Льюис Дартнелл
Происхождение. Как Земля создала нас
Из парника в морозильник
Нынешний период в жизни Земли – странное время. Около 80–90 % времени своего существования[75] наша планета была гораздо жарче, и периоды, когда у нее на полюсах сохраняются ледяные шапки, на самом деле скорее редкость. За последние 3 миллиарда лет периодов, когда на планете было заметное количество льда, выдалось всего шесть[76]. Но последние 55 миллионов лет Земля плавно остывает, и глобальный климат из парника превратился в морозильник. Это получило название «кайнозойское похолодание» – по геологической эпохе, в которую оно происходит.
Слоеный пирог из разных горных пород у нас под ногами дает геологам возможность разделить долгую историю нашей планеты на разные эры, периоды и эпохи, которые часто называют по видам ископаемых остатков в соответствующем слое – они словно главы и параграфы в книге времен. Нынешняя эра – эра млекопитающих и покрытосеменных растений (к флоре и фауне нашей планеты мы вернемся в главе 3) – называется «кайнозой» (это означает «новая жизнь») и началась 66 миллионов лет назад с массового вымирания видов, ставшего концом мезозоя («средней жизни»), эры распространения динозавров. Нынешний период кайнозойской эры – четвертичный: для него характерны колебания климата между оледенением и межледниковыми фазами, с чем мы только что и познакомились. Если же разделять время на еще более тонкие слои, последняя эпоха четвертичного периода – это голоцен, наш нынешний межледниковый период, в который вместилась вся история человеческой цивилизации.
К концу мелового периода, перед самым массовым вымиранием динозавров 66 миллионов лет назад, на планете было жарко и влажно и даже в полярных регионах росли пышные леса. Уровень моря был, вероятно, на 300 метров выше нынешнего, поэтому половина площади континентов на планете была под водой: суша составляла всего 18 % поверхности Земли[77]. Теплая фаза продолжалась еще 10 миллионов лет, и ее кульминацией стал палеоцен-эоценовый термический максимум (о его значении мы подробно поговорим в главе 3) – он произошел 55,5 миллиона лет назад, до того, как в глобальном климате наметилась устойчивая тенденция к похолоданию. Около 35 миллионов лет назад первые нетающие льды появились в Антарктиде[78], с 20 до 15 миллионов лет назад сформировался ледниковый щит над Гренландией, а к началу четвертичного периода остывание перешло грань, за которой начала разрастаться ледяная шапка на Северном полюсе. Мы вошли в нынешнюю фазу перемежающихся ледниковых периодов[79].
Складывается впечатление, будто Земля решила остывать целеустремленно и приложила для этого усилия. Какие же крупномасштабные планетарные процессы обеспечили это глобальное похолодание?
Некоторые газы, например метан и углекислый газ, а также водяной пар, в атмосфере ведут себя словно стеклянные панели в парнике: они пропускают видимый коротковолновой солнечный свет, который нагревает Землю, и блокируют длинноволновое инфракрасное излучение, испускаемое теплой поверхностью Земли. В результате парниковые газы удерживают тепловую энергию и не пропускают ее обратно в космос, то есть, в сущности, изолируют планету, что приводит к повышению температур. А значит, любой механизм, снижающий количество парниковых газов в воздухе, приведет к глобальному похолоданию.
Разделы геологической истории Земли
Изображение создано автором этой книги в программе Mathematica 11.0 на основании данных International Chronostratigraphic Chart, International Commission on Stratigraphy (https://www.icgc.cat/en/Public-Administration-and-Enterprises/Services/Geologia/Geologic-time-charts/International-Chronostratigraphic-Chart).
