Wielkie wymierania: kiedy życie na Ziemi prawie zniknęło

Czym są wielkie wymierania i dlaczego życie niemal zniknęło z Ziemi

Definicja wielkiego wymierania

W historii Ziemi gatunki pojawiały się i znikały nieustannie. Biolodzy mówią o tak zwanym wymieraniu tła – powolnym, stałym tempie zanikania gatunków, które jest naturalnym skutkiem ewolucji, konkurencji i zmian środowiska. Na tym tle wyróżnia się jednak zjawisko dużo gwałtowniejsze: wielkie wymierania.

Wielkie wymieranie to okres geologiczny, kiedy w stosunkowo krótkim czasie (zwykle od kilkuset tysięcy do kilku milionów lat) znika z powierzchni planety ogromna część znanych grup organizmów. Najczęściej przyjmuje się, że wielkie wymieranie to takie, w którym znika co najmniej 50% gatunków, a czasem nawet więcej niż 70–80%. Dla porównania – typowe, „codzienne” tempo wymierania tła jest o rząd wielkości niższe.

Co istotne, wielkie wymierania nie dotyczyły wyłącznie pojedynczych, przypadkowych gatunków. Udowodniono, że w ich trakcie ginęły całe linie ewolucyjne, czyli rodziny, rzędy czy nawet gromady organizmów. To z kolei całkowicie przebudowywało ekosystemy, sposób obiegu materii i energii, a nawet klimat. Każde z wielkich wymierań było więc nie tylko biologiczną katastrofą, lecz także punktem zwrotnym w dziejach życia.

Wielkie wymierania a zwykłe „wyginięcia” gatunków

Z perspektywy pojedynczego gatunku każde wymarcie jest dramatyczne. Jednak na skalę geologiczną większość z nich przebiega cicho – giną organizmy słabiej przystosowane, wypierane przez konkurencję lub niezdolne przystosować się do powolnych zmian klimatu. To tak, jakby co roku z biblioteki znikało kilka książek: przychodzą nowe, stare są rzadziej wypożyczane i w końcu trafiają do magazynu.

Wielkie wymieranie bardziej przypomina jednak pożar całej biblioteki. Znikają nie pojedyncze tytuły, lecz całe regały, działy i kategorie. Nagle przestają istnieć koralowce o konkretnym typie budowy szkieletu, olbrzymie drapieżne gady morskie czy ogromne lasy paprociowe. W skali paleontologicznej widać to jako gwałtowne „przerwanie” zapisów w skałach osadowych: znane skamieniałości urywają się, a powyżej pojawia się zupełnie inny zestaw organizmów.

Jedną z kluczowych różnic jest też tempo. Z punktu widzenia człowieka nawet wymieranie trwające milion lat brzmi jak nieskończoność, jednak dla geologa to błyskawica. Gdy w tym czasie ginie 70–90% gatunków, mówimy o prawdziwej katastrofie ekologicznej o skali, z którą nie da się porównać żadnego współczesnego zjawiska.

Pięć wielkich wymierań – fundament geologicznego „kalendarza zagłady”

Najczęściej mówi się o pięciu wielkich wymieraniach, które odcisnęły największe piętno na historii życia na Ziemi. To właśnie one sprawiły, że świat sprzed setek milionów lat jest dziś nie do poznania, a linie ewolucyjne, które w ich wyniku przetrwały, ukształtowały współczesną biosferę. Te klasyczne „wielkie pięć” to:

• wymieranie ordowicko-sylurskie (ok. 443 mln lat temu),
• wymieranie późnodewońskie (ok. 372–359 mln lat temu),
• wielkie wymieranie permsko-triasowe (ok. 252 mln lat temu),
• wymieranie triasowo-jurajskie (ok. 201 mln lat temu),
• wymieranie kredowe (kreda–paleogen, ok. 66 mln lat temu).

Naukowcy coraz częściej dyskutują też o szóstym wielkim wymieraniu, w którym prawdopodobnie już uczestniczymy – tym razem jednak główną siłą sprawczą nie są wulkany, uderzenia asteroid ani dryf kontynentów, lecz działalność człowieka. Zrozumienie mechanizmów dawnych katastrof staje się więc czymś więcej niż pasją geologów: jest ostrzeżeniem i instrukcją, jak nie powtórzyć dawnych błędów natury w przyspieszonej, ludzkiej wersji.

Pięć wielkich wymierań w liczbach i faktach

Przegląd najważniejszych epizodów zagłady

Historyczne wielkie wymierania różniły się przyczynami, intensywnością i skutkami. Część z nich uderzała przede wszystkim w organizmy morskie, inne – w lądowe. Niektóre trwały stosunkowo krótko i były bardzo gwałtowne, inne rozciągały się na kilka milionów lat, z okresami „uderzeń” i względnego spokoju.

Dla lepszego porównania przydaje się prosta tabela z najważniejszymi faktami dotyczącymi „wielkiej piątki”. Pokazuje ona, kiedy i jak duże były to katastrofy oraz kogo dotknęły najbardziej.

Dlaczego właśnie te pięć?

Zapisy geologiczne pokazują wiele innych epizodów, kiedy tempo wymierania było wyższe niż zwykle. Jednak te pięć okresów wyróżnia się skalą, globalnym zasięgiem i konsekwencjami. W każdym przypadku widać wyraźne „linie graniczne” w skałach, zmiany składu chemicznego osadów i bardzo wyraźne przełamanie w składzie fauny i flory.

