Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Биологи оценивают разнообразие живых организмов по количеству видов и их сложности. Биоразнообразие связано с величиной территории (ареала), на которой распространен вид; чем больше территория, тем больше число видов. Но палеонтологам гораздо труднее определить ареал по палеонтологической летописи. Как уже упоминалось, ископаемые остатки представляют собой лишь малую часть всех организмов, живших в конкретное время, поэтому данные палеонтологической летописи неполны, а неполные данные оставляют пробелы в наших знаниях о том, какие существа обитали на Земле в любое данное время. Количество мест, где горные породы, содержащие ископаемые, обнажены или доступны, тоже ограничено. Для того чтобы компенсировать эти недостатки, геологи оценивают объем пород или обнажения, которые содержат ископаемые остатки. Более новый метод заключается в том, что палеонтологи проводят обратное вычисление влияния территории: на интерактивную карту наносят распределение ископаемых в зоне и используют программу анализа изображений для создания графиков, устанавливающих связь палеовидов с территорией[376]. Компьютерные модели и симуляции применяются также для того, чтобы определить количество видов в палеонтологической летописи на протяжении времени, и исследователи должны учитывать особенности процесса моделирования и работы моделей при анализе и корректировке палеонтологической летописи[377]. Такая система дает, в лучшем случае, приблизительную оценку, потому что, например, существа, которые не обитали на одной территории, могли фоссилизироваться вместе. Мертвые организмы легко могут переноситься речными потоками или наводнениями и оказаться вместе на прирусловых отмелях или в других местах отложения осадков.

В 1970-х гг. ученые в Морской биологической лаборатории Вудсхоулского океанографического института в Массачусетсе начали первые работы по сбору и определению количества видов на протяжении геологического времени. Знаменитые палеонтологи, включая Стивена Джея Гулда, Томаса Шопфа, Дэниела Зимберлоффа и Дэвида Раупа, встречались в этой лаборатории, проводили исследования и начали работать с компьютерными моделями, рассматривая палеовиды. Одним из аспирантов Гулда был Джон Сепкоски (1948–1999), которому Гулд поручил тяжелую задачу по составлению всемирной базы данных всех морских ископаемых организмов. Сепкоски трудился почти десять лет над созданием своего «Каталога семейств ископаемых морских организмов» (Compendium of Fossil Marine Families), который был опубликован в 1982 г., а в 1984 г. он представил свою кинетическую модель семейств ископаемых организмов[378]. В результате этой работы появилась ныне знаменитая «кривая Сепкоски», график, показывающий преобладание семейств морских животных на протяжении прошедших 600 млн лет. График демонстрирует увеличение видов фауны на протяжении геологической летописи с обрывами, которые связаны с вымираниями. Эти события соответствуют началу и окончанию трех больших эр фанерозоя.

В 1992 г. Джон Сепкоски выделил в общей сложности 4075 семейств морских животных[379]. Другие палеонтологи построили такие же графики для сухопутных позвоночных животных[380], растений[381] и беспозвоночных. Кривая Сепкоски указывает на пять массовых вымираний в фанерозое, при этом самое крупное произошло в конце пермского периода. Она также демонстрирует, что на протяжении геологической летописи биоразнообразие увеличивалось, несмотря на препятствия в связи с массовыми вымираниями. Другие исследователи провели статистическое исследование закономерностей в данных Сепкоски (см. цветную вклейку 7.2) и обнаружили, что существует цикл разнообразия длительностью 62 млн лет[382]. Палеонтологи продолжают изучать причины существования цикла.

Единая теория эволюции и ее история переплетены с хроникой геологии и ископаемых. Это один из трех всеобъемлющих принципов, характеризующих Землю, который прочно занимает место среди теорий-колоссов.

Объединяющие теории и будущее

Три всеобъемлющие теории, в самом полном смысле слова «теория», – геологического времени, тектоники плит и эволюции – уточнялись и подтверждались в результате проверки гипотез, обсуждений и споров и использовались для прогнозов. Таков научный метод в действии. Все три гипотезы сначала были сформулированы и разработаны в результате наблюдений, размышлений и постановки вопросов. Каждая из теорий впоследствии была подтверждена с помощью количественных методов.

Геологические исследования продолжаются и дополняют современное понимание каждой из объединяющих геологических теорий. По мере сбора все большего количества данных и информации геологи открывают все больше деталей, касающихся конкретных стратиграфических и геологических комплексов и их влияния на геологическое время.