Аксель-Хейберг — это крупный необитаемый остров на севере Канадского Арктического архипелага, один из самых северных островов этой страны. Сегодня он представляет собой холодную пустыню, почти лишённую всякой жизни. Но 45 млн лет назад на берегах Северного Ледовитого океана росли пышные тропические леса эоценовой эпохи. С тех пор множество деревьев на острове оказались погребены сначала под наносами, а затем и подо льдом.
Соавтор открытия древнейших грецких орехов — Джеймс Бейсингер, почётный профессор геологических наук Университета Саскачевана. Он рассказал, что на Аксель-Хейберге первое, что бросается в глаза, — это большие пни, метр или более в диаметре. И они всё ещё уходят корнями в грунт, на котором росли. А ведь ближайшие к этим пням живые деревья находятся на расстоянии в 3000 км от острова.
Пни настолько заметны, что их можно рассмотреть с воздуха. Так и получилось: в 1985 году сотрудники Геологической службы Канады обнаружили ископаемый лес Аксель-Хейберга, осматривая местность с вертолёта. Год спустя палеоботаники, то есть специалисты по ископаемым растениям, прибыли с экспедицией на необитаемый остров и убедились, что перед ними окаменелости, не похожие ни на что из виденного прежде.
Палеоботаник из Флоридского музея естественной истории и ведущий автор исследования Стивен Манчестер отметил, что на планете вообще немного мест, где можно увидеть настолько сохранившиеся окаменелости лесов.
В большинстве подобных случаев окаменение представляет собой замену органических веществ минералами с течением времени. При ином природном сценарии органика слёживается в уголь или обгорает при лесных пожарах и сохраняется в виде древесного угля. Но это не относится к окаменелостям Аксель-Хейберга. Древесина, листья, шишки, орехи и плоды выглядят невероятно. Такая уникальная для растительности форма сохранения сквозь миллионы лет называется мумификацией растений, и возможно подобное только при очень специфических и редких обстоятельствах.
Бейсингер рассказал, что в природе существует множество факторов, которые не допускали сохранения остатков древнейших лесов: работа бактерий и грибков, вынос в моря водами и ещё ряд причин, по которым росшие давным-давно деревья так и не превратились в окаменелости. Но древние леса на Аксель-Хейберге быстро оказались под болотными и озёрными отложениями. Тем временем климат на планете становился всё холоднее, и природные процессы на острове замедлились, превратив его в кладовую уникальных древностей.
Бейсингер был одним из первых исследователей, изучивших тот заполярный лес. Бесплодная поверхность Арктики и сильные ветра существенно облегчили задачу по сбору образцов. Можно увидеть несколько окаменелостей просто на поверхности и подобрать наиболее интересные. Затем вернуться спустя год, когда на поверхности произошла небольшая эрозия, то есть слой «разворошило» непогодой, и на поверхности появляется ещё несколько образцов. И так за несколько лет чуть ли не на одном месте можно собрать значительную коллекцию остатков древней жизни.
Вот и обнаруженные грецкие орехи лежали просто на поверхности. В одном случае — кучно, возможно, припрятанные там когда-то животными, рассказал Бейсингер. В некоторых ископаемых орехах были прогрызены отверстия, то есть они успели стать пищей для современной им фауны.
За 15 лет, возвращаясь на остров, Бейсингер с коллегами собрали более тысячи окаменелостей орехов и семян для изучения в лаборатории.
Так за полярным кругом они открыли три новых вида грецких орехов, уцелевших со времён, когда Северный и Южный полюса были покрыты лесами. Да, если бы мы могли оглянуться на 45 млн лет назад, в средний эоцен, то полюса Земли выглядели бы для нас неузнаваемо. В то время в Антарктиде и за Полярным кругом было тепло, земли покрывала растительность. В общем, ничего общего с ледяными пустынями, которые сегодня ассоциируются у нас с полярными регионами.
Однако и тогда из-за высоты широт в полярных регионах были относительно короткие вегетационные периоды, то есть благоприятные для роста. Но для флоры это обстоятельство компенсировалось длительностью дня, когда солнце светило до 20 часов в сутки. И наоборот, зимы отличались почти полной темнотой, хотя температура редко достигала точки замерзания.
Данные палеонтологии и геологии указывают, что в то время в атмосфере Земли было больше углекислого газа, и на планете было куда теплее, чем сегодня. Тогдашняя глобальная «теплица», в свою очередь, вызывала тёплую океаническую циркуляцию, которая предотвращала замерзание Северного Ледовитого океана.
На крайнем севере простирались поросшие кипарисами болота и горные леса, где деревья достигали 40 метров в высоту, рассказал Бейсингер. Произрастали десятки видов: секвойи, кедры, сосны, ели, хвойные рода тсуга, лиственницы, берёзы, гинкго, орехи гикори (пекан) и грецкие орехи.
Как эксперт по эволюционной истории семейства грецких орехов, Стивен Манчестер помог завершить научный проект, длившийся десятилетиями. Он провёл компьютерную томографию (КТ) грецких орехов с острова и описал три ранее неизвестных вида.
КТ позволяет рассмотреть внутреннее строение орехов, объяснил Манчестер. До появления компьютерных томографов традиционные методы изучения окаменелостей подразумевали уничтожение самих образцов, так как приходилось заниматься утомительным препарированием и нарезать образцы слоями в различных направлениях.
После сканирования нескольких наиболее цельных окаменелостей Манчестер сравнил их с грецкими орехами как современных, так и вымерших видов. Например, хранилище биологических образцов iDigBio позволяет исследователям легко находить музейные образцы, собранные в любой точке США. Однако окаменелости с Аксель-Хейберга не совпадали ни с чем из ранее найденного. Таким образом удалось установить, что на острове нашли три новых вида рода Juglans (грецкий орех).
Основываясь исключительно на генетических данных живых видов, исследователи когда-то думали, что семейство грецких орехов возникло где-то в Азии. Однако данные об окаменелостях указали на то, что этот род растений впервые появился в тёплой и влажной среде Северной Америки или Европы. По мере приспособления и распространения семейства ореховых некоторые виды адаптировались к более прохладным условиям, что и позволило им расширить свой ареал до более высоких широт.
Итак, изученные окаменелости дали более ясное представление о том, как грецкие орехи эволюционировали в периоды резко меняющегося климата и откуда произошли ныне существующие виды.