Na przykład w granicy kreda–paleogen (K–Pg) w wielu miejscach na świecie występuje cienka warstwa iłu bogatego w iryd – pierwiastek dość rzadki w skorupie ziemskiej, za to powszechny w meteorytach. Poniżej tej warstwy dominuje bogaty świat kredowych amonitów, morskich gadów i dinozaurów, powyżej – zupełnie inny zestaw organizmów. Takie „markerowe” warstwy pojawiają się też przy innych wielkich wymieraniach, choć ich natura bywa inna (np. zmiana stosunku izotopów węgla, świadcząca o radykalnym zakłóceniu obiegu tego pierwiastka).

Wielkie wymierania jako „reset” biosfery

Każde z wielkich wymierań można traktować jak gwałtowny reset biosfery. Znika większość dotychczas dominujących organizmów, a te, które przetrwają, zajmują opuszczone nisze ekologiczne i rozpoczynają nowe fale ewolucji. Po każdym z tych epizodów następuje okres względnego spokoju, w którym różnorodność biologiczna znów rośnie, ale już w innej konfiguracji.

Po katastrofie permsko-triasowej pojawiły się na przykład nowe grupy gadów, które ostatecznie dały początek dinozaurom, gadom morskim i ptakom. Z kolei po uderzeniu asteroidy 66 mln lat temu nastąpiła eksplozja ewolucyjna ssaków, co ostatecznie doprowadziło do pojawienia się człowieka. Bez wcześniejszych zagład scena byłaby już zajęta przez inne grupy organizmów – i dzisiejszy świat wyglądałby kompletnie inaczej.

Ordowicko-sylurska katastrofa: gdy morza zamarzły i opadły

Świat ordowiku – życie w morzach bez życia na lądzie

Około 443 milionów lat temu życie na Ziemi skupiało się niemal w całości w morzach. Kontynenty porośnięte były co najwyżej prostymi matami glonowymi i bakteryjnymi, dopiero zaczynały pojawiać się pierwsze prymitywne rośliny lądowe. To oceany były prawdziwymi dżunglami – pełnymi trylobitów, ramienionogów, stromatoporoidów (gąbek rafotwórczych), koralowców tabulatowych i rugozowych oraz różnorodnych mięczaków.

Morza ordowickie były płytkie, ciepłe i bogate w składniki odżywcze. Na rozległych szelfach kontynentalnych rozkwitały rafy, a różnorodność gatunkowa sięgała rekordowych poziomów. Z punktu widzenia ewolucji był to czas prawdziwej eksplozji życia morskiego. Paradoks polega na tym, że im bardziej złożony i wyspecjalizowany stawał się ten system, tym bardziej kruchy okazał się wobec szybkich zmian środowiska.

Przyczyny: zlodowacenie i spadek poziomu mórz

Główną rolę w wymieraniu ordowicko-sylurskim przypisuje się nagłemu zlodowaceniu, które objęło znaczną część południowej półkuli. Jednym z kluczowych czynników był ruch kontynentów: superkontynent Gondwana przesunął się w okolice bieguna południowego. To sprzyjało powstawaniu lądolodów i odbijaniu większej ilości promieniowania słonecznego w kosmos (tzw. efekt albedo), co dodatkowo napędzało ochłodzenie.

Zamrożenie ogromnych ilości wody w postaci lodu spowodowało gwałtowny spadek poziomu mórz. Płytkie, bogate w życie szelfy kontynentalne wyschły lub zostały odsłonięte. Organizmy przystosowane do konkretnych warunków świetlnych, temperatury i głębokości straciły swoje nisze. Dodatkowo, zmieniona cyrkulacja oceaniczna mogła zaburzyć obieg tlenu i składników mineralnych, co uderzyło w wrażliwe ekosystemy rafowe.

Pojawiają się również hipotezy uzupełniające: możliwa jest rola zmian w aktywności wulkanicznej, spadku stężenia dwutlenku węgla w atmosferze czy nawet krótkotrwałe zjawiska astrofizyczne (jak rozbłyski gamma). Jednak kluczowe wydaje się połączenie ochłodzenia klimatu i zmian poziomu mórz, potwierdzone licznymi analizami izotopów tlenu w skamieniałych muszlach.

Skutki: upadek morskich raf i selekcja wśród organizmów morskich

Szacuje się, że w wyniku wymierania ordowicko-sylurskiego wyginęło około 85% gatunków morskich. Najsilniej ucierpiały organizmy związane z płytkimi, ciepłymi morzami: rozbudowane rafy koralowcowe, liczne ramienionogi, trylobity i gąbki rafotwórcze. W wielu rejonach świata zapis skalny pokazuje gwałtowne wygaśnięcie różnorodności, zastąpione później przez mniej złożone zbiorowiska organizmów.

Co ciekawe, wymieranie przebiegało dwufazowo. Najpierw, podczas maksimum zlodowacenia, ginęły gatunki ciepłolubne. Później, gdy klimat znów się ocieplał i lądolody topniały, do oceanów napłynęły ogromne ilości słodkiej wody oraz osadów, co doprowadziło do kolejnej fali stresu środowiskowego. Ta sekwencja szybkiego ochłodzenia i ponownego ogrzania okazała się zabójcza dla wysoce wyspecjalizowanych ekosystemów.

Ordowicko-sylurska katastrofa była jednym z pierwszych przykładów, gdy globalne wahania klimatu pokazały swoją potężną siłę niszczącą. Jednocześnie otworzyła drogę do dalszej ewolucji organizmów morskich, które przetrwały w głębszych, chłodniejszych wodach lub potrafiły lepiej znosić zmiany zasolenia i temperatury.

