Кайнозойская эра – периоды, животные и развитие человека

Кайнозойская эра: 66 миллионов лет от мира после астероида до современности

Кайнозой – нынешняя эра фанерозойского эона. Она началась 66 миллионов лет назад после массового вымирания на границе мела и палеогена. За это время Земля перешла от тёплого мира без постоянных полярных ледяных щитов к планете с ледяной Антарктидой, арктическими льдами, травянистыми равнинами и человеком, способным менять климат и распространение видов.

Название происходит от греческих слов со значением «новая жизнь». Оно не означает, что биосфера возникла заново. Кайнозойские сообщества сложились из линий, переживших конец мелового периода: птиц, млекопитающих, крокодилов, черепах, ящериц, змей, амфибий, рыб, насекомых, цветковых и других растений. Их дальнейшая история зависела от климата, движения материков, открытия и закрытия морских проходов, образования гор и взаимных эволюционных связей.

Выражение «эра млекопитающих» удобно, но неполно. Млекопитающие действительно заняли множество ролей, освободившихся после исчезновения нептичьих динозавров. Одновременно птицы стали главными крупными наземными животными в некоторых сообществах, крокодиломорфы сохраняли большое разнообразие в тёплых областях, а океаны перестраивались вокруг новых групп планктона, рыб, акул, китов и ластоногих.

Кайнозой начался не с расцвета, а с разрушенной биосферы

Падение астероида Чиксулуб выбросило в атмосферу пыль, сажу и серосодержащие аэрозоли. Освещённость резко уменьшилась, фотосинтез ослаб, температура сначала упала, а пищевые сети на суше и в океане потеряли основание. Событие фиксируют кратер, ударно изменённые минералы, сферулы расплава и пограничный слой с аномальным содержанием иридия. Эти независимые свидетельства делают удар главным непосредственным механизмом кризиса K–Pg.

Исчезли все нептичьи динозавры, птерозавры, аммониты и крупные морские рептилии, а также множество видов планктона, растений, птиц и млекопитающих. Выживание нельзя объяснить одной удачной чертой. В разных линиях могли помогать небольшие размеры, способность укрываться, короткое размножение, гибкое питание, использование семян или детрита и связь с пресноводными экосистемами. Более широкий разбор причин и последствий находится в статье о том, почему происходили массовые вымирания.

Освободившиеся экологические роли не были заполнены мгновенно. Первые кайнозойские леса и животные существовали в мире с нарушенными связями и неравномерным восстановлением. Некоторые растительные сообщества возвращались сравнительно быстро, тогда как разнообразие насекомых, лесных ярусов и крупных позвоночных восстанавливалось сотни тысяч и миллионы лет. Крупные размеры у млекопитающих появились постепенно, а не в первом поколении после исчезновения динозавров.

Палеоген: от последствий вымирания к ледяному щиту Антарктиды

Палеоценовые сообщества не были уменьшенными копиями современных. В них существовали многобугорчатые, архаические плацентарные, ранние метатерии, крупные нелетающие птицы и разнообразные крокодиломорфы. Многие группы не оставили живых потомков. Другие находились рядом с основанием современных отрядов, но внешнее сходство отдельного зуба или конечности ещё не делает ископаемый вид прямым предком.

В палеоцене млекопитающие быстро расширяли диапазон питания и размеров. Изменения формы коренных зубов показывают переходы к растительной пище, насекомым, мясу и смешанным рационам. Суставы конечностей и позвоночник позволяют различать наземные, древесные, роющие и полуводные способы движения. Подробные профили этих линий собраны в каталоге древних млекопитающих.

На границе палеоцена и эоцена, около 56 миллионов лет назад, произошёл палеоцен-эоценовый термический максимум. В геологическую систему быстро поступило большое количество лёгкого углерода, температура повысилась, океан закислился, а зоны обитания организмов сместились. Источник углерода и доли разных механизмов продолжают обсуждаться, но сам резкий изотопный сдвиг, потепление и перестройка морских сообществ хорошо зафиксированы.

Эоцен был самым тёплым продолжительным интервалом кайнозоя. Леса распространялись в высокие широты, а между Северной Америкой, Европой и Азией действовали пути расселения. В это время известны древнейшие надёжные летучие мыши, ранние представители приматной линии и первые киты. Последовательность скелетов ранних китообразных показывает переход от наземных парнокопытных родственников через полуводные формы к животным, полностью зависимым от моря. Этот путь подробно разобран в материале о первых китах.

После эоценового климатического оптимума началось длительное охлаждение. На границе эоцена и олигоцена, около 33,9 миллиона лет назад, резко увеличился объём антарктического льда. Этому способствовали снижение концентрации углекислого газа, изменение океанических проходов и циркуляции, а также орбитальные условия. Олигоценовый мир стал прохладнее и суше, лесные зоны во многих регионах сократились, а более открытые местообитания расширились. Однако постоянный ледяной щит Антарктиды не означал одновременного замерзания всей планеты.

Неоген: формирование знакомых ландшафтов без готового современного мира

В начале миоцена очертания материков уже напоминали современные, но горы, морские проходы и океанические течения продолжали меняться. Между 17 и 15 миллионами лет назад наступил миоценовый климатический оптимум. Затем глубокий океан охладился, восточноантарктический ледяной щит расширился, а во многих областях усилились сезонность и сухость. Это был не прямой путь от тёплого леса к холодной степи: влажные леса, саванны, пустыни и умеренные равнины существовали одновременно в разных регионах.

Злаки возникли раньше неогена, но именно в миоцене и плиоцене открытые травянистые экосистемы стали занимать огромные площади. C4-травы расширялись неодновременно и не везде. Их распространение зависело от температуры, осадков, содержания CO2, пожаров и выпаса. Зубная эмаль травоядных сохраняет изотопный сигнал рациона, фитолиты показывают присутствие трав, а ископаемые почвы и пыльца помогают восстановить структуру растительности.

Новые ландшафты изменяли животных. У многих копытных увеличивалась высота коронок зубов, что помогало справляться с абразивной пищей и пылью. Удлинение конечностей могло быть связано с быстрым движением по открытой местности, но ни одна черта не возникала только по одной причине. Среди неогеновых млекопитающих были трёхпалые лошади, разнообразные хоботные, носороги, жирафовые, полорогие, медведесобаки и саблезубые хищники. Эволюция копытных рассмотрена отдельно в обзоре от болотных форм к бегунам открытых равнин.

В морях развивались современные линии усатых и зубатых китов, тюленей, морских котиков и моржей. Высокопродуктивные зоны апвеллинга поддерживали крупные пищевые сети. Одновременно существовали гигантские акулы и необычные морские млекопитающие. Изменения температуры и течений перестраивали распространение добычи, поэтому исчезновение большого хищника нельзя сводить только к конкуренции с одной новой группой.

Подъём Центральноамериканского перешейка постепенно ограничивал связь Тихого океана и Карибского моря. Сухопутные животные пересекали острова и мелководья ещё до окончательного соединения, но главный импульс Великого американского обмена усилился около 2,7–2,6 миллиона лет назад. Хоботные, кошачьи, псовые и копытные двигались на юг, а наземные ленивцы, глиптодонты, опоссумы и дикобразы – на север. Результат зависел не только от наличия суши, но и от климата и подходящих местообитаний.

Четвертичный период: ледниковые циклы, мегафауна и глобальное расселение людей

Четвертичный период начался 2,58 миллиона лет назад и продолжается сейчас. Большие ледяные щиты неоднократно росли и сокращались под влиянием орбитальных циклов, обратных связей льда, океана, атмосферы и углеродного цикла. Выражение «ледниковый период» не означает, что вся планета была покрыта льдом. Ледники занимали высокие широты и горы, а перед ними располагались тундры, степи, лесостепи, холодные пустыни и другие биомы.

Во время холодных фаз вода накапливалась в ледяных щитах, уровень океана понижался и обнажал участки шельфа. Возникали сухопутные связи, включая Берингию между Азией и Северной Америкой. В межледниковья лёд отступал, море затапливало мосты, леса расширялись, а ареалы холодолюбивых видов дробились. Животные отвечали миграциями, изменением численности и локальными вымираниями.

Мамонтовая степь простиралась через значительную часть северной Евразии и Берингии. Низкая растительность могла поддерживать мамонтов, бизонов, лошадей, северных оленей и сайгаков, а также хищников и падальщиков. Крупные травоядные сами воздействовали на растительность, вытаптывая снег, распространяя питательные вещества и сдерживая древесные заросли. Галерея и обзоры конкретных видов собраны в каталоге животных ледникового периода.

В конце плейстоцена на разных материках исчезли многие крупные животные. Время и состав потерь различались. Быстрые климатические перестройки меняли кормовую базу и местообитания, а люди добавляли охоту, беспокойство и преобразование среды. Для части регионов человеческое влияние особенно хорошо согласуется с хронологией, но единую формулу для мамонтов, гигантских ленивцев, сумчатых Австралии и островных птиц применять нельзя.

Голоцен начался 11 700 лет назад после завершения последней крупной холодной фазы. Относительно устойчивый климат способствовал распространению земледелия, росту поселений и сложных обществ. Это не делает голоцен временем неподвижной природы: уровень моря продолжал меняться, экосистемы перестраивались, а человеческое воздействие становилось всё сильнее.

Материки, горы и морские проходы направляли эволюцию

В течение кайнозоя Атлантический океан расширялся, Индия столкнулась с Евразией, Австралия окончательно отделилась от Антарктиды и двигалась на север, а Африка приближалась к Европе. Эти процессы создавали горные системы, меняли речные бассейны и открывали либо перекрывали пути расселения. Точную дату «столкновения материков» часто нельзя свести к одному числу: контакт мог начинаться разными участками и продолжаться миллионы лет.

Изоляция позволяла фаунам развиваться самостоятельно. Южная Америка долго сохраняла собственных копытных, сумчатых хищников, броненосцев, глиптодонтов и наземных ленивцев. Австралия оставалась миром сумчатых, однопроходных и крупных нелетающих птиц. Когда барьеры исчезали, обмен приносил не только новые виды, но и конкурентов, хищников, паразитов и болезни.

Морские проходы влияли на циркуляцию. Формирование глубоководных путей вокруг Антарктиды помогло изолировать её климатически, хотя оледенение зависело и от содержания углекислого газа. Ограничение Средиземного моря во время мессинского кризиса привело к накоплению мощных солей. Формирование Панамского перешейка меняло обмен водами между океанами, но связь между тектоникой и климатом нельзя описать одним мгновенным переключением.

Климат кайнозоя менялся ступенями и колебаниями

Общая долгосрочная линия кайнозоя ведёт от раннепалеогенового тепла к более холодному современному состоянию. Но внутри неё происходили резкие потепления, временные отступления льда и региональные изменения влажности. PETM, эоценовый климатический оптимум, переход эоцена к олигоцену, миоценовый оптимум, среднемиоценовое охлаждение и усиление северного оледенения были разными событиями с разными скоростями и механизмами.

Климат определялся взаимодействием концентрации парниковых газов, вулканизма, выветривания, захоронения углерода, положения материков, океанической циркуляции и орбитальных циклов. На масштабе миллионов лет движение плит меняет источники и поглотители углерода. На масштабе десятков тысяч лет изменения орбиты перераспределяют солнечную энергию по сезонам и широтам. Лёд, растительность и океан усиливают или ослабляют первоначальный сигнал.

Кислородные изотопы в раковинах донных фораминифер дают совместный сигнал температуры глубокого океана и объёма ледяных щитов. Чтобы разделить эти составляющие, их сопоставляют с другими индикаторами: магниево-кальциевым отношением, органическими молекулами, пыльцой, ископаемыми листьями, почвами и ледниковыми отложениями. Поэтому график температуры является реконструкцией с диапазоном неопределённости, а не прямой записью древнего термометра.

Кайнозой был больше, чем история млекопитающих

Млекопитающие стали особенно заметны благодаря размерам и богатой костной летописи. Из небольших переживших кризис линий возникли бегающие, роющие, древесные, планирующие, летающие и водные формы. Хоботные, непарнокопытные, парнокопытные, хищные, грызуны, приматы и китообразные прошли длительные радиации, в которых возникали многочисленные боковые ветви. Современные семейства часто появились задолго до современных видов.

Птицы не просто пережили конец мела, а заняли огромное число ниш. Среди них были морские ныряльщики, древесные плодоядные, парящие хищники и крупные нелетающие формы. Фороракосовые Южной Америки и гасторнитиды палеогена показывают, что большие наземные птицы были важной частью некоторых кайнозойских сообществ. Однако их нельзя объединять в одну группу или автоматически считать одинаковыми хищниками.

В пресных водах и тропических областях сохранялись разнообразные крокодиломорфы, черепахи, змеи и ящерицы. Похолодание сужало распространение теплолюбивых линий, но не превращало рептилий в незначительный остаток мезозоя. Рыбы, моллюски, кораллы и планктон менялись вместе с температурой, глубиной и химией океана. Микроскопические организмы особенно важны для датирования морских пород и восстановления климата.

Цветковые растения уже господствовали во многих сообществах к началу эры. В кайнозое леса неоднократно расширялись и сокращались, возникали новые сочетания видов, а травянистые биомы становились всё обширнее. Эволюция растений была связана с опылителями, травоядными, грибами, пожарами и климатом. Саванна не является просто «редким лесом», а степь – пустым пространством между более важными экосистемами.

Человек появился поздно и не был целью кайнозойской эволюции

Ранние представители приматной линии известны из палеогена. Жизнь на деревьях связана с хватательными конечностями, подвижностью суставов и зрением, но набор признаков возникал мозаично. Не каждый небольшой древесный палеогеновый зверёк был прямым предком человека. Различия между ранними приматами и близкими приматоподобными формами устанавливают по зубам, черепу, голеностопному суставу и другим деталям.

Человекообразные приматы стали разнообразны в миоцене. Возможные самые ранние гоминины появляются в позднем миоцене, но их положение обсуждается из-за неполноты материала. В плиоцене существовали разные австралопитеки и родственные формы. Они сочетали двуногое передвижение с сохранявшимися приспособлениями к лазанию и не образуют простую лестницу, где каждый вид обязательно превращается в следующий.

Род Homo возник в Африке в конце плиоцена или начале плейстоцена. Его представители неоднократно расселялись за пределы континента. Каменные орудия, следы разделки костей, использование огня, устройство стоянок и древняя ДНК раскрывают разные стороны поведения, но каждая улика имеет собственные ограничения. Подробные обзоры находок и видов собраны в разделе об эволюции человека.

Homo sapiens возник не как «вершина» заранее направленного процесса, а как одна из ветвей сложной истории. Современные люди сосуществовали и скрещивались с неандертальцами и денисовцами. Позднее технологии, язык, обмен и коллективное обучение позволили людям заселить почти все наземные биомы и стать геологически заметной силой.

Как учёные восстанавливают кайнозой

Кайнозойская летопись богаче мезозойской по числу сохранившихся пород и близости к поверхности, но она также неполна. Реки размывают более древние слои, горообразование деформирует бассейны, а морские трансгрессии скрывают участки суши. Богатое местонахождение может фиксировать одно озеро или короткую катастрофу, но не весь материк и не целую эпоху.

Для позднего кайнозоя доступны методы, почти недоступные для более древних эпох. Ледяные керны сохраняют пузырьки древнего воздуха, годичные слои озёр и деревьев дают высокое временное разрешение, а белки и ДНК позволяют проверять родство и перемещения популяций. Но древняя ДНК разрушается и лучше сохраняется в холоде, поэтому её отсутствие в тропической кости не доказывает отсутствие организма или связи.

Художественная реконструкция соединяет скелет, следы мышц, данные о шерсти или перьях и конкретную среду. Если окраска, длина мягких тканей или поведение не сохранились, они остаются вероятным либо художественным выбором. Чем ближе организм к современности и чем больше у него живых родственников, тем уже некоторые диапазоны, но полной фотографии прошлого всё равно нет.

Современный мир остаётся частью кайнозоя

Геологическая граница не появляется автоматически при любом крупном изменении. Чтобы официально выделить новое подразделение, нужна прослеживаемая запись в породах или осадках, согласованная граница и международное решение. Человеческое влияние уже видно по радионуклидам, пластику, изменению круговоротов азота и углерода, перемещению видов и резкому росту скорости вымирания, но формальный статус антропоцена остаётся отдельным вопросом.

Кайнозойская история показывает, что климат и биосфера способны радикально меняться, однако геологические перемены прошлого не служат аргументом безразличия к современным. Скорость нынешнего роста парниковых газов и масштаб преобразования местообитаний важны сами по себе. Организмы могут мигрировать, приспосабливаться или исчезать, но результат зависит от темпа изменений, доступных путей расселения и состояния популяций.

Современность не является финальной сценой после законченной эволюции. Материки продолжают двигаться, климат реагирует на природные и человеческие воздействия, виды возникают и исчезают. Кайнозой объединяет палеоценовые леса, миоценовые моря, плейстоценовые степи и сегодняшний день одной непрерывной геологической историей.