Мелкие формы жизни владели биосферой на протяжении 3,5 млрд лет и во многом продолжают это делать. Понадобилось 3 млрд лет, чтобы дойти от «Луки» до первых экземпляров крупной жизни – первых многоклеточных, или метазоа. Это говорит о том, что создать многоклеточный организм – задача гораздо более трудная, чем сформировать прокариот. Значит, если жизнь во Вселенной распространена, многоклеточные в ней должны встречаться редко. Среди живых организмов это новый уровень и тип сложных сущностей.

Чтобы задуматься о создании многоклеточных, необходимо было множество молекулярных механизмов. Нужны были надежные способы соединять миллионы клеток в определенные структуры; требовались новые каналы связи между клетками, новые способы учить их определенным ролям, управлять ими и передавать между ними информацию и энергию. Нужно было оборудование, чтобы создавать крылья, глаза, челюсти, сердца, усики, щупальца, плавники, раковины, скелеты, а также – ведь крупные организмы воспринимали информацию, обрабатывали ее и реагировали на нее в гораздо больших объемах – мозги. Это обширная новая инфраструктура.

Чтобы построить это оборудование, нужно было время, так что для создания многоклеточных планете Земля потребовалось еще одно условие Златовласки – стабильность. Благоприятных для жизни условий недостаточно. Они должны еще и подолгу сохраняться, чтобы жизнь могла продолжать развиваться и экспериментировать. Хорошо бы иметь стабильное солнце – наше для этого как раз подходит. По звездным меркам оно – добропорядочный член общества, который вряд ли выкинет что-нибудь совсем уж неожиданное. На нестабильных орбитах случаются бешеные климатические колебания, так что хорошо иметь стабильную планетарную орбиту. Наша Земля этому требованию тоже отвечает. Необычно крупная Луна помогла стабилизировать ее орбиту и наклон оси. И, как мы видели, тектоника плит, эрозия, а затем и сама жизнь послужили термостатами, которые не позволяли температуре на поверхности Земли скакать слишком сильно.

Столько всего могло пойти не так. В звездной системе по соседству могла взорваться сверхновая. Могло случиться фатальное столкновение с другой планетой. Тем или иным образом наша Земля этих опасностей избежала и оставалась пригодной для жизни более 3 млрд лет. Этого оказалось достаточно для развития крупных форм жизни. А они действительно крупные. Для бактерии мы все равно что 830-метровый небоскреб Бурдж-Халифа в Дубае для муравья, ползущего у ног привратника.

После того как появились крупные формы жизни, они стали переделывать биосферу так же сильно, как и мелкие, но иначе. Многоклеточные заселили и преобразовали континенты. Большие растения перемололи горные породы в почвы, ускорили выветривание и превратили пыльные, каменистые поверхности молодой Земли с ее окаймленными строматолитами берегами в пышные экзотические сады, леса и саванны последнего полумиллиарда лет. Накачивая в воздух кислород, сухопутная зеленая растительность изменила атмосферу. Около 400 млн лет назад Земля стала привыкать к новой высокой норме содержания кислорода (более 15 % атмосферы в противовес старой норме, составлявшей менее 5 %) и низкому содержанию углекислого газа (несколько сотен, а не тысяч частей на миллион). Растения образовали новые ниши для животных, а грибы и бактерии вычищали, разлагали и перерабатывали для вторичного использования останки. Многоклеточные также изменили облик океана, наполнив его странными новыми созданиями от креветок до морских коньков, от осьминогов до синих китов.

В течение последнего миллиарда лет самые главные клеточные нововведения происходили не внутри клеток (здесь бóльшую часть работы сделали прокариоты), а в изменчивой архитектуре связей между ними. Первые многоклеточные состояли из клеток, слабо связанных друг с другом, как, например, в строматолите, где их миллиарды. Они были больше похожи на стадо, чем на организм. На самом деле многие бактерии демонстрируют стадное поведение, что говорит о некой зачаточной системе коммуникации. На практике это означает, что вычислительные сети каждой клетки соединены в вычислительную систему, строящуюся из множества отдельных клеток.

Возможно, некоторые из древних многоклеточных были многоклеточными на полставки, как современные слизевики. Диктиостелиум – амеба. Большую часть времени ее клетки ведут самостоятельную жизнь, но, когда не хватает питания, они тысячами собираются в слизистое скопление, более крупное образование, способное двигаться в поисках пищи. У этого скопления есть возможности, которых нет у отдельных особей, например оно способно перемещаться на большие расстояния к теплу и свету. А по ходу движения отдельные клетки могут меняться и брать на себя разные роли: кто-то превращается в споры, кто-то – в часть ножки или ступни. Диктиостелиум демонстрирует несколько важных вещей. Во-первых, многоклеточность возникала неоднократно и у некоторых групп организмов развивается прямо сейчас. Во-вторых, как и у живого в целом, у многоклеточных есть пограничная серая зона, организмы которой трудно классифицировать. В-третьих, многоклеточность приумножает вычислительные мощности отдельных клеток, повышая их способность обрабатывать информацию об окружающей среде.

В полноценных многоклеточных организмах все клетки специализированны и взаимозависимы, так что они не могут выжить поодиночке. На самом деле истинная многоклеточность – это крайняя форма симбиоза. При этом сотрудничество облегчает то, что большинство клеток здесь генетически идентичны. Они – одна семья. Так что каждая из них поддерживает своей работой весь организм и иногда даже жертвует жизнью во благо остальных. Клетки в самом деле часто самоуничтожаются, как пилоты-камикадзе, когда перестают хорошо работать или больше не нужны; этот процесс биологи называют апоптозом. Сегодня в вашем теле целых 50 млрд клеток покончат с собой через апоптоз.

Обмен информацией в многоклеточном организме так же важен, как в современном обществе. В основном межклеточное общение происходит с помощью местного аналога почтовой службы; молекулы-курьеры просачиваются через мембраны отдельных клеток и циркулируют между ними, разнося питание, предупреждения, информацию и приказы. Какая доля генома многоклеточных посвящена сотрудничеству, стало понятно, когда в 1998 году секвенировали первый такой геном. Он принадлежал червю Caenorhabditis elegans, в нервной системе которого ровно 302 нейрона. Оказалось, что около 90 % из его 18 891 гена у одноклеточных прокариот отсутствует, потому что задача этих генов – обеспечивать совместную работу клеток.