Późny dewon: długotrwały kryzys oceanów i ofensywa roślin lądowych

Dewon – era ryb i pierwszych lasów

Oceaniczny kryzys, który trwał miliony lat

Późnodewońskie wymieranie nie było pojedynczym „uderzeniem” jak kredowe K–Pg, lecz raczej serią kryzysów rozciągniętych na około kilkanaście milionów lat. W stratygrafii wyróżnia się kilka kluczowych epizodów (m.in. zdarzenia Kellwasser i Hangenberg), podczas których nagle spada różnorodność skamieniałości, a osady morskie zmieniają charakter na ciemne, bogate w materię organiczną łupki. To geologiczny ślad powtarzających się epizodów niedotlenienia oceanów i masowego obumierania życia w głębszych wodach.

W morzach dominowały wówczas ryby pancerne (plakodermy), pierwsze rekiny, rozbudowane rafy gąbkowo-koralowcowe oraz rozmaite bezkręgowce: amonitowate, ramienionogi, liliowce. Na ląd wkroczyły już prawdziwe lasy – złożone z prymitywnych drzew (m.in. archeopteris), a w podmokłych środowiskach pojawiały się pierwsze płazy wychodzące z wody. Świat wydawał się stabilny i bogaty, tymczasem pod jego powierzchnią narastał kryzys.

Rośliny lądowe jako nieoczekiwany czynnik katastrofy

Jednym z najciekawszych elementów późnodewońskiego wymierania jest rola, jaką mogła odegrać ekspansja roślin lądowych. Głębiej zakorzenione drzewa zaczęły intensywnie rozsadzać skały, przyspieszając wietrzenie chemiczne. Do rzek i mórz spływało coraz więcej jonów wapnia, magnezu i składników odżywczych. Zmieniła się też struktura gleb – pojawiły się grubsze profile, bogate w materię organiczną, podatne na erozję.

Takie przeobrażenie lądów miało konsekwencje dla oceanów. Wzmożony dopływ fosforu i azotu do mórz mógł prowadzić do zakwitów glonów, a następnie do ich masowego rozkładu w głębszych warstwach wody. Podczas rozkładu zużywany jest tlen, co sprzyja powstawaniu stref beztlenowych. Dzisiejsze „martwe strefy” w Zatoce Meksykańskiej czy Bałtyku są miniaturowym, współczesnym odpowiednikiem procesów, które w dewonie zachodziły na dużo większą skalę.

Kiedy w osadach pojawia się duża ilość ciemnego, organicznego materiału, geolodzy widzą sygnał, że w danym czasie wody głębsze były trwale lub okresowo pozbawione tlenu. Taki brak tlenu jest zabójczy dla większości zwierząt morskich, zwłaszcza tych związanych z dnem. Właśnie w późnym dewonie obserwuje się spadek różnorodności liliowców, koralowców rafotwórczych i wielu grup bezkręgowców bentosowych.

Wulkanizm, zmiany klimatu i spadek poziomu mórz

Obok ekspansji roślin lądowych w grę wchodzą także inne czynniki. Późny dewon był okresem znacznych wahań klimatu – od faz cieplejszych po odcinki silnego ochłodzenia, być może z epizodycznym zlodowaceniem na Gondwanie. Zamarzanie i topnienie lądolodów powodowało powtarzające się zmiany poziomu mórz. Dla rozległych, płytkich szelfów – kluczowego siedliska dla raf i wielu bezkręgowców – oznaczało to utratę i ponowne zalewanie ogromnych obszarów.

W tle swoje robił także wulkanizm, który mógł okresowo zwiększać stężenie dwutlenku węgla w atmosferze, a tym samym wpływać na ocieplenie i zakwaszenie oceanów. Zmienna temperatura wody i chemizm mórz, połączone z okresowym brakiem tlenu, tworzyły środowisko bardzo trudne do przetrwania dla organizmów rafowych i wielu grup ryb.

Kto zniknął, kto przetrwał?

W bilansie późnodewońskiego kryzysu wyraźnie widać, że mocno ucierpiały rozbudowane rafy dewońskie. Zniknęła większość wielkich struktur rafowych, które wcześniej ciągnęły się na setki kilometrów. Wyginęły liczne grupy stromatoporoidów (gąbek rafotwórczych) i koralowców, a także wiele odmian ryb pancernych. Na ich miejsce pojawiły się nowe typy ryb kostnoszkieletowych oraz rekinów, które w następnych okresach będą dominować w morzach.

Interesujące jest to, że reorganizacja ekosystemów morskich zbiegła się w czasie z postępem kolonizacji lądów. Płazy, które zyskały możliwość częściowego uniezależnienia się od środowiska wodnego, mogły uniknąć części presji środowiskowej dotykającej organizmy stricte morskie. Choć i one nie były całkowicie odporne na zmiany, ich dalsza ewolucja toczyła się już częściowo „poza” najbardziej dotkniętymi środowiskami.

Perm: największa katastrofa biologiczna w dziejach

Świat tuż przed „wielką śmiercią”

U schyłku permu, około 252 milionów lat temu, Ziemia była zdominowana przez superkontynent Pangea otoczony ogromnym oceanem Panthalassa. Lądy wewnątrz Pangei były suche, z dużymi wahaniami temperatury pomiędzy latem a zimą. Ekosystemy lądowe tworzyły m.in. rozległe lasy iglaste, sagowce oraz rośliny nasienne dostosowane do bardziej suchych warunków. Pośród nich żyły zróżnicowane gady ssakokształtne, płazy oraz przodkowie późniejszych archozaurów.