Как мы знаем из предыдущей главы, 55 миллионов лет назад танец континентов столкнул Индию с Евразией и от их столкновения воздвиглись Гималаи. С тех самых пор эта величественная горная цепь подвергалась яростному выветриванию из-за высотных ледников и дождей. Минералы скальных пород реагируют с углекислым газом, растворенным в дождевой воде, которая затем попадает в реки и стекает в океан, где морские обитатели строят из карбоната кальция свои раковины. Когда эти животные умирают, их раковины опускаются на морское дно и погружаются в грунт. Поэтому Гималаи постепенно разрушаются – по песчинке, – а углекислый газ в процессе отбирается из атмосферы. Это мощный механизм глубокой очистки воздуха от углекислого газа, однако и ему потребовалось 20 миллионов лет, чтобы снизить долю этого парникового газа в атмосфере с высоких показателей мелового периода до настолько низкого уровня, что на остывающей планете начали образовываться полярные льды[80].
Пока молодые Гималаи подвергались выветриванию, дрейф континентов сдвинул Антарктиду на ее нынешнее место над Южным полюсом, а Австралию и Южную Америку – к северу. В результате Антарктида оказалась изолированной, а вокруг всего полюса расчистился морской путь – огромный океанский ров, полностью огородивший южный континент. Вокруг Антарктиды наладилось мощное океаническое течение, перекрывшее доступ к ее берегам теплым океаническим течениям с экватора, отчего этот континент начал остывать. Первая постоянная ледяная шапка в Антарктиде начала формироваться около 35 миллионов лет назад[81].
Кроме того, тектоника плит передвинула остальные континенты таким образом, что основная масса суши сосредоточилась в Северном полушарии, а южная половина планеты превратилась почти целиком в открытый океан (к этой особенности мы вернемся в главе, когда поговорим о мощных ветрах в широтах под названием «ревущие сороковые»). Приблизительно в последние 30 миллионов лет 68 % Северного полушария составляли континенты, а к югу от экватора располагалась всего одна треть земной суши[82].
Такое «инь-янское» деление мира – скопление суши в Северном полушарии и покрытое океаном Южное – усиливает последствия сезонных колебаний солнечного тепла. Земля зимой остывает гораздо быстрее бурных океанских вод, поэтому толстые ледниковые щиты растут на суше гораздо лучше. Но хотя в целом бесспорно, что суша в основном сосредоточена в Северном полушарии, по воле случая у нашей планеты есть континент и на Южном полюсе, Антарктида, которая находится точно на нем, а Северный полюс, наоборот, покрыт океаном. Это объясняет, почему Южный полюс покрылся ледяной шапкой гораздо раньше своего северного собрата. Лед на Северном полюсе легче тает в океанской воде, поэтому лишь 2,6 миллиона лет назад климат стал холодным настолько, что лед больше не таял каждое лето и начал с годами накапливаться.
Последним и решающим геологическим фактором, создавшим современные условия морозильника, было формирование Панамского перешейка. Эта узкая полоска суши, соединяющая Северную и Южную Америку, также появилась в результате столкновения континентов: субдукция плит сначала создала цепочку вулканических островов, а затем подняла морское дно выше уровня воды. Проход между Тихим и Атлантическим океаном закрылся 2,8 миллиона лет назад[83], и в итоге экваториальное течение свернуло к югу и примкнуло к Гольфстриму, которое доставляет теплую воду к суше вокруг Северной Атлантики. Приток теплой воды несколько замедлил оледенение севера, однако воздух стал влажнее из-за испарений, а следовательно, зимой выпадало больше снега, что поспособствовало росту ледниковых щитов в Северном полушарии[84].
Формирующиеся ледяные шапки – сначала на Южном полюсе, затем на Северном – способствовали дальнейшему остыванию планеты, поскольку их белоснежная поверхность отражала в космос больше солнечных лучей: этот «эффект снежка» ученые называют петлей обратной связи. Остывающие моря удерживали больше углекислого газа из атмосферы, поэтому его уровень в воздухе продолжал снижаться, что ослабляло согревающий парниковый эффект[85].
Появление гор и их дальнейшее выветривание, приведшее с снижению уровня углекислого газа в воздухе, тектоника плит, изолировавшая Антарктиду на Южном полюсе и сформировавшая Панамский канал, который изменил закономерности циркуляции океанических вод, а также дрейф континентов, сосредоточивший всю остальную массу суши в одном полушарии, – все эти факторы в сочетании подтолкнули нас в сторону морозильника. Остывание нашей планеты до такой степени, чтобы на Северном полюсе 2,6 миллиона лет назад сформировались толстые льды, стало переломным моментом, после которого климат в целом утратил стабильность. Теперь всякий раз, когда циклы Миланковича приводили к легкому охлаждению Северного полюса, ледяная шапка разрасталась и накрывала Европу, Азию и Северную Америку, а на этих крупных массивах суши на севере создавались все условия, чтобы толстые покровы льда не таяли и сохранялись. Даже небольшой прирост площади белого льда усиливал отражение солнечных лучей, что вызывало дальнейшее похолодание, отчего процесс становился неконтролируемым: ледниковые щиты разрастались еще сильнее и накрывали еще больше океанских вод, что приводило к падению уровня моря.
Уверенная тенденция к похолоданию на планете в последние 55 миллионов лет кайнозойской эры оказала глубочайшее воздействие на нашу Землю и на нашу эволюцию. Как мы видели в предыдущей главе, оттого, что стало суше и холоднее, в Восточной Африке стало меньше лесов, их вытеснили травянистые пустоши, что поспособствовало эволюции гоминин. А быстрые колебания озер-усилителей рифтовой долины, вынудившие нас, как биологический вид, стать умнее и гибче, были связаны с ритмом прецессионного цикла Миланковича.
Примерно 100 000 лет назад условия на планете начали стабилизироваться. Наклон земной оси привел к тому, что лето в Северном полушарии совпадало с моментом, когда Земля находилась дальше всего от Солнца на эллиптической орбите, а значит, северное лето стало еще прохладнее. Лед после каждой зимы не успевал растаять и накапливался. Северные ледниковые щиты росли и наползали на юг – и Земля вступила в очередной ледниковый период.
А теперь поговорим о том, как последний ледниковый период и вызванное им падение уровня моря создали для нас прекрасные условия для распространения по всему миру. Все мы – дети Африки, но мы решили не оставаться в своей колыбели.
Исход
Около 60 000 лет назад наши предки начали понемногу покидать Африку и рассеиваться по соседним континентам. Какими именно маршрутами мы расселялись по планете и в какой именно момент оказывались на новых местах, трудно установить, поскольку ископаемые свидетельства очень фрагментарны и по ним зачастую трудно сказать, которая ветвь гоминин их оставила. Поэтому наши знания о распространении человечества в первую очередь основаны на изучении генетических особенностей первобытных племен, сохранившихся на Земле. Анализ ДНК и оценка частотности накопления мутаций в генетическом коде позволяют нам понять, как давно разные популяции разошлись друг с другом. Составление карты генетических вариаций по всему миру дает нам возможность узнать, когда люди появились в тех или иных регионах, и уже исходя из этого рассчитать древние миграционные пути.
В этой детективной работе нам особенно помогают два вида ДНК. В каждой клетке нашего организма есть крошечные органеллы митохондрии, которые управляют биохимическими реакциями, снабжающими организм энергией. Митохондрия – «энергетическая станция» клетки, и в них есть своя собственная кольцевая ДНК. При зачатии мы унаследовали только митохондрии материнской яйцеклетки, но не митохондрии отцовского сперматозоида, поскольку митохондриальная ДНК передается строго по материнской линии, от матери к дочери. Анализ генетики митохондриальной ДНК и вычисление времени, за которое разные популяции разошлись друг с другом, позволяют нам проследить, в какой момент они еще были вместе, и дойти до той конкретной женщины, жившей в глубоком прошлом, от которой произошли все, кто живет сегодня на планете. Нашу последнюю общую прародительницу по материнской линии прозвали «Митохондриальная Ева», и она жила в Африке примерно 150 000 лет назад. А если рассматривать Y-хромосому, которая передается от отца к сыну, можно дойти до нашего последнего мужчины-прародителя, которого прозвали «Y-хромосомный Адам». Датировать корень этого генетического древа сложнее, здесь больше неопределенности, но считается, что наш общий предок-мужчина жил 150 000–200 000 лет назад.
Это не означает, что тогда на свете жили только одна женщина и один мужчина, и, разумеется, не предполагает, что наши последние общие предки были знакомы: они жили в разное время и в разных местах (в этом смысле библейские имена могут вызвать ненужные ассоциации). Митохондриальная Ева (и аналогично Y-хромосомный Адам) сыграла такую важную роль в нашей жизни лишь потому, что у нее были дочери, у которых тоже были дочери – и так по прямой линии до всех ныне живущих людей, а другие ветви генеалогического древа по воле случая отмерли или не породили детей женского пола.
Самое поразительное открытие, которое принесли глобальные генетические исследования, – удивительная однородность человеческой расы. При всех поверхностных региональных различиях в цвете кожи и волос или форме черепа генетическое разнообразие среди 7,5 миллиарда человек, населяющих сегодня планету, на удивление мало[86]. В сущности, две группы шимпанзе, живущие на разных берегах какой-нибудь центральноафриканской реки, отличаются друг от друга с точки зрения генетики сильнее, чем люди с разных концов света[87]. Больше всего генетического разнообразия среди африканцев, поэтому даже если бы мы не находили никаких окаменелых костей и могли бы ориентироваться только на ДНК современного человека, все равно было бы очевидно, что Африка – наша родина и все мы расселились оттуда. Более того, генетические исследования показывают, что человечество во всем мире состоит из потомков одного исхода из Африки, а не нескольких волн миграции, и, вероятно, нашими предками были всего несколько тысяч древних мигрантов[88].
Современные люди, Homo sapiens, появились на Аравийском полуострове в период, когда местный климат стал более влажным, что пошло на пользу растительности[89]; они либо пришли с севера, через Синайский полуостров, либо предпочли южный маршрут – переплыли на плотах через Баб-эль-Мандебский пролив[90]. Когда наши предки начали распространяться в глубь Евразии, нам встречались другие виды гоминин, покинувшие Африку значительно раньше. Современные люди на Ближнем Востоке иногда скрещивались с неандертальцами, и у нас есть следы их ДНК, которые мы разнесли дальше по всему миру[91], – они составляют около 2 % генетического кода современных не-африканцев[92]. А поскольку у жителей современной Восточной Азии неандертальской ДНК больше, чем у европейцев, это заставляет предположить, что у людей по мере миграции на восток через Евразию была еще по крайней мере одна возможность скреститься с неандертальцами.
Несколько больше мы, по всей видимости, скрещивались с другим загадочным вымершим видом гоминин – так называемыми денисовцами; это произошло, когда мы двигались через Среднюю Азию. О денисовцах нам почти ничего не известно, от них до нас дошло лишь несколько зубов и фрагменты костей пальцев ноги и руки, обнаруженные в пещере в горах Алтая на границе Сибири и Монголии, и анализ ДНК показывает, что этот вид, вероятно, был родственным неандертальцам[93]. От денисовцев унаследовано от 4 до 6 % ДНК современных жителей Меланезии и Океании, а кроме того, они внесли небольшой вклад в генетический код американских индейцев[94]. Подумать только – когда-то существовал целый вид людей, живший рядом с нами несколько десятков тысяч лет, а мы ничего о нем не знаем – у нас есть только несколько фрагментов костей и следы ДНК, оставленные в нашем геноме. Был и еще более ранний вид гоминин, Homo erectus, который покинул Африку почти 2 миллиона лет назад[95] и добрался до Китая и Индонезии, но к тому времени, как люди расселились по Азии, он уже вымер. У коренных жителей Африки нет генетических следов ни неандертальцев, ни денисовцев.
Когда первые мигранты-люди осваивали новые места, их популяция росла и их потомки продолжали рассеяние. Крупным центром миграции был регион, где сейчас находятся Ирак и Иран: потоки миграции текли оттуда и в Европу, и во всю остальную Азию, и в Австралию, и в Южную и Северную Америку[96]. По всей видимости, сначала люди направились на восток, прошли по южной границе Евразии в Индию и Юго-Восточную Азию[97]; около 45 000 лет назад часть переселенцев свернула с этого пути, и так люди пришли в Европу[98]. Миграция на восток разделилась на два потока по обе стороны Гималаев – словно река, обходящая утес: одна группа двинулась на север через Сибирь, а оттуда в Северную и Южную Америку, а другая – на юг, через Юго-Восточную Азию в сторону Австралии. Заселение Южной Азии, видимо, прошло относительно быстро – это, вероятно, объясняется сходством тамошнего климата с Африкой южнее Сахары, так что мы оказались в Юго-Восточной Азии и Китае примерно 50 000–45 000 лет назад[99].
С полуострова Индокитай мы около 40 000 лет назад попали в Новую Гвинею и Австралию[100]. Поскольку уровень Мирового океана из-за климатических условий ледникового периода стоял тогда метров на сто ниже современного, окружавшие Индонезию мелкие моря были сушей. Индонезийский архипелаг был частью продолжения Юго-Восточной Азии, так называемого Сундаланда, а Австралия, Новая Гвинея и Тасмания – единым массивом суши под названием Сахул. Эти континенты разделял узкий пролив, усеянный цепочками островов, что помогло нам заселить этот юго-восточный уголок планеты[101].
Медленная волна расселения в конце концов добралась до северо-восточной оконечности Евразии, и именно здесь условия ледникового периода сыграли особенно важную роль в миграции человека – они позволили нам проложить путь в Америку.
Сегодня берега России и США разделяются 80-километровым Беринговым проливом, посреди которого расположены два острова Гвоздева[102]. В последний ледниковый период при понижении уровня моря Сибирь и Аляска соединялись перешейком, или сухопутным мостом, – сначала потянулись друг к другу мысами, будто нарисованные Микеланджело пальцы Адама и Господа на потолке Сикстинской капеллы, а потом соприкоснулись, и два огромных континента, Евразия и Америка, стали единым целым. Затем сухопутный мост расширялся и на максимуме оледенения, около 25 000 лет назад, был 1000 километров шириной с севера на юг.
Ледяного покрова на Беринговом сухопутном мосту не было, но природные условия там все равно сложились, прямо скажем, так себе: сухо и холодно, кругом образованные ветрами гряды наносов, возникшие в результате эрозии из-за ледников. Этот мост был бы просто огромной арктической свалкой, если бы на нем не росла неприхотливая зелень, которой питались животные – косматые мамонты, гигантские ленивцы и степные зубры, – а на них охотились саблезубые тигры.
Люди прошли через этот мост в Америку менее 20 000 лет назад[103]. Однако с противоположной стороны во время какого-то из предыдущих ледниковых периодов в Евразию пришли другие животные, и некоторые из них оказали определяющее воздействие на цивилизации на протяжении всей истории. И верблюд, и лошадь эволюционировали в Северной Америке и попали в Евразию через Берингов сухопутный мост, а на родине в итоге вымерли (к значению этих событий мы вернемся в главе 7).
Попав по Берингову сухопутному мосту на Аляску, люди расселились по обеим Америкам, когда ледники отступили. В это время основную часть Канады и значительную долю северных территорий США покрывали два колоссальных ледниковых щита – Кордильерский и Лаврентийский. Максимальная площадь Лаврентийского ледникового щита была больше всех сегодняшних антарктических льдов, и его купол возвышался над Гудзоновым заливом на целых четыре километра[104]. Чтобы обойти эти ледники по пути на юг, мигрантам, вероятно, пришлось двигаться по западному побережью, а может быть, они прошли между щитами по свободному ото льдов коридору[105]. Так или иначе, как только человечество благополучно оставило позади ледниковые щиты Северной Америки, а ледниковый период пошел на убыль, они быстро расселились по всему континенту. В Южную Америку через Панамский перешеек люди попали около 12 500 лет назад, а южной оконечности континента достигли еще через тысячу лет. Так человечество захватило весь земной шар.
Так ледниковый период и связанное с ним понижение уровня Мирового океана помогло заселить Америку. По пути через Европу и Азию наши предки вступали в контакт с неандертальцами и денисовцами, но здесь, в Америке, никаких коренных обитателей не было. Когда человечество перешло Берингов сухопутный мост и очутилось в новом мире, оно попало туда, куда не ступала нога человека[106].
Затем, около 11 000 лет назад, когда последний ледниковый период преодолел свой пик, потеплело и поднялся уровень моря, Берингов сухопутный мост в очередной раз скрылся под водой. Связь между Сибирью и Аляской прервалась, и Восточное и Западное полушария оказались отрезаны друг от друга. В следующий раз народы Старого и Нового Света встретились лишь через тысячи лет, в 1492 году, когда Колумб высадился на Карибских островах. Генетически схожие, но жившие в разных природных условиях, где в их распоряжении были разные животные и растения, эти изолированные популяции людей выстроили независимые цивилизации, однако оказались на удивление схожи во всем, что касалось окультуривания растений, одомашнивания животных и развития земледелия[107].
Вероятно, такое описание заставляет предположить, будто наше распространение было стремительным и даже целенаправленным переселением во все концы планеты: словно наши предки осознанно распрощались со своей родиной в Африке, отважно зашагали к горизонту, решительно стиснув зубы, и принялись систематически захватывать все укромные уголки континентов. Но было бы точнее говорить об этих перемещениях как о рассеянии: группы охотников-собирателей бродили туда-сюда по очень малозаселенной местности и медленно мигрировали в зависимости от смены времен года, а с течением лет при изменении местного климата уходили от холода и засухи, искали, где потеплее и повлажнее, где легче добывать пищу[108]. Мы дрейфовали все дальше и дальше в масштабах поколений. Скажем, распространение человека с Аравийского полуострова вдоль южного побережья Евразии до Китая совершалось в среднем со скоростью меньше полукилометра в год.
Однако в конце концов люди унаследовали Землю. Наши родичи-гоминины – неандертальцы и денисовцы – постепенно вымерли. Как мы знаем из предыдущей главы, вероятно, что люди просто победили в конкуренции, а не то чтобы охотились на своих родичей и убивали их, а возможно, неандертальцы и денисовцы не выдержали суровых условий в разгар ледникового периода.
Мир во время ледникового периода и пути миграции H. sapiens. Указаны примерные ареалы обитания неандертальцев и денисовцев
Изображение создано автором этой книги в программе Mathematica 11.0 на основании данных из Metspalu (2004), Krause (2007), McNeill (2012b) (Map 24.1) и Lopez (2015).
Последние неандертальцы исчезли в период от 40 000 до 24 000 лет назад, и мы остались единственным видом людей на Земле. Не прошло и 50 000 лет с тех пор, как мы покинули Африку, а мы уже колонизировали все континенты, кроме Антарктиды, и стали самым распространенным видом животных на планете. Мы покорили огонь, научились шить одежду и делать орудия труда, и это позволило нам, стае обезьян из саванны, населить все климатические зоны, от тропиков до тундры. Мы покинули создавшую нас среду и научились создавать собственные искусственные среды для обитания – хижины и усадьбы, деревни и города[109].
Казалось бы, странно, что вся эта глобальная экспансия шла при лютых морозах последнего ледникового периода, но на самом деле именно условия морозильника и позволили нам успешно расселиться по земному шару. Нарастание северных ледниковых щитов потребовало столько океанской воды, что из-за резко понизившегося уровня моря обнажились огромные площади континентального шельфа. Именно ледниковый период дал нам возможность пешком перейти через Берингов перешеек в Америку. Кроме того, понижение уровня моря означало, что земли, пригодной для заселения, стало гораздо больше – дополнительные 25 миллионов квадратных километров, что примерно равно площади современной Северной Америки[110].
Однако минувшие ледниковые периоды не только обеспечивали людям все возможности для распространения по земному шару: они привели и к другим далекоидущим последствиям для формирования среды нашего обитания и хода нашей истории.