Клетки крупного организма действуют сообща, потому что у них одни и те же гены, но играют разные роли, потому что в определенных клетках активируются определенные из этих генов. Когда единственная оплодотворенная клетка делится и размножается, в новых клетках активируются разные части их общего генома, в зависимости от того, в каком месте развивающегося плода они оказались. Разнообразные гены определяют, какая у клетки будет структура и какая роль в организме. Управляет этим замечательным процессом развития небольшая группа так называемых мастер-генов (в которую входит, например, около 200 Hox-генов). Они играют роль прорабов. Обычные гены выполняют стандартные строительные работы, образуют какой-нибудь белок или активируют фермент, а мастер-гены, опираясь на архитектурный проект, заключенный в клеточной ДНК, решают, когда и куда пойдут определенные молекулы-рабочие. Мастер-ген раздает указания: «Эй, там, начинай выпускать отросток» или «Нет, ты клетка кости, а не нейрон». Так получаются мышечные, нервные клетки, клетки кожи, костей и вообще все 200 с чем-то разных клеточных типов, из которых состоит человеческое тело.

Мастер-гены у разных биологических видов удивительно похожи, поэтому можно предположить, что они относятся к древнейшему оснащению крупных форм жизни. Таракан отличается от какаду не самими мастер-генами, а тем, как именно они активируют другие гены. Таким образом, то, что у одного вида будет ногой, у другого может оказаться крылом, а то, что сначала напоминало головастика, может превратиться в синего кита. Если активировать гены в неправильном порядке, получатся монстры, например дрозофилы с лапками на лбу. Удивительное разнообразие многоклеточных организмов, которое можно наблюдать сегодня, объясняется разницей в архитектурных проектах, к которым обращаются мастер-гены.

Многоклеточные стали бурно развиваться лишь около миллиарда лет назад. Первыми из них, вероятно, были примитивные фотосинтезирующие водоросли, которые образовывали структуры, похожие на ламинарию. Но в конце протерозойского эона, около 600 млн лет назад, начался расцвет крупных форм жизни, когда миллионы метазоа стали осваивать многочисленные новые ниши и экспериментировать с образом жизни, что им позволяла их многоклеточность.

Развитие крупных форм жизни протекало в условиях экстремальных колебаний климата в конце протерозойского эона. Вероятнее всего, в результате роста уровня кислорода еще дважды образовывалась Земля-снежок. Около 700 млн лет назад началось такое серьезное похолодание, что в 1990 году геологи добавили к своей хронологии еще один период – криогений. Он стартовал около 720 млн лет назад и длился 85 млн лет. Ледники толщиной в километр расползлись по суше и океану; температуры на поверхности упали, возможно, до – 50 °C, а фотосинтез в основном остановился. Судьба всех живых организмов вновь висела на волоске.

Почему Земля замерзла? Возможно, примитивные водоросли, распространяясь по суше, сильно сократили количество углекислого газа, но свою роль могли сыграть и изменения в конфигурации материков. С начала протерозойского эона тектонические плиты периодически собирались в громадные суперконтиненты. Суперконтинент Колумбия достиг максимального размера около 1,8 млрд лет назад. Миллиард лет назад большинство материков соединились в другой суперконтинент, который сегодня называют Родинией. Распад Родинии привел к усложнению мировой географии и ускорил выветривание, а это могло вызвать падение содержания углекислого газа. Не исключено, что действовали и более бурные процессы. Так, возможно, внезапно сместилась ось вращения Земли, что должно было изменить положение всех материков относительно полюсов. Это называется катастрофическим сдвигом полюсов, и такие сдвиги за последние 3 млрд лет случались не меньше 30 раз. Геологическую икоту такого масштаба мог вызвать внезапный сдвиг огромных масс расплавленной магмы внутри Земли, а может быть, падение астероида.

Какой бы ни была причина, эти резкие изменения должны были подстегнуть ход эволюции жизни. Выжившие организмы снова сгрудились подо льдом возле трещин в земной коре, откуда просачивалась горячая магма. В этих биологических лагерях беженцев эволюция могла исследовать нестандартные дорожки, потому что в маленьких изолированных популяциях новые гены способны быстро распространяться. Определенно, эти странные миры могли быть свидетелями первых опытов с многоклеточностью.

Экстремальные холода закончились около 635 млн лет назад, и закончились внезапно. Парниковые газы из вулканов скопились подо льдом, а затем резко вырвались в атмосферу. Количество углекислого газа подскочило, а уровень кислорода упал гораздо ниже нынешнего. Поднялась температура, лед растаял, биосфера изменилась. В холодном темном мире криогения вызрело множество биологических новинок, благодаря которым стали возможны многоклеточные формы жизни, и теперь эти новинки вышли в теплеющий мир.

Первые надежные свидетельства о большом количестве многоклеточных относятся к эдиакарскому периоду, который начался примерно 635 млн лет назад и окончился около 540 млн лет назад. Здесь мы впервые видим три знакомые нам группы крупных организмов: растения, которые живут за счет фотосинтеза и потому обычно могут спокойно оставаться на месте и впитывать солнечный свет; грибы, которые питаются отходами, разлагая органические вещества; и животных, которым приходится быть внимательными и подвижными, потому что они выживают, охотясь и поедая другие организмы. С появлением огромного количества существ, которые получают энергию, употребляя другие организмы, биосфера стала более сложной, разнообразной и иерархичной, потому что энергия солнечного света теперь передавалась по разным трофическим уровням, от растений животным и грибам. Животным, например человеку, она достается бывшей в употреблении. Мы используем то, что сначала захватили растения, и к нам энергия попадает уже с большими утечками. Экологи говорят о пищевой цепочке, своеобразной очереди потребителей, в начале которой стоят растения, за ними травоядные (или существа, которые потребляют растения), затем хищники, которые могут есть травоядных, затем грибы, которые замыкают цепь, трапезничая мертвыми. Весь этот процесс приводит энтропию в полный восторг, потому что она на каждом этапе взимает мусорный налог. При переходе с одного трофического уровня на другой теряется около 90 % энергии, полученной при фотосинтезе, так что каждому следующему звену пищевой цепи ее достается гораздо меньше. Вследствие этого животных на Земле не так много, как растений, а хищников меньше, чем травоядных. Но грибы в любом случае не бедствуют, ведь они перерабатывают трупы.

Скорее всего, первые многоклеточные были растениями, потому что в их клетках были хлоропласты, и они могли проводить фотосинтез. Многоклеточные животные появились позже, поскольку находятся на более высоком уровне пищевой цепи, где энергии меньше, а им ее нужно больше, чтобы охотиться на пищу. Первые признаки многоклеточных животных можно найти в океанах эдиакарского периода.

Эдиакарский период назван в честь Эдиакарских холмов в Южной Австралии, где в 40-х годах XX века нашли первые останки этого времени. Палеонтологи обнаружили не менее сотни различных эдиакарских родов. Эти находки тогда стали неожиданностью, поскольку более века биологи считали, что первые крупные организмы появились в кембрийском периоде, который начался 540 млн лет назад и завершился 490 млн лет назад. Биологи пропустили эдиакарских существ, так как тела большинства из них были мягкими, как у нынешних губок, медуз и актиний, и они плохо каменели. Сегодня мы знаем о них в основном благодаря следам и тоннелям, которые они оставили за собой, пробираясь по дну эдиакарских морей, ползая по нему и прокапывая в нем норки. Вероятно, по океанам этого времени курсировали первые стрекающие и ктенофоры (считайте, что речь идет о медузах, хотя ими эти группы не ограничиваются). Для нас они важны, потому что это первые крупные организмы с нервными клетками, хотя еще и не собранными в единую нервную систему или мозг, а распределенными по всему телу, как нервная система современных беспозвоночных.

Биологи называют внезапное появление большого количества новых видов адаптивной радиацией. Это важное понятие. Нашлось новое биологическое приспособление – многоклеточность, – и теперь ее возможности испытывает множество разных эволюционных родов. Как это часто бывает с прототипами (вспомните первые безлошадные экипажи с двигателями внутреннего сгорания), многие новые модели не сохранились. Сегодня явные потомки есть лишь у нескольких эдиакарских видов, а большинство из них исчезли около 550 млн лет назад. Если вам кажется, что это говорит об эволюционной неудаче, стоит вспомнить, что человек пока что провел на Земле всего около 200 000 лет.

Можно сказать, что в эдиакарии прошли испытания многоклеточности. Последовавший за ним кембрийский период открывает фанерозойский эон, как его называют биологи, эон крупных форм жизни, который продолжается и в наши дни. В кембрийском периоде случилась вторая адаптивная радиация многоклеточных.

Окаменелости кембрийского периода первым определил английский ученый Адам Седжвик в середине XIX века. На тот момент кембрийские слои были самыми старыми из тех, в которых находили какие бы то ни было признаки жизни. В них встречалось много крупных окаменелостей, в основном трилобитов. Трилобиты были членистоногими, модулярными организмами с наружным скелетом, как современные насекомые и ракообразные. Кембрийские окаменелости хорошо сохранились, потому что у многих организмов имелись скелеты и раковины. Палеонтологам XIX века казалось, что живые существа возникли неожиданно, полностью сформировавшимися – к восторгу тех, кто верил в бога-творца. Теперь мы знаем, что жизнь на планете существовала уже 3,5 млрд лет, просто свидетельства этого было сложно увидеть. Кембрием открывается не жизнь на Земле, а пышная адаптивная радиация ее многоклеточных форм.

Разработки кембрийского периода оказались успешнее, чем эдиакарского, как будто здесь устранили несколько серьезных изъянов. Одним из самых удачных приемов этого времени оказалась модулярность. Соединяете модули тела, довольно похожие друг на друга, и получаете, скажем, существо вроде червя. Затем мастер-гены начинают модифицировать каждый модуль, так что один выпускает лапки или крылья, а другой превращается в голову со ртом, или усиками, или, может быть, мозгом. Даже у нас с вами тела модулярные, хотя наши модули уже настолько специализированны, что между ними трудно найти сходство.

Кембрийские разработки были так успешны, что все крупные группы (или филумы) крупных организмов, существующие сейчас, возникли в кембрийском периоде. Большинство из них показались на свет в течение захватывающего промежутка длиной в 10 млн лет, который начался 530 млн лет назад. Этот период (с точки зрения палеонтологии это доли секунды) вобрал в себя, пожалуй, время самых стремительных биологических нововведений за последние 600 млн лет.

В число кембрийских видов входят первые хордовые, или позвоночные. Это большой филум животных, к которому относимся и мы. Позвоночное похоже на трубку. У него всегда есть спинной мозг, передняя (где находится рот) и задняя часть (где находится анус). Есть и зачатки нервной системы. У первых позвоночных не было клубка нейронов, который мы называем мозгом, но были нервные системы с сотнями или тысячами переплетенных в сеть нервных клеток, способных обрабатывать большое количество информации от клеток органов чувств, а затем передавать решения другим органам, которые могли бы предпринимать соответствующие действия. Даже многоклеточные с простой нервной системой могут считывать гораздо больше информации, чем одноклеточные организмы, и реагировать на нее. Таким образом, кембрий также открывает эру, когда обработка информации стала сложнее и важнее. Современные морские беспозвоночные, ланцетники, у которых есть нервная система, но нет настоящего мозга, возможно, чем-то напоминают древнейших из наших позвоночных предков.

Удивительный темп эволюции в кембрийском периоде можно объяснить нестабильным климатом. Уровень кислорода снова стал расти и дал часть энергии, необходимой, чтобы образовались многоклеточные организмы. Но содержание углекислого газа росло гораздо быстрее и достигало значительно больших значений, чем сегодня. Это был теплый, влажный парниковый мир. Какие бы конкретно изменения ни происходили, резкие климатические и геологические перепады должны были ускорить эволюцию, привести к вымиранию многих видов и стимулировать развитие множества новых типов крупных организмов.

Подобно первопроходцам, которые переваливают через горный хребет, чтобы достичь новых земель, многоклеточность открыла для жизни новые возможности. Многоклеточные неоднократно исследовали их в ходе адаптивных радиаций. Новые формы жизни изменили земную кору, когда скелеты и раковины из карбоната кальция стали накапливаться и образовали толстые слои мела (вспомните белые Дуврские скалы). Крупные растения и животные двинулись на сушу, ускоряя выветривание и эрозию и перемалывая горные породы, в результате чего получились первые настоящие земные почвы. Наконец, хлорофилл в растительных клетках окрасил бóльшую часть суши в зеленый цвет.

Эти изменения проходили без той плавности и вальяжности, которых ожидали от эволюции Дарвин и его поколение. История крупных форм жизни скорее похожа на непредсказуемые и опасные американские горки. Падающие астероиды, внезапные сдвиги в недрах Земли, изменения в атмосфере планеты и мощные извержения вулканов толкали эволюцию по новым, неожиданным дорожкам. Нильс Элдридж и Стивен Джей Гулд в знаменитой статье 1972 года охарактеризовали ее как «прерывистую». Эволюция в фанерозое была похожа на солдатскую жизнь в стереотипном представлении: долгие периоды скуки прерывались мгновениями ужаса, жестокими и опасными для жизни. Их мощь больше всего проявлялась в периоды массовых вымираний.

Мы снова видим действие случайности и необходимости. В любой момент времени теоретически было возможно много разных сочетаний видов. Случайные события определили, какие из них действительно будут существовать. Во время массовых вымираний целые группы видов внезапно и, по-видимому, случайным образом исчезали. Массовое вымирание, как человеческие войны, наносило страшный урон. Особенно жестоко оно проходило для видов, приспособленных к определенным условиям, потому что у самых привередливых из них, таких как современные коалы, во времена быстрых перемен было мало пространства для маневра. Массовое вымирание также было беспощадно к самым крупным организмам, которым нужно больше пищи и которые слишком медленно размножаются, чтобы поспевать за резкими изменениями. В периоды массового вымирания тасовалась генетическая колода, освобождались новые эволюционные пространства для выживших и возникали условия для новых опытов. За этим следовали периоды адаптивной радиации, активных экспериментов, когда на массовый рынок меняющейся биосферы выпускались новые биологические продукты. Многие из более экзотических экспериментальных моделей быстро исчезали, закреплялись лишь самые успешные.

Первые массовые вымирания произошли еще в архейском эоне. Определенно, большая кислородная катастрофа 2,5 млрд лет назад убила множество бактерий, для которых кислород был ядовит. На самом деле, возможно, это было самым масштабным вымиранием из всех. Многие группы видов также исчезли в те периоды в конце протерозоя, когда возникала Земля-снежок, и, как мы знаем, в конце эдиакарского периода. С тех пор нам известно по меньшей мере пять периодов массового вымирания, когда уничтожалось больше половины существующих видов.

Кембрийский взрыв завершился серией вымираний, которые начались около 485 млн лет назад. Жертвой пали многие виды трилобитов. Эта же участь постигла множество более необычных кембрийских видов, останки которых были найдены в сланцах Бёрджес в Канаде и в регионе Чэнцзян в Китае. Ордовикский период 450 млн лет назад тоже окончился массовым вымиранием, в котором, возможно, исчезло 60 % всех родов.

Самое масштабное массовое вымирание произошло в конце пермского периода, 248 млн лет назад. На этот раз исчезло более 80 % всех родов, включая последних трилобитов. Точные причины этого вымирания остаются неясными. Возможно, его вызвал выплеск магмы, которая пробилась через кору мощными извержениями, подняв на воздух достаточно пепла, чтобы остановить фотосинтез. Сегодня подтверждения этому можно найти в Сибири, в большой вулканической области под названием Сибирские траппы. В результате извержений в атмосферу поступило огромное количество углекислого газа, так что, когда пыль улеглась, его уровень подскочил, содержание кислорода упало, а океаны нагрелись. Земля рыгнула, и биосфера содрогнулась. По некоторым оценкам, температура в океанах, возможно, достигла целых 38 °C – достаточно, чтобы убить большинство морских организмов и почти полностью прекратить в морях фотосинтез. Нагретые океаны могли удерживать меньше кислорода и поддерживать жизнь в меньших количествах, а клатраты – шары замерзшего метана, тающие в глубине их, – испускали, вероятно, огромные пузыри метана. Это было парниковое вымирание, здесь убивала жара, а не мороз. В экстремальном парниковом мире крупные организмы выживали только в более холодных полярных средах, на крайнем севере и юге огромного суперконтинента Пангеи.

На фоне резких изменений раннего фанерозоя зрела новая биосфера. В связи с распространением растений, грибов и животных на суше преобразилась поверхность Земли. Особенно важно было распространение фотосинтезирующих растений, потому что они поглощали гигантское количество углекислого газа и выделяли огромные объемы кислорода. Благодаря этому изменились настройки термостатов биосферы и возник новый климатический режим с более высоким содержанием кислорода и низким содержанием углерода, чем когда-либо ранее. По большому счету, этот режим длится до сих пор.

Колонизировать сушу было очень трудно – примерно как колонизировать новую планету. Жизнь развивалась и процветала в воде 3 млрд лет. Все клетки появились в соленых водоемах. Организмы плавали в жидкости, выделяли из нее необходимые газы и химикаты и вылавливали себе пищу. Вдали от воды им требовались вспомогательные системы, хитроумные, как космический скафандр. Нужна была плотная кожа, которая удерживала бы влагу и не давала телу высохнуть. При этом она должна была быть достаточно проницаемой, чтобы пропускать углекислый газ или кислород. Тут необходим тонкий баланс. Чтобы удовлетворить эти противоположные требования, листья используют крошечные поры, устьица, которые пропускают углекислый газ внутрь, а воде позволяют просачиваться наружу. Размер и количество устьиц зависит от окружающей температуры, влажности и содержания углекислого газа.

Как организмам размножаться вне воды? Как уберечь яйца или детенышей от страшной участи засыхания? Кроме того, вода обеспечивала плавучесть, которой на суше явно не хватает. Для крошечных насекомых, таких как блохи, это было не важно. Они слишком легкие, чтобы волноваться о гравитации, поэтому блоха может спокойно спрыгнуть со скалы. Но для крупных организмов гравитация все же была проблемой. Чтобы встать, им требовалась поддержка каркаса из костей или древесины. А стоя они нуждались в хитроумной водопроводной системе, по которой жидкость циркулировала бы вопреки гравитации так, чтобы поступать к каждой клеточке тела. Растения обеспечивали циркуляцию жидкости по корням и внутренним каналам, пользуясь способностью воды взбираться вверх по узким протокам с помощью капиллярного эффекта. У животных развились специальные насосы (они же сердца), которые помогают обеспечивать циркуляцию жидкостей и питательных веществ и удалять токсины.

Всерьез многоклеточные стали колонизировать сушу после позднего ордовикского вымирания, 450 млн лет назад. Именно тогда несколько бесстрашных групп растений и животных впервые выбрались из океанов на берег, вероятно воодушевленные мощным потоком энергии, который был вызван ростом содержания кислорода в атмосфере.

Первые сосудистые растения, по тканям которых могли циркулировать жидкость и питательные вещества, обнаружились на суше около 430 млн лет назад. Вскоре за ними последовали грибы и животные. Простые, похожие на скорпионов членистоногие уже могли процветать здесь тогда же, когда и первые сосудистые растения. Древнейшие амфибии точно расхаживали по земле 400 млн лет назад – так датированы ископаемые следы подобных животных в Ирландии и Польше. В амфибий превратились рыбы, способные дышать вне воды и ходить по мелководью высыхающих озер и рек, как современный рогозуб. Но всем им приходится оставаться рядом с водой, куда они откладывают яйца. Это были первые крупные сухопутные позвоночные. Некоторые из них были размером с нас с вами.

Сухопутные растения оказали особенно большое воздействие на атмосферу, потому что вдыхали углекислый газ и выдыхали кислород. Количество кислорода в атмосфере после ордовика быстро росло и увеличилось примерно с 5–10 % до уровня значительно выше нынешнего, вероятно до 35 %, а затем стабилизировалось. Начиная с отметки примерно в 370 млн лет назад уровень кислорода в атмосфере в основном составлял от 17 до 30 %. Нам это известно, потому что ученые видят свидетельства спонтанных пожаров на протяжении всего этого времени, а огонь не может вспыхнуть при содержании кислорода намного ниже 17 %. Вероятно, самым высоким оно было в пермский период (от 300 до 250 млн лет назад).

Одним из показателей роста уровня кислорода было появление коралловых рифов, которым его нужно очень много. Первые большие коралловые рифы появились в ордовике. На самом деле кораллы – это громадные симбиотические колонии крошечных, генетически идентичных беспозвоночных животных. С некоторой натяжкой их можно считать огромными расползшимися животными с жестким, но несколько бесформенным скелетом. В любом коралле живут колонии одноклеточных фотосинтезирующих организмов, которые поставляют ему энергию. Коралловые рифы предлагали уютное жилье многим крупным организмам, включая трилобитов, губки и моллюсков.

Рост уровня кислорода стимулировал в девонском периоде вторую волну колонизации суши многоклеточными, которая началась около 370 млн лет назад. Первые растения с древесными скелетами, позволявшими сопротивляться гравитации, появились около 375 млн лет назад, и вскоре после этого выросли первые леса. Путем фотосинтеза они расправились с огромным количеством углерода, так что, когда Земля зазеленела, уровень углекислого газа упал, наверное, до одной десятой от прежних значений. Первые леса оказали особенно большое воздействие, потому что на тот момент еще не было организмов, способных разлагать в древесине лигнин. Вот почему деревья каменноугольного периода (начался 360 млн лет назад и закончился 300 млн лет назад) в основном погребены в почве вместе с углеродом, который они высосали из атмосферы. Со временем они окаменели и превратились в угольные пласты, послужившие двигателем промышленной революции. Около 90 % нынешних залежей угля были захоронены в период высокого содержания кислорода, примерно 330–260 млн лет назад. При таком изобилии этого газа лесные пожары легко вспыхивали от удара молнии. Так что в каменноугольном и пермском периодах мир, несмотря на прохладу, вероятно, был пропитан едким запахом горящего леса, который невозможно уловить на других планетах Солнечной системы, потому что там недостаточно кислорода и нет источников древесного топлива, необходимых, чтобы мог распространиться огонь.

Каменноугольные леса, вероятно, повысили уровень фотосинтеза вдвое, а это фактически удвоило общий энергетический бюджет биосферы, благодаря чему смогло появиться множество новых организмов. Растения скорректировали работу геологического термостата Земли, потому что ускорили выветривание горных пород, перемалывая и превращая их в почвы, которым легче уносить захороненный углерод в океан; оттуда часть углерода ушла в мантию. Погребенный углерод уже не мог вступать в реакцию с кислородом и образовывать углекислый газ, так что уровень кислорода вырос. Таким образом, количество свободного кислорода в определенной мере зависит от количества углерода, ушедшего в мантию, то есть уровни атмосферного кислорода и углекислого газа стремятся двигаться в противоположных направлениях. Благодаря росту уровня кислорода также стали возможны новые химические реакции в коре, в результате чего возникли многие из 4000 разных типов минералов, которые сегодня можно найти на Земле.

С конца ордовика до начала пермского периода (450–300 млн лет назад) леса и сухопутные многоклеточные преобразовали поверхность Земли, озеленили континенты и перенастроили термостаты биосферы, в результате чего установился атмосферный режим позднего фанерозоя с высоким уровнем кислорода и низким содержанием углекислого газа.

Как и историю сложных явлений в целом, историю крупных форм жизни определяли случайность и необходимость. Колоссальную роль первой иллюстрируют массовые вымирания. Без них биосфера сегодня выглядела бы совершенно иначе. Но эволюция никогда не сводилась к случайным событиям. Одни изменения были более вероятны, чем другие. Таким образом, хотя история крупных форм жизни развивается по принципу серендипности, в ней есть и устойчивые тенденции, которые сохранялись, несмотря на смятение, вызванное падением астероидов, извержениями вулканов и массовыми вымираниями. Эти устойчивые тенденции для нас не менее важны, чем внезапные катастрофы.

Одной из таких тенденций было стремление к крупным размерам. В первую очередь оно вообще подарило нам многоклеточных. Оно же стимулировало развитие все более и более крупных организмов, потому что в эволюционном плане быть великаном часто оказывалось выгодно. В конце концов, на крупные организмы охотится меньше хищников. Попробуйте впиться зубами в синего кита! Кроме того, им нужно меньше пищи на единицу веса тела, и обычно им легче избежать катастрофического высыхания. Наконец, атмосферный режим с высоким содержанием кислорода, установившийся в начале фанерозойского эона, обеспечил дополнительную энергию, необходимую для поддержки больших многоклеточных организмов. По-видимому, очень большие существа особенно хорошо себя чувствовали при самых высоких уровнях кислорода, что обычно означает низкое содержание углекислого газа и более холодный климат. Это верно как для суши, так и для океана, потому что холодная вода может удержать больше кислорода, чем теплая.

Когда содержание кислорода выросло, во множестве разных эволюционных линий стали экспериментировать с телами побольше. В каменноугольном и пермском периодах появляются гигантские насекомые и позвоночные. В те времена можно было встретить стрекозу с размахом крыльев в полметра или существо вроде скорпиона длиной 90 сантиметров и весом 20 килограммов. Первые рептилии появились в каменноугольном периоде, который начался около 320 млн лет назад. Они относились к новой группе животных, амниотам, в число которых входят рептилии, птицы и млекопитающие. В отличие от амфибий амниоты могут размножаться вдали от воды, потому что их детеныши развиваются в защищенных яйцах, сумках или утробе. В конце концов среди рептилий оказались одни из самых крупных животных, которые когда-либо вышагивали, ковыляли, переваливались и скакали по суше.

За массовым вымиранием в конце пермского периода последовала новая адаптивная радиация в триасовом (250–200 млн лет назад). Здесь мы видим первых крупных динозавров (не все динозавры большие!). Но в позднем триасе уровень кислорода снова падает, мир нагревается, и большим многоклеточным жить становится труднее. Триасовый мир резко оборвался 200 млн лет назад еще одной парниковой катастрофой с массовым вымиранием. Выжившие династии динозавров развили очень эффективные механизмы дыхания для бедной кислородом среды. Возможно, эти механизмы способствовали бипедализму (вспомните тираннозавра и современных птиц), потому что у двуногих рептилий грудная клетка более раскрыта и движение не препятствует дыханию, как при ходьбе вразвалку, свойственной четвероногим рептилиям. В юрском периоде (200–150 млн лет назад) содержание кислорода снова выросло до нынешнего уровня. Динозавры снова увеличились в размерах. Самые крупные из них топали по Земле в позднем юрском и меловом периодах (160–65 млн лет назад). В их распоряжении были более эффективные легкие, чем у их триасовых предков, и они приводили в движение свои гигантские тела с помощью огромной энергии, которую можно было получить из богатой кислородом атмосферы.

Первые настоящие птицы появились в позднем юрском периоде. Они тоже жили за счет высокого уровня кислорода в атмосфере, потому что, как известно любому пилоту, для полета нужно много энергии. Останки археоптерикса, одного из древнейших птицеподобных созданий, нашли в Германии в 1861 году, всего через два года после публикации «Происхождения видов» Дарвина. Он жил около 150 млн лет назад и по размерам напоминал ворону. Эта находка послужила для Дарвина мощным свидетельством в пользу теории эволюции путем естественного отбора, потому что продемонстрировала переходный вид между рептилией и птицей. У археоптерикса было много птичьих свойств, но сохранились и характерные для рептилий, например когти, костяной хвост и зубы. Новейшие находки показали, что в меловом периоде возникло множество видов зубастых птиц, которые сосуществовали с летающими динозаврами.

Млекопитающие, как и другие амниоты (рептилии и птицы), тоже возникли после пермского вымирания. В конце концов и среди них появились великаны, но это случилось почти через 200 млн лет. До того они в основном вели скромную безвестную жизнь на задворках мира, где царили динозавры. На протяжении триаса, юрского и мелового периодов (250–65 млн лет назад) большинство млекопитающих были мелкими норными созданиями, примерно как современные грызуны.

Млекопитающие – класс теплокровных животных, родственный другим амниотам, рептилиям и птицам. Но у этого класса есть существенные отличия. Их мозг включает в себя неокортекс, которому они обязаны прекрасными вычислительными способностями. У них есть шерсть (да, даже у человека, хотя и меньше, чем у большинства других), и чаще всего они сильнее заботятся о потомстве. Млекопитающими животных нашего класса первым назвал Карл Линней, основатель современной таксономии, в связи с другой отличительной характеристикой: все они кормят своих детенышей молоком из молочных желез. Для палеонтологов самая явная отличительная черта их останков – это зубы. Даже у древнейших млекопитающих в нижних и верхних зубах есть углубления, благодаря которым те входят друг в друга и животные могут поедать новые виды пищи, пережевывая ее лучше, чем большинство рептилий.

Млекопитающим свойственна еще одна мощная эволюционная тенденция – к более сложной обработке информации. В целом это проявляется на протяжении всего фанерозоя, но среди животных особенно, и наиболее ярко среди млекопитающих.

Мы видели, что все живые организмы – информоядные. Они собирают информацию, перерабатывают ее и действуют соответственно ей. У примитивных организмов, включая прокариот, вторая стадия (обработка) присутствует в зачаточном виде, часто она практически сводится к действию выключателя, например: «Здесь слишком жарко, так что вращай жгутиком по часовой стрелке и быстро уходи». Простые рефлексы боли и удовольствия во многом эффективно управляют обработкой информации даже у примитивных многоклеточных.

Но, по мере того как организмы становились крупнее и сложнее, им нужно было все больше информации о том, что их окружает. Естественный отбор дал крупным организмам тягу к большему количеству информации, потому что ее качество оказывалось жизненно важно для их успеха. Вот почему головоломки «щекочут» человеческий мозг не хуже еды и секса. Кроме того, естественный отбор дал крупным организмам больше средств восприятия и больше их типов: для звука, давления, кислотности, света. Он также вызвал расширение репертуара возможных реакций. С увеличением количества и диапазона входящих и исходящих данных стадия обработки стала сложнее, и этой задаче оказалось отведено больше нервных клеток. У животных нервы стали собираться в узлы, ганглии, и мозги, образуя сети переключателей типа транзисторных, где соединяются сотни, миллионы или миллиарды нейронов, способных проводить вычисления параллельно. Это позволило моделировать важные свойства внешнего мира и даже возможное развитие событий в будущем. Ни одно из существ, у которых есть мозг (даже мы с вами), не взаимодействует с окружающей средой напрямую. Напротив, мы все живем в богатой виртуальной реальности, которую строят наши мозги. Они генерируют и постоянно обновляют карты самых важных свойств нашего тела и того, что его окружает, точно так же как современные климатологи моделируют окружающую среду с ее изменениями. Эти карты позволяют нам поддерживать гомеостаз. Они помогают большую часть времени правильно реагировать на бесконечный поток изменений, пронизывающий все вокруг нас.

У обладателей мозга принятие решений происходит на нескольких разных уровнях. Иногда решение требуется быстро, когда нет времени, чтобы тщательно все обдумать. Есть более медленные и громоздкие механизмы, зато они дают больше вариантов. Простые выключатели рецепторов боли управляют существенной долей поведения даже у самых сложных многоклеточных. Коснитесь рукой пламени, и вы ее отдернете прежде, чем успеете об этом подумать. Эмоции, которыми руководит лимбическая система, тоже позволяют быстро принимать решения, чаще всего правильные, создавая предрасположенности и предпочтения, которые формируют многие из этих решений. Чарльз Дарвин понимал, что эмоции – это средство принятия решений, которое развилось в процессе естественного отбора, чтобы помогать организму выжить. Антилопа, которой хочется обниматься со львами, вряд ли передаст свои гены потомству. Самые базовые эмоции, те, что хуже всего поддаются осознанному контролю, кажется, всплывают в нас, как пузырьки. Это страх и гнев, удивление и отвращение, а также, вероятно, чувство радости. Они склоняют нас к определенным реакциям и посылают химические сигналы, которые готовят тело к тому, чтобы бежать или сосредоточиться, напасть или обняться. Эмоции управляют принятием решений у всех животных с крупным мозгом, а некоторые из них, такие как страх, вероятно, есть у всех позвоночных и даже у ряда беспозвоночных, особенно у самых умных, например осьминогов. Эмоции создают предпочтения в области долгосрочных результатов и поведения, и эти предпочтения находятся за пределами человеческих понятий о смысле и этике.

То, что мы часто называем разумом, – это всего лишь один из многих биологических механизмов принятия решений. Он выносит резолюции по важным вопросам, если мозг достаточно большой, если хватает времени и если другие системы зашли в тупик и не могут дать четкого ответа. Нужно ли мне тратить столько энергии на бег, если на самом деле гонится за мной не лев? Исходят ли от моего соперника пустые угрозы, или я должен отреагировать?

Ощущения, эмоции и мышление вместе образуют внутренний субъективный мир, в котором живут все люди и, вероятно, многие другие виды с крупным мозгом. То, что мы называем сознанием, это, по-видимому, состояние резко сфокусированного внимания, к которому, как в суде, взывает мозг, когда нужно принимать новые, сложные и важные решения. Отсюда можно заключить, что в какой-то степени сознание есть у многих организмов, мозг которых достаточно велик, чтобы обеспечить необходимое рабочее пространство для принятия действительно сложных решений. Но в штатном режиме это не нужно.

Добавьте к этим системам принятия решений память, и вы получите основу сложного обучения, способность регистрировать результаты решений, принятых ранее, и использовать эти данные, чтобы усовершенствовать процесс в будущем. Так, рыбы-губанчики чистят зубы рыбам, которые легко могли бы съесть их. Но им приходится выучить, кто из клиентов их не съест и сможет предоставить бесплатное питание в щелях между зубов. Память может хранить результаты сознательных решений и использовать их для быстрой автоматической реакции. Если вы уже научились водить машину, вам не нужно мысленно прокручивать длинную последовательность действий при виде красного света. Тело просто проделывает их. Вы даже не заметите, как нога жмет на тормоз.

Эти сложные системы принятия решений и моделирования формировались на протяжении всего фанерозоя. Особенно ярко они развились у животных, потому что им приходится принимать гораздо больше решений, чем растениям. У большинства беспозвоночных нейронные сети по-прежнему распределены по всему телу, хотя часто скапливаются в определенных узлах, или ганглиях. Некоторые беспозвоночные, например осьминоги, построили из таких сетей мощные системы обработки информации; большинство нейронов осьминога сосредоточено в щупальцах. У позвоночных многие нейроны тоже проходят глубоко в тело, где поддерживают связь с клетками органов чувств и моторными клетками – исполнителями решений. Но когда средств восприятия стало больше, а обработка стала критичной, все больше нейронов начало сосредоточиваться в мозге, где они превратились в специализированных обработчиков информации. Обработка информации оказалась особенно важна для птиц и млекопитающих, которые сложно устроены и расходуют много энергии, хотя эти очень разные типы организмов развили разные подсистемы, чтобы управляться с большими объемами данных.

Тем, что обрабатывать информацию становилось все важнее, можно объяснить эволюцию и рост у млекопитающих коры – внешних серых слоев мозга. Кора обеспечивает большое пространство для вычислений и значительно увеличивает вычислительные возможности, поэтому у млекопитающих стало лучше получаться решать задачи в незнакомых ситуациях или когда другие системы принятия решений зашли в тупик. В конце концов у самых мозговитых из них развились системы общей обработки информации и решения задач, которые по сравнению с аналогичными системами у бактерий все равно что интернет по сравнению с деревянными счетами. Эволюция этих мощных систем в итоге должна была привести к информационному взрыву, который произошел благодаря нашему выдающемуся виду.

По-видимому, мозг млекопитающих долгое время уступал силе динозавров. А потом, 65 млн лет назад, в одно мгновение все изменилось.

Мир динозавров исчез всего за несколько часов, когда в Землю врезался астероид диаметром 10–15 километров. Его падение спровоцировало большое вымирание, в ходе которого исчезла примерно половина существующих родов. Геологи называют его «К-Т-вымирание», потому что оно произошло на границе двух периодов – мелового (который часто сокращенно обозначают буквой К от немецкого слова «мел» – Kreide) и третичного, как раньше называлась эра кайнозоя, начавшаяся 65 млн лет назад.

В момент удара астероид двигался со скоростью 30 км/с (около 100 000 км/ч), всего за несколько секунд преодолев земную атмосферу. Мы точно знаем, где он упал, – на месте кратера Чиксулуб на полуострове Юкатан в современной Мексике. Астероид испарился, проткнув земную кору, и оставил за собой кратер шириной почти 200 километров. Расплавленные горные породы поднялись в воздух и образовали пылевые облака, на много месяцев заслонившие Солнце. Испарялся известняк, выпуская в атмосферу фонтаны углекислого газа. На сотни километров вокруг места падения исчезло все живое. Еще на таком же расстоянии за пределами этой зоны в огненных бурях горели леса. В море цунами подняло водяную стену, которая обрушилась на берега Мексиканского залива, убив рыбу и динозавров на сотни километров вокруг. В формации Хелл-Крик в Монтане и Вайоминге можно найти останки рыб, жабры которых в результате падения астероида оказались набиты вулканическим стеклом.

На больших расстояниях непосредственное воздействие астероида оказалось не таким сильным. Но за несколько недель изменилась вся биосфера. Сажа блокировала солнечный свет, и началось то, что сегодня можно было бы назвать ядерной зимой. С неба лились дожди азотной кислоты, убивая большинство организмов, которые под них попадали. Поверхность Земли на год или два погрузилась в полную темноту, от чего остановился фотосинтез, связующий все живое с Солнцем. Когда пыль рассеялась и сквозь дымку стал пробиваться свет, Земля быстро нагрелась, потому что теперь в атмосфере было гораздо больше углекислого газа и метана. Через несколько лет после столкновения те из потерпевших, кто выжил, снова смогли фотосинтезировать и дышать, но им пришлось делать это в жарком парниковом мире.

Биосфере должны были понадобиться тысячи лет, чтобы вернуться в более-менее нормальное состояние. За это время, вероятно, половина существовавших ранее родов растений и животных исчезла. Как обычно при подобных кризисах, особенно сильно пострадали крупные виды, потому что им было нужно больше энергии, их самих было меньше и они размножались медленнее, чем более мелкие существа. Исчезли большие динозавры. Но современные птицы – потомки маленьких динозавров, части которых удалось все это пережить. Более мелкие организмы, например млекопитающие, подобные грызунам, справились лучше, и некоторые из них впоследствии стали нашими предками.

Первые свидетельства падения астероида собрал в горах Италии геолог Уолтер Альварес со своей группой. Ученые уже знали, что в конце мелового периода есть рубеж, до и после которого горные породы сильно отличаются друг от друга. Останки планктона под названием фораминиферы в больших количествах встречаются в более старых слоях, относящихся ко времени прямо перед этой датой, но затем исчезают. Было непонятно, сколько времени заняли изменения: десятки тысяч лет или всего лишь год-два. В 1977 году на участке возле Губбио в Италии группа Альвареса нашла огромное количество иридия, датированного самым концом мелового периода. Это было странно, потому что иридий на Земле встречается редко, хотя распространен в астероидах. Альварес и его коллеги также нашли большое его количество во многих других местах Италии, а теперь нам известно по меньшей мере сто таких мест во всем мире. Стало похоже, что иридий должен был принести с собой астероид. Это навело на предположение о катастрофе.

В те времена большинство геологов придерживались идеи, что все геологические изменения происходили постепенно, так что мало кто в это поверил. Ученые хотели прямого доказательства, неопровержимой геологической улики. Она появилась в 1990 году, когда показали, что Чиксулубский кратер как раз имеет нужный размер и возник в нужное время. После этого многие геологи стали соглашаться не только с тем, что динозавров смел с лица земли упавший астероид, но и с тем, что подобные катастрофы могли случиться в истории Земли множество раз. Да, есть свидетельства мощных извержений вулканов на рубеже К-Т, которые могли уже подорвать здоровье биосферы, но сейчас мало сомнений возникает в том, что именно астероид нанес смертельный удар.

После Чиксулуба возник мир, в котором сформировались наши предки-млекопитающие. Это мир кайнозойской эры, последние 65 млн лет истории Земли.

Человек – млекопитающее, и 90 % генов, или около 3 млрд пар оснований ДНК, мы делим с другими млекопитающими, от крыс до енотов. Где-то среди остальных 10 % нашей ДНК находятся гены, которые нас отличают.

Как и все млекопитающие, мы теплокровные, а значит, нам нужно больше энергии, чем рептилиям, чтобы температура тела оставалась высокой и мозг продолжал функционировать. Нам нужен мощный мозг – он должен изобретать массу экологических трюков, чтобы поддерживать эти большие потоки пищи и энергии. Первые подобные млекопитающим создания были не крупнее мыши, но, вероятно, уже вскармливали потомство, как современные млекопитающие, и уже обладали необычно большим мозгом относительно размеров тела. Базовое разделение на сумчатых (их детенышам нужна особая защита и питание, часто в сумке) и плацентарных млекопитающих (детеныши получают питание в утробе через плаценту) произошло не менее 170 млн лет назад.

На протяжении долгих 150 млн лет или около того, пока длились юрский и меловой периоды, большинство видов млекопитающих оставались мелкими и шныряли по залитому лунным светом подлеску. У них было множество форм. Одни были похожи на собак, например репеномам, существо достаточно крупное, чтобы есть мелких динозавров и их детенышей. Другие плавали, вернувшись в океан. Кто-то напоминал летучих мышей, кто-то ел насекомых, кто-то лазал по деревьям. Около 150 млн лет назад мир млекопитающих изменился благодаря эволюции новых типов растений, которые стали конкурировать с хвойными и папоротниками, до тех пор доминировавшими в растительном мире. Это были покрытосеменные растения, у которых есть плоды и цветки – сегодня они преобладают в зарослях и лесах, в парках и садах. Цветковые растения оказались питательной золотой жилой для млекопитающих, поскольку их зубы приспособлены к тому, чтобы пережевывать плоды и семена или многочисленных насекомых, которые сами едят цветковые растения или помогают их опылять.

Возможно, астероид, уничтоживший динозавров, убил и три четверти всех имевшихся видов млекопитающих. Но большинство из них оставались мелкими, так что некоторым удалось прорваться через эволюционный кризис. Когда планета вернулась в относительно нормальное состояние, те, кто выжил после Чиксулубского астероида, оказались в странном новом мире. С уходом динозавров открылись новые возможности. В результате новой эволюционной радиации выросло разнообразие млекопитающих, как сегодня бывает с предприятиями малого бизнеса, когда какая-нибудь большая корпорация в одну ночь объявляет себя банкротом. Многие их виды стали крупнее. Через полмиллиона лет уже существовали травоядные млекопитающие размером с корову и такие же хищники. Были здесь и приматы (от которых произошли мы), представители отряда млекопитающих, живущих на деревьях и питающихся фруктами. Хотя первые из них существовали уже при динозаврах, расцвета они достигли, лишь когда те ушли со сцены.

Прежде чем млекопитающие захватили Землю, пришлось пережить еще один кризис. Это был палеоцен-эоценовый термический максимум (для любителей сокращений, PETM) – ударное парниковое потепление, короткое и резкое, на границе палеоценовой и эоценовой эпох около 56 млн лет назад. Оно было достаточно опасным, чтобы привести к вымиранию множества видов. Сегодня PETM интересен тем, что это последний период стремительного парникового потепления в истории Земли, так что он может помочь разобраться в нынешних климатических изменениях. Параллели заставляют содрогнуться. Во времена PETM в атмосферу было выпущено примерно столько же углекислого газа, сколько сегодня выбрасывается при сжигании горючих ископаемых, и 56 млн лет назад это привело к повышению среднемировой температуры на 5–9 °C.

Чем было вызвано это внезапное потепление? Около 56–58 млн лет назад необычно активными были вулканы, и за счет вулканического углекислого газа выросло его содержание в атмосфере. Но затем очень быстро произошло что-то еще, в течение, возможно, всего 10 000 лет, примерно за то время, которое в истории человечества прошло с возникновения сельского хозяйства. К концу этого периода многие виды растений, животных и морских обитателей исчезли. Самое правдоподобное предположение сегодня состоит в том, что полярные океаны нагрелись достаточно, чтобы метановые клатраты (шарики замороженного метана, похожие на лед, но воспламеняющиеся, если поднести спичку) внезапно растаяли и выпустили большое количество метана, еще более мощного парникового газа, чем углекислый. При этом потепление могло произойти очень быстро. Если все было так, сегодня нам нужно крайне внимательно относиться к клатратам метана в современных полярных океанах.

После климатического скачка, продлившегося, вероятно, 200 000 лет, началось долгое, медленное снижение мировой температуры до более холодной, причем несколько раз случались краткие повороты вспять. Количество углекислого газа снова стало падать, а кислорода – расти. Разница в температуре между экваториальной и полярными зонами увеличилась, и по Арктике и Антарктике расползлись льды, запирая в ледниках воду, поэтому снизился уровень океана.

Отчасти похолодание вызвали изменения в цикле обращения Земли по орбите и в наклоне ее оси. Такие изменения называются циклами Миланковича в честь ученого, который первым их описал. Когда они произошли, с Солнца на Землю стало поступать немного другое количество энергии. Возможно, подействовали и тектонические процессы, когда расширился Атлантический океан и раскололся на отдельные современные материки большой южный континент Гондвана. Антарктика установилась на Южном полюсе, предоставив платформу для формирования огромных ледяных покровов, а северные континенты плавали по полярному океану, заслоняя область Северного полюса от теплых экваториальных течений. Тем временем в результате столкновения Индийской плиты с Азией поднялись Гималаи, что ускорило выветривание, причем углерод стал быстрее перемещаться из воздуха в море и в земную кору.

Возможно, живые организмы тоже способствовали охлаждению биосферы. В последние 30 млн лет с падением количества углекислого газа сформировались новые типы растений, в том числе травы, покрывающие современные саванны и пригородные лужайки. Травы использовали новую форму фотосинтеза – С₄-фотосинтез, который более эффективен, чем C₃-фотосинтез деревьев и кустарников, и потому откачивает из атмосферы больше углерода.

Какими бы ни были причины, похолодание, которое началось около 50 млн лет назад, продолжается и сегодня. Около 2,6 млн лет назад, в начале плейстоценовой эпохи, мир вступил в текущую фазу регулярных ледниковых периодов. Таким холодным он не был 250 млн лет, с тех пор как в конце пермского периода разделилась Пангея. 50 млн лет назад в зябком мире беспорядочных климатических изменений, пережившем динозавров и PETM, появились наши предки-приматы.