W oceanach istniały bogate zespoły bezkręgowców: brachiopody, liliowce, gąbki, amonity, trylobity (choć już znacznie zredukowane w stosunku do wcześniejszych okresów) oraz koralowce tabulatowe i rugozowe. Świat wydawał się utrwalony po milionach lat ewolucji – tymczasem w stosunkowo krótkim czasie doszło do załamania, które geolodzy określają mianem „wielkiej śmierci”.

Wulkaniczna furia Syberii

Głównym podejrzanym w sprawie permsko-triasowego wymierania jest gigantyczny wulkanizm w rejonie dzisiejszej Syberii. Tzw. syberyjskie trapy to potężne pokrywy lawowe, które świadczą o wylaniu na powierzchnię kontynentu ogromnych ilości bazaltu w stosunkowo krótkim czasie geologicznym. Aktywność ta trwała setki tysięcy, być może parę milionów lat, ale z punktu widzenia biosfery była to seria bardzo gwałtownych epizodów.

Tego typu erupcje nie przypominają pojedynczych, spektakularnych wybuchów znanych z wulkanów stożkowych. To raczej długotrwałe „krwawienie” magmy na ogromnych obszarach, z towarzyszącymi jej emisjami gazów: dwutlenku węgla, metanu, dwutlenku siarki i wielu innych. W połączeniu z podgrzewaniem złóż węgla i innych osadów organicznych przez intruzje magmowe prowadziło to do uwalniania dodatkowych ilości gazów cieplarnianych.

Łańcuch zdarzeń: od ochłodzenia do zabójczego upału

Wypływające gazy wulkaniczne mogły początkowo wywołać krótkotrwałe ochłodzenie (za sprawą aerozoli siarkowych odbijających promieniowanie słoneczne), jednak bilans długoterminowy był inny. Narastająca koncentracja CO₂ i metanu doprowadziła do globalnego ocieplenia. Analizy izotopowe i modele klimatyczne wskazują na wzrost średnich temperatur o kilka do ponad dziesięciu stopni. To wystarczyło, by znacząco zaburzyć cyrkulację atmosferyczną i oceaniczną.

Cieplejsza woda gorzej rozpuszcza tlen. Jednocześnie do oceanów trafiało więcej składników odżywczych, m.in. wskutek erozji gleb na rozległych obszarach lądów. Efekt był podobny jak w dewonie, lecz na znacznie większą skalę: rozległe strefy beztlenowe i siarkowodorowe w morzach, upadek ekosystemów dennych i katastrofa wśród organizmów związanych z tlenowymi warunkami.

Do tego dochodziło zakwaszenie oceanów, wywołane rozpuszczaniem ogromnych ilości CO₂ w wodzie morskiej. W takich warunkach trudniej jest budować wapienne szkielety, co uderza w koralowce, ramienionogi, wiele mięczaków i inne organizmy kalcyfikujące. Zmiany były tak głębokie, że w zapisie skalnym widać wręcz przerwę w istnieniu wielu typów raf i zespołów bentosowych.

Rozmiar strat: 90% gatunków morskich znika

Szacunki wskazują, że podczas tej katastrofy wymarło nawet 90–96% gatunków morskich i około 70% gatunków lądowych. Zniknęły ostatecznie trylobity, wiele grup koralowców, większość ówczesnych liliowców, liczne typy mięczaków. Na lądzie poważnie ucierpiały lasy – w niektórych profilach skalnych obserwuje się wręcz „warstwę bezleśną”, gdzie sporom i pyłkom drzew towarzyszy drastyczny spadek różnorodności.

Dla biosfery oznaczało to niemal całkowity reset ekosystemów. To, co przetrwało, często miało cechy „organizmu oportunistycznego”: szybki cykl życiowy, zdolność do tolerowania szerokiego zakresu warunków, niewielkie rozmiary. Na morzach powszechne stały się proste, mało wyspecjalizowane zespoły organizmów. Utrzymanie sieci troficznych na odpowiednim poziomie skomplikowania zajęło wiele milionów lat.

Nowi zwycięzcy po „wielkiej śmierci”

Choć skala zniszczeń była gigantyczna, to właśnie po permsko-triasowym kryzysie zaczął się marsz ku dominacji gadów. W triasie pojawiły się i zróżnicowały archozaury – grupa, do której należą późniejsze dinozaury, krokodyle i ptaki. Na lądzie stopniowo wypierały one wiele linii gadów ssakokształtnych, choć część z nich (terapsydy) przetrwała i dała początek ssakom.

W oceanach rolę wielkich drapieżników przejęły nowe grupy gadów morskich (ichtiozaury, notozaury, później plezjozaury), a także zmieniające się zespoły ryb kostnych i rekinów. Można powiedzieć, że bez „wielkiej śmierci” nigdy nie doszłoby do ery dinozaurów, a tym samym do wszystkich późniejszych przekształceń, które doprowadziły do dzisiejszego świata.

Trias i jurajskie przebudzenie po kolejnym wstrząsie

Stopniowa odbudowa po permie

Pierwsze miliony lat triasu to czas względnej biologicznej pustki. Ekosystemy są uproszczone, a rozmaite nisze ekologiczne stoją wolne. W osadach morskich często powtarzają się te same, nieliczne gatunki, a na lądach dominują raczej małe, odporne organizmy. Z czasem jednak różnorodność stopniowo rośnie. Pojawiają się pierwsze prawdziwe koralowce sześciopromienne, które w kolejnych okresach stworzą nowe typy raf.

