Текст книги "До и после динозавров"
Автор книги: Андрей Журавлёв
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 24 страниц)
Глава IV
Мир, которого не может быть
(кембрийский период: 550–490 млн лет назад)
Если идея приходит в голову, то из какого же места она вышла?
Приписывается автору
Что написано в «Кембрийской газете». Запуск пеллетного конвейера. Галлюцигения и прочие «ошибки природы». Почему одни обзавелись броней, а другие ушли в песок? Хищники как двигатели прогресса. Первые загадки поведения. Кто надкусывал трилобитов с одного бока?
В середине начал
Кембрийский период охватывает этап земной истории примерно между 550 и 490 млн лет назад. Впервые кембрийские отложения были обнаружены в Уэльсе, который ранее назывался Кембрией. Можно приехать в Уэльс и поселиться у подножия Кембрийских гор в «Кембрийском отеле», где консьержка продает газету «Кембрийские новости».
К сожалению, настоящие кембрийские события не освещаются газетой. А какие были бы заголовки – «Есть ли жизнь на суше?», «Что ждет позвоночных?», «Моря терроризирует крупнейший за всю четырехмиллиардолетнюю историю планеты хищник: его длина превышает полметра!», «Пройдет ли мода на скелетный покров?». Последние два вопроса, по-видимому, были самыми насущными. Ведь они волнуют нас, далеких потомков тех животных, по сей день. Более того, эти вопросы взаимосвязаны. Связь уловили не сразу. Прежде научный мир чего только не придумал о внезапном появлении скелетных организмов в начале кембрийского периода. Гораздо больше, чем о гибели динозавров.
Напомню, что кембрийский период вместе с несколькими более поздними периодами составляет палеозойскую эру. Палеозойская эра, в свою очередь, является начальной эрой фанерозоя (или явной жизни). Почти четыре миллиарда, предшествовавших фанерозою, названы криптозоем (скрытая жизнь). Эти названия были предложены в конце XIX века, чтобы отделить земные слои, в которых ничего не видно, от слоев, набитых окаменел остями. Такое разделение обусловили организмы с минерализованным скелетом (раковиной, панцирем, чешуями, иголками-спикулами и так далее), остатками которых сложены многие фанерозойские слои.
Скелетные организмы заметны в породе и известны людям с доисторических времен. В Северной Америке живет племя индейцев, почитающее давно вымершего трилобита как тотем. Чертовы пальцы издревле пугали людей всей Европы. На самом деле они служили частью внутреннего скелета белемнита (родственник современного кальмара), а свое название получили от греческого «белемнон» (стрела). Раковины других ископаемых головоногих, аммонитов (названных в честь египетского бога Аммона, изображавшегося со спирально-свернутыми рогами), из-за своей скрученной формы прозваны у многих народов змеевиками. Они казались окаменевшим змеиным ядом и использовались для приготовления магических блюд.
Чуть более ста лет назад, пока сложная техника не стала обиходной, криптозойские слои представлялись «немыми». Заметная насыщенность более молодых слоев окаменелостями отразилась в научной литературе как кембрийский «взрыв» разнообразия организмов. Чарлз Дарвин посвятил знаменательному переходу от криптозоя к фанерозою раздел в своем непревзойденном научном труде. Согласно Ч. Дарвину, для развития любого вида требовалось значительное время. Он не мог смириться с внезапным и одновременным появлением представителей почти всех современных типов животных. Естествоиспытатель предположил, что осаждению древнейших кембрийских слоев предшествовал длительный этап в истории Земли. Тогда моря и наполнились плавающими, ползающими по дну или просто лежащими на нем созданиями. А затем он «спрятал концы в воду», точнее, в Мировой океан. Достаточная емкость для пород, которые должны были бы накопиться за столько времени, могла быть только на дне океана.
Теперь нам известно, что современные океаны являются относительно молодыми образованиями. Ничего древнее остатков первых морских ящеров на дне океанов нет. С другой стороны, на многих континентах были найдены непрерывные или почти непрерывные последовательности слоев, переходных от криптозоя к фанерозою. Великолепно представлены эти слои в Сибири, по берегам рек Лены и Алдана, где их открыли Всеволод Владимирович Хоментовский и Владимир Владимирович Миссаржевский. Они же доказали, что возникновение первых скелетных организмом было массовым и в геологическом масштабе времени – внезапным событием.
После Чарлза Дарвина и другие пытались решить проблему кембрийских организмов решительным образом. Предполагали, например, что они развивались в реках или на больших глубинах и освоили мелководные моря только в начале кембрийского периода. Но случилось как раз обратное. Сначала животные освоили морское мелководье. Далеко не от хорошей жизни они забрались в менее привлекательные во многих отношениях континентальные водоемы и океанические глубины. Туда их со временем вытеснили более совершенные соперники.
Позднее ученые обратили внимание на то, что в кембрийских породах не столько появились сколько проявились ранние представители современных типов животных (губки, моллюски, членистоногие, иглокожие, брахиоподы и многие другие). Случилось так потому, что эти самые ранние представители практически одновременно приобрели минерализованные (известковые, фосфатные или кремневые) скелетные покровы.
В большинстве скелеты состоят из карбоната кальция. Так, наверное, