Растения могут вызвать оледенение

Британские биологи смогли смоделировать процесс, при котором рост и развитие растений могут вызвать на Земле очередное оледенение. Когда-то, в конце палеозойской эры, подобное уже произошло на нашей планете. И запустили этот процесс примитивные предки современных мохообразных. Вот уж действительно, правду говорят — мох хоть и мал, но очень силен.

Фото:

Большинство саморегулирующихся процессов на Земле идет по одной и той же схеме. Сначала происходит процесс с положительной обратной связью — когда результат лишь усиливает сам процесс. Потом в какой-то момент эта обратная связь меняется на отрицательную, и результат уже, наоборот, начинает всячески тормозить процесс. В итоге все, что называется, возвращается на "круги своя", правда, уже немножко в другом качестве.

Хороший пример такой балансовой саморегулирующейся модели — изменения, приводящие к оледенениям. Предпосылками его можно считать следующее — в атмосфере планеты всегда существует некий баланс между углекислым газом и кислородом. Если по каким-то причинам этот баланс смещается в сторону того, что количество первого возрастает, то начинается потепление, ведь СО₂ обладает парниковым действием, способным задерживать земное тепло. А при увеличении количества О₂, наоборот, создаются предпосылки для похолодания.

Можно рассмотреть эту ситуацию подробнее. Представим, что количество источников О₂ и утилизаторов углекислоты вдруг возросло. Соответственно, кислород начинает накапливаться в атмосфере. При этом парниковый эффект стремительно падает, поскольку тепло удерживать становиться некому, и оно уходит сквозь атмосферу в космос.

И в то же время повышение уровня кислорода создает условия для дальнейшего увеличения численности этого газа — ведь мы помним, что в основном ими являются растительные организмы, которые сами им и дышат. Значит, если стало больше кислорода, то стало больше и зеленого "народа", его производящего. А вот бактерий и грибов, производящих деструкцию отмерших частей растений, наоборот, становится меньше — они избыток кислорода не жалуют. В результате дополнительный источник углекислоты (она всегда вырабатывается при гниении), оказывается "заглушен", и останки растений хоронятся в виде торфа или угля.

Итак, как видим, пока процесс идет исключительно с положительной обратной связью. Это продолжается до тех пор, пока общая температура снизится настолько, что начнется похолодание. Оно, соответственно, вызовет оледенение, в процессе которого значительная часть растительных организмов погибнет.

Далее количество кислорода естественным образом снизится, бактерии и грибы вновь возьмутся за разрушение органики, выделяя при этом углекислоту, то есть обратная связь поменяется с положительной на отрицательную. В какой-то момент на планете опять потеплеет, льды растают, и жизнь вновь вернется в норму. Но, правда, с одним исключением — ряд организмов оледенение не переживет и исчезнет навсегда. А их место в экосистемах займут другие живые существа.

Палеонтологи давно предполагали, что что-то подобное и явилось причиной позднепалеозойских оледенений. Дополнительными источниками кислорода в то время были только-только появившиеся наземные растения (останки организмов, похожих на мхи, известны еще с позднего ордовика, то есть 444 миллиона лет тому назад, а первое настоящее наземное растение Cooksonia появилось на нашей планете в раннем силуре, 420-415 миллионов лет тому назад). Эти маленькие "станции" по производству кислорода достаточно быстро заселили береговую линию континентов и стали продвигаться вглубь, насыщая атмосферу полезным, но, увы, опасным для климата газом.

Самое интересное, что тогда на суше еще не было комплекса организмов, которые могли бы поедать эти растения (и тем самым регулировать их численность), а также тех, кто мог бы перерабатывать их отмершие тела, выделяя при этом углекислоту. Они появились намного позже — лишь в середине карбона (330-320 миллионов леттому назад). А до этого времени предки мхов продолжали безнаказанно "отравлять" атмосферу кислородом. В итоге, по расчетам ученых, средняя температура на планете опустилась аж на пять градусов Цельсия.

Но это еще не все. Добывая из породы необходимые им для жизни кальций, фосфор и железо, предки сосудистых растений запустили процесс береговой эрозии (не надо думать, что мох такой слабосильный — породу он разрушать умеет достаточно хорошо). В итоге воды, которые стекали в океаны, в конце девона изрядно обогатились этими элементами и вызвали бурный рост прибрежного фитопланктона. А он, в свою очередь, увеличил общую "выработку" кислорода.

Правда, уже в середине карбона этот процесс был блокирован только возникшими и распространившимися на суше древовидными папоротниками, плаунами и древними голосеменными — их мощные корни остановили эрозию и смыв в океан питательных веществ. Однако дело было уже сделано — температура, по расчетам палеоклиматологов, в среднем опустилась еще на три градуса Цельсия (правда, случилось это уже в конце карбона, 299 миллионов лет тому назад).

В итоге планета, устав от такого "безобразия", быстренько "организовала" серию оледенений (то есть положительная обратная связь поменялась на отрицательную). Эти оледенения "аукнулись" массовыми вымираниями в перми и начале триаса (именно тогда, кстати, вымерли последние "пионеры" заселения суши, которые до этого все-таки как-то ютились среди сменивших их древовидных папоротников, плаунов и голосеменных).

Уже к середине триаса все вошло в норму — буйству растительности положили конец уцелевшие при всех оледенениях животные и сформировавшийся комплекс деструкторов из грибов и бактерий. Поэтому-то мезозойская эра ни одного оледенения и не знала — растительные "диверсии" на суше уже было кому пресекать.

Такова приблизительная схема процессов, приведших к изменению климата в конце палеозойской эры. Однако долгое время она считалась чисто умозрительной — никто не предлагал проверить эту гипотезу экспериментально. И вот недавно группа биологов из университетов Эксетера и Оксфорда решили проверить, так ли все было на самом деле.

В качестве объекта данного исследования был выбран современный мох Physcomitrella patens, весьма похожий на предковые формы современных наземных растений. Ученые поместили в инкубаторы несколько фрагментов породы, часть которых была заселена мхом. Атмосфера в этих инкубаторах была примерно такой же по составу, как и в начале силура — то есть с доминированием углекислоты. В течение более чем трех месяцев биологи оценивали влияние жизнедеятельности мха на состояние породы, выраженность химической эрозии и изменения состава воздуха.

В результате выяснилось, что деятельность мха действительно кардинально изменила соотношение газов воздухе (О₂ стал доминировать), а также вызвала стремительную эрозию. Количество углекислоты же сильно уменьшилось — отчасти из-за того, что в инкубаторах отсутствовали животные, поедающие мох, а также грибы и бактерии, разлагающие его отмершие части. То есть всего за три месяца мох смог создать в камерах такие условия, при которых вполне могло начаться оледенение, если бы этот процесс происходил в масштабах всей планеты.

Итак, как видим, растения действительно способны "повернуть" климатический цикл в сторону похолодания. И хотя подобное было далеко не во все эпохи (раннепалеозойские и кайнозойские оледенения были вызваны совсем другими причинами, растения тут не причем), получается, что наша планета имеет мощный дополнительный "рычаг", нажав на который, можно остановить потепление. К тому же сейчас в результате деятельности человека множество растительноядных животных находится на грани вымирания, а загрязнение почв разрушает комплекс деструкторов из грибов и бактерий. Словом, ничто не мешает растениям начать вновь "безобразничать"…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"