Na lądach archozaury zaczynają odgrywać coraz większą rolę. Wśród nich rozwijają się różne linie: przodkowie krokodyli, dinozaury oraz przodkowie ptaków. Równolegle ewoluują pierwsze prawdziwe ssaki – początkowo niewielkie, nocne i raczej niepozorne. Świat jest jeszcze niestabilny, ale powoli zapełnia się nowymi formami życia.

Nowe zagrożenie: rozpad Pangei i wulkanizm środkowoatlantycki

Pod koniec triasu, około 201 milionów lat temu, Ziemia ponownie doświadcza okresu wzmożonego wulkanizmu. Tym razem wiąże się on z początkiem rozpadu Pangei i otwieraniem się przyszłego Oceanu Atlantyckiego. W rejonie dzisiejszego środkowego Atlantyku dochodzi do powstania tzw. środkowoatlantyckiej prowincji magmowej (CAMP) – jednego z największych znanych obszarów wulkanizmu trapowego.

Podobnie jak w przypadku syberyjskich trapów, do atmosfery trafiają wielkie ilości CO₂, metanu i innych gazów. Skutkiem są nagłe skoki temperatury, zaburzenia cyklu węglowego i zmiany składu chemicznego oceanów. W zapisie skalnym obserwuje się szybkie zmiany stosunku izotopów węgla, wskazujące na masowe uwalnianie węgla do atmosfery i hydrosfery.

Triasowo-jurajskie wymieranie i droga do dominacji dinozaurów

Wymieranie triasowo-jurajskie objęło zarówno morza, jak i lądy. W oceanach wyginęła znaczna część ówczesnych amonitów oraz wielu innych grup bezkręgowców. Na lądzie duża część wielkich archozaurów niebędących dinozaurami zniknęła, co otworzyło przestrzeń ewolucyjną dla samych dinozaurów. Przetrwały także wczesne ssaki, ale to dinozaury stały się w jurze i kredzie dominującą grupą dużych kręgowców lądowych.

Jurajskie rozkwity i cienie kolejnego kryzysu

Okres jurajski bywa kojarzony głównie z panoramą dinozaurów i bujnych lasów. Rzeczywiście, po triasowym tąpnięciu biosfera wchodzi w fazę wyraźnego rozkwitu. W morzach powstają potężne rafy budowane przez koralowce i glony, zapełniają się ławicami ryb kostnych, a niebo zyskuje pierwszych latających specjalistów – pterozaury oraz prymitywne ptaki. Ekosystemy są już złożone, stabilniejsze niż w wczesnym triasie, lecz jednocześnie podatne na zaburzenia klimatyczne i zmiany poziomu mórz.

W zapisie geologicznym jury widać kilka regionalnych lub umiarkowanych kryzysów bioróżnorodności, związanych z zaburzeniami warunków tlenowych w oceanach i epizodami wulkanizmu. Nie dorównują one skalą „wielkiej śmierci” czy katastrofie kredowej, ale przypominają, że stabilność to raczej seria kompromisów niż trwały stan natury. Lokalne wyginięcia, przesuwanie się stref klimatycznych i migracje organizmów składają się na tło, na którym przygotowuje się scena do kolejnego globalnego wstrząsu.

Kreda: złoty wiek dinozaurów i nagły koniec

Świat tuż przed upadkiem asteroidy

W późnej kredzie, około 80–70 milionów lat temu, Ziemia wyglądała zupełnie inaczej niż dzisiaj. Pangea była już dawno rozczłonkowana. Kontynenty dryfowały ku swoim współczesnym pozycjom, a wysokie poziomy mórz zalewały rozległe obszary lądów płytkimi, ciepłymi morzami epicontynentalnymi. W Ameryce Północnej istniał wewnętrzny ocean, w Europie archipelag wysp. Klimat był ogólnie ciepły, z niewielkimi czapami lodowymi lub bez nich.

Na lądach dominowały dinozaury – od olbrzymów w rodzaju tytanozaurów po drapieżne tyranozaury i liczne mniejsze formy roślinożerne. Równocześnie rozwijały się ssaki, choć wciąż głównie jako niewielkie, skryte zwierzęta. W roślinności zaszła rewolucja: rozprzestrzeniły się rośliny okrytonasienne, czyli kwitnące, które zaczęły wypierać wiele nagonasiennych. Wraz z nimi pojawiło się bogactwo owadów zapylających, a sieć powiązań między roślinami, owadami i kręgowcami stała się szczególnie gęsta.

Oceany tętniły życiem. Wśród planktonu dominowały otwornice planktoniczne i wapienne algi, które budowały grubą warstwę drobnego wapiennego mułu na dnie oceanów. W toni wodnej pływały ogromne ławice ryb, a rolę dużych drapieżników pełniły m.in. mozazaury i wielkie rekiny. Rafa koralowa, choć nie tak rozległa jak dzisiejsza Wielka Rafa Barierowa, tworzyła liczne „wyspy życia”, gdzie koncentrowały się niezliczone gatunki bezkręgowców.

Asteroida z Chicxulub: nagły cios z kosmosu

Około 66 milionów lat temu w regionie dzisiejszego półwyspu Jukatan spadło ciało niebieskie o średnicy co najmniej 10 kilometrów. Energia zderzenia była równa miliardom bomb atomowych. W ciągu minut i godzin powstał krater Chicxulub o średnicy ponad 150 kilometrów, a w skałach okolicznych doszło do stopienia i odparowania ogromnych ilości materiału.

Skutki nie ograniczyły się do samego miejsca uderzenia. Do atmosfery trafiły miliardy ton pyłów, aerozoli siarkowych i pary wodnej. Obłok materii rozprzestrzenił się na całą planetę, blokując dopływ promieniowania słonecznego. W wielu regionach ciemność mogła trwać tygodniami lub miesiącami. Fotosynteza niemal zamarła, a rośliny i fitoplankton szybko znalazły się w krytycznym położeniu.

Do tego doszła fala pożarów wywołanych promieniowaniem cieplnym i spadającymi odłamkami. Analiza cienkich warstw węgli drzewnych i tzw. kulistych szkiełek (tektitów) w osadach kredowych wskazuje na globalną pożogę. Wiele zwierząt zginęło bezpośrednio od fal uderzeniowych, tsunami czy ognia. Jednak zasadniczy cios przyniósł długotrwały klimatyczny chaos – najpierw gwałtowne ochłodzenie i zaciemnienie, potem oscylacje temperatury wynikające z podwyższonego poziomu gazów cieplarnianych.

Indyjskie trapy Dekańskie: drugi gracz w tej historii

W tym samym przedziale czasowym, choć proces zaczął się nieco wcześniej, aktywne były również potężne trapy Dekańskie na terenie dzisiejszych Indii. To rozległe pokrywy lawowe podobne do syberyjskich trapów, choć prawdopodobnie mniejsze skalą. Erupcje trwały setki tysięcy lat, a ich intensywność mogła się zmieniać, być może nawet reagując na samo uderzenie asteroidy (poprzez wstrząsy sejsmiczne i zmiany w płaszczu Ziemi).

Wulkanizm dekański dostarczył do atmosfery ogromne ilości CO₂, SO₂ i innych gazów. Po epizodzie „zimy uderzeniowej” wynikającej z pyłów kosmicznych, w dłuższej skali czasu mógł więc nastąpić okres silnego ocieplenia i zakwaszania oceanów. Dla ekosystemów oznaczało to serię uderzeń: szybka ciemność i chłód, a później gwałtowne ciepło i chemiczne rozchwianie środowiska. Taki „klimatyczny rollercoaster” szczególnie dotkliwie działa na duże, wyspecjalizowane organizmy o wolnym tempie rozrodu.

Łańcuch zaburzeń po kredowo-paleogeńskim zderzeniu

Zdarzenia na granicy kredy i paleogenu (K–Pg) można wyobrazić sobie jako reakcję łańcuchową w sieci troficznej. Gdy światło słoneczne zostaje przytłumione, pierwsze załamują się organizmy produkujące materię organiczną: rośliny i fitoplankton. Za nimi upadają roślinożercy, następnie drapieżniki wysokiego rzędu.

W oceanach drastycznie spadła liczba planktonicznych organizmów kalcyfikujących. W wielu profilach skalnych widoczny jest cienki „jasny” poziom wapienny o innym składzie, po którym następuje warstwa bardziej uboga w mikroskamieniałości. To sygnał, że łańcuch pokarmowy w pelagialu został poważnie przerwany. Jednocześnie przydenne społeczności, oparte częściowo na opadzie materii organicznej z powierzchni, również zostały osłabione.

Na lądzie o przetrwaniu często decydowały mikrosiedliska. Organizmy zdolne do schronienia się w norach, wodzie, grubej ściółce leśnej czy osadach miały większe szanse przetrwać ekstremalne warunki na powierzchni. Z tego powodu relatywnie dobrze poradziły sobie niektóre płazy, krokodyle i niewielkie ssaki. Z kolei duże, aktywne zwierzęta o dużych wymaganiach pokarmowych – jak większość dinozaurów nielotnych – znalazły się w szczególnie trudnym położeniu.

Rozmiar strat na granicy K–Pg

Szacuje się, że w wymieraniu kredowo-paleogeńskim zniknęło około 75% gatunków na Ziemi. To mniej niż podczas „wielkiej śmierci” w permie, ale wciąż jest to jedna z pięciu największych katastrof w historii życia. Skutki szczególnie mocno odczuły niektóre grupy:

• dinozaury nielotne – wyginęły wszystkie znane linie; jedynymi ich potomkami pozostały ptaki, czyli dinozaury lotne;
• ptaki prymitywne – wiele wczesnych linii ptasich zniknęło, przetrwały zwłaszcza formy związane z wodą lub środowiskami przybrzeżnymi;
• morskie gady – mozazaury i plezjozaury znikają z zapisu skalnego;
• liczne grupy bezkręgowców morskich – m.in. amonity i wiele małży, a także istotna część planktonu wapiennego.

Jednocześnie przetrwały ssaki, krokodyle, żółwie, niektóre jaszczurki, płazy i ryby. W świecie roślin wiele linii drzew iglastych i okrytonasiennych kontynuowało ewolucję, choć w niektórych regionach pojawia się w osadach tzw. „warstwa paprociowa” – nagłe zwiększenie ilości zarodników paproci, interpretowane jako szybkie odradzanie się flory po pożarach i zniszczeniach.

Start epoki ssaków i nowe oblicze biosfery

Gdy pyły opadły, a klimat zaczął się stabilizować, nisze ekologiczne opuszczone przez dinozaury stały się dostępne dla innych grup. Wczesne ssaki, wcześniej zepchnięte do nocnych, niszowych trybów życia, stopniowo się różnicują. Powstają linie prowadzące do dzisiejszych gryzoni, naczelnych, parzysto- i nieparzystokopytnych, a także wielu już wymarłych grup.

W oceanach rolę dużych drapieżników wzięły na siebie rekiny i później walenie. Plankton odrodził się, choć z nieco innym składem gatunkowym niż w późnej kredzie. W litosferze zapisało się to w postaci nowego typu wapiennych osadów mikroskamieniałościowych. Z kolei na lądzie rośliny kwitnące szturmem zdobyły większość ekosystemów, współewoluując z owadami zapylającymi i roślinożernymi kręgowcami.

Zmiana dominującej fauny – z gadów na ssaki – nie była momentalnym „przewrotem”, lecz procesem rozciągniętym na dziesiątki milionów lat. Jednak bez wymierania na granicy K–Pg takie przetasowanie mogłoby nigdy nie nastąpić. To kolejny raz, gdy globalny kryzys zamienił stabilny, choć dynamiczny świat w plac budowy nowych ekosystemów.

Szóste wymieranie: kryzys, w którym uczestniczymy

Tempo zmian jako kluczowy czynnik

Gdy porównuje się dane z przeszłości geologicznej z obserwacjami współczesnymi, pojawia się niepokojąca zbieżność: tempo zaniku bioróżnorodności dziś jest porównywalne lub wyższe niż w fazach poprzednich wielkich wymierań – jeśli przeliczyć je na skalę „na milion lat”. Różnica polega na skali czasowej: wcześniejsze katastrofy rozgrywały się w dziesiątki do setek tysięcy lat, obecne zmiany kumulują się w ciągu zaledwie kilku stuleci, głównie ostatnich dekad.

Głównym sprawcą jest w tym przypadku nie wulkanizm, nie asteroida, lecz działalność człowieka. To my:

• przekształcamy siedliska (wylesianie, urbanizacja, rolnictwo intensywne),
• wprowadzamy gatunki inwazyjne,
• przełowiamy populacje morskie,
• emitujemy ogromne ilości gazów cieplarnianych, powodując ocieplenie i zakwaszanie oceanów,
• zanieczyszczamy środowisko toksycznymi związkami.

Skutkiem jest szybkie kurczenie się zasięgów wielu gatunków, rosnąca liczba populacji skrajnie zagrożonych i rozpad złożonych sieci troficznych. Badacze opisują to czasem nie jako czystą „utrata gatunków”, lecz „erozję populacji”: wiele gatunków jeszcze istnieje, ale w znacznie mniejszych, pofragmentowanych i przez to bardziej kruchych populacjach.

Paralele z dawnymi katastrofami

Choć przyczyna jest inna, współczesne zjawiska zadziwiająco przypominają niektóre elementy dawnych wymierań:

• Globalne ocieplenie – podobnie jak w permie czy niektórych fazach mezozoiku, rosnące stężenie CO₂ prowadzi do ocieplenia klimatu i zaburzeń cyrkulacji atmosferyczno-oceanicznej.
• Zakwaszanie oceanów – rozpuszczanie dodatkowego CO₂ sprawia, że wody morskie stają się mniej zasadowe, co utrudnia tworzenie wapiennych szkieletów koralowcom, małżom, planktonowi kalcyfikującemu.
• Strefy beztlenowe – przeżyźnienie (np. spływ nawozów do mórz) i ocieplenie sprzyjają powstawaniu obszarów ubogich w tlen, analogicznych do dawnych anoksji morskich.
• Fragmentacja siedlisk – choć geologicznie nowa w formie urbanizacji czy sieci dróg, w efekcie przypomina izolację ekosystemów znaną z dawnych faz podnoszenia się i obniżania poziomu mórz.

Taka kombinacja procesów zwiększa ryzyko, że obecny kryzys bioróżnorodności nie będzie jedynie epizodem, lecz pełnoprawnym „szóstym wielkim wymieraniem”. W zapis skalny wbuduje się wtedy cienka, ale wyrazista warstwa – pełna tworzyw sztucznych, izotopów pochodzenia przemysłowego i śladów gwałtownej zmiany klimatu.

Czego uczą nas dawne wymierania

Historia życia na Ziemi pokazuje, że:

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Co to jest wielkie wymieranie i czym różni się od „zwykłego” wymierania gatunków?

Wielkie wymieranie to okres w dziejach Ziemi, kiedy w stosunkowo krótkim czasie geologicznym znika co najmniej około 50% gatunków, a często nawet 70–90%. Dotyczy to nie tylko pojedynczych gatunków, ale całych wyższych grup – rodzin, rzędów, a nawet gromad organizmów.

Od tzw. wymierania tła różni się skalą i tempem. Wymieranie tła to „codzienne” tempo znikania gatunków związane z ewolucją, konkurencją i powolnymi zmianami środowiska. Wielkie wymieranie jest jak nagła katastrofa: w zapisach skalnych widać gwałtowne przerwanie ciągłości skamieniałości i całkowitą przebudowę ekosystemów.

Ile było wielkich wymierań w historii Ziemi?

Najczęściej mówi się o tzw. „wielkiej piątce” wielkich wymierań, które najbardziej zmieniły historię życia na Ziemi. Są to: wymieranie ordowicko-sylurskie, późnodewońskie, permsko-triasowe, triasowo-jurajskie oraz kredowe (kreda–paleogen).

Naukowcy dyskutują także o możliwym szóstym wielkim wymieraniu, które miałoby trwać obecnie. Tym razem główną przyczyną nie byłyby naturalne procesy geologiczne, ale działalność człowieka – niszczenie siedlisk, zmiany klimatu, zanieczyszczenia i nadmierna eksploatacja zasobów.

Jakie były przyczyny pięciu wielkich wymierań?

Każde z wielkich wymierań miało nieco inny zestaw przyczyn, ale zwykle były to gwałtowne zmiany klimatu i warunków środowiskowych na skutek procesów geologicznych lub kosmicznych. Najważniejsze z nich to:

• zlodowacenia i spadek poziomu mórz (ordowicko-sylurskie),
• zmiany klimatu i deficyt tlenu w oceanach (późnodewońskie),
• gigantyczny wulkanizm, globalne ocieplenie i zakwaszenie oceanów (permsko-triasowe),
• wulkanizm związany z rozpadem superkontynentu Pangea (triasowo-jurajskie),
• uderzenie asteroidy oraz intensywny wulkanizm (kreda–paleogen).

W każdym przypadku kluczowe było to, że zmiany następowały na tyle szybko, że większość organizmów nie zdążyła się przystosować.

Które wielkie wymieranie było najgorsze w historii Ziemi?

Za największą katastrofę biologiczną w dziejach Ziemi uważa się wymieranie permsko-triasowe sprzed około 252 milionów lat. Szacuje się, że zniknęło wtedy do 90–96% gatunków morskich i około 70% gatunków lądowych.

Wielka zagłada permsko-triasowa całkowicie przeorganizowała biosferę. Zniknęła większość dotychczas dominujących grup organizmów, a przestrzeń po nich zajęły nowe linie ewolucyjne, m.in. przodkowie dinozaurów i wielu innych gadów.

Jak naukowcy rozpoznają wielkie wymierania w skałach?

Ślady wielkich wymierań są widoczne w zapisie geologicznym jako wyraźne „linie graniczne” w skałach osadowych. Poniżej takiej warstwy znajduje się bogaty zestaw skamieniałości, powyżej – zupełnie inny skład fauny i flory, często dużo uboższy.

Dodatkowo naukowcy analizują zmiany chemiczne w skałach, np. stosunki izotopów węgla świadczące o zaburzeniach obiegu tego pierwiastka lub obecność pierwiastków pochodzenia kosmicznego, takich jak iryd w granicy kreda–paleogen. Dzięki temu można powiązać nagłe zniknięcie organizmów z konkretnymi zdarzeniami, np. uderzeniem asteroidy czy masywnym wulkanizmem.

Jak wielkie wymierania wpłynęły na ewolucję życia na Ziemi?

Wielkie wymierania działały jak „reset” biosfery. Gdy dominujące grupy organizmów znikały, przetrwałe gatunki mogły zająć opuszczone nisze ekologiczne, co uruchamiało nowe fale szybkiej ewolucji i powstawania wielu nowych form życia.

Po wymieraniu permsko-triasowym rozkwitły nowe grupy gadów, z których później wyewoluowały m.in. dinozaury i ptaki. Po uderzeniu asteroidy 66 mln lat temu, które zakończyło erę dinozaurów nielotnych, nastąpiła eksplozja różnorodności ssaków – w długiej perspektywie doprowadziło to także do pojawienia się człowieka.

Czy obecnie trwa szóste wielkie wymieranie i jaką rolę odgrywa w nim człowiek?

Coraz więcej badaczy uważa, że tempo współczesnego zanikania gatunków jest wyraźnie wyższe niż naturalne wymieranie tła i może odpowiadać początkowej fazie szóstego wielkiego wymierania. Różnica względem dawnych epizodów polega na tym, że główną przyczyną nie są zjawiska naturalne, ale działalność człowieka.

Do najważniejszych czynników należą: niszczenie siedlisk (wylesianie, urbanizacja), zmiany klimatu, zanieczyszczenia, przełowienie i wprowadzanie gatunków inwazyjnych. Analiza dawnych wielkich wymierań pozwala lepiej zrozumieć, jakie mogą być długofalowe skutki takich zaburzeń dla globalnych ekosystemów – i jak ich uniknąć.

Najważniejsze punkty

• Wielkie wymierania to krótkie (geologicznie) okresy, w których znika co najmniej 50–70% gatunków, znacznie przekraczając naturalne tło wymierania.
• Podczas wielkich wymierań giną całe linie ewolucyjne (rodziny, rzędy, gromady), co gruntownie przebudowuje ekosystemy, obieg materii i energii oraz wpływa na klimat.
• Różnica między zwykłym wymieraniem a wielkim wymieraniem polega na skali i tempie – zamiast „pojedynczych książek z biblioteki” znikają całe „działy” życia.
• Pięć klasycznych wielkich wymierań (ordowicko-sylurskie, późnodewońskie, permsko-triasowe, triasowo-jurajskie, kreda–paleogen) stanowi fundament geologicznego podziału dziejów życia.
• Każde z wielkich wymierań miało inne dominujące przyczyny, m.in. zlodowacenia, gigantyczny wulkanizm, gwałtowne zmiany klimatu, spadek tlenu w oceanach i uderzenia asteroid.
• W zapisie geologicznym wielkie wymierania widać jako wyraźne granice w skałach, nagłe znikanie jednych i pojawianie się innych zespołów skamieniałości oraz zmiany składu chemicznego osadów.
• Coraz częściej mówi się o trwającym szóstym wielkim wymieraniu, tym razem napędzanym przez działalność człowieka, co czyni badanie dawnych katastrof ostrzeżeniem i instrukcją na przyszłość.