с высокой долей вероятности должен проявляться куда резче, поскольку благодаря своей большей биомассе и меньшей численности особей они намного сильнее подвержены неблагоприятным внешним изменениям среды обитания».
В то же время необходимо уточнить, что впервые экспериментально обнаруженные ван Дамом и его коллегами «астрофизические закономерности» эволюционной видовой динамики млекопитающих в последние 20 с лишним миллионов лет, разумеется, никоим образом не объясняют причины великих биокризисов (массовых вымираний земной фауны и флоры), которые время от времени, но без всякой видимой периодичности сотрясали нашу планету.
Как известно, в современной палеонтологии (а равно в смежных научных дисциплинах) до сих пор нет ни общепризнанной единой теории, объясняющей механизмы этих глобальных кризисов, ни единства во взглядах относительно отдельно взятых катастрофических эпизодов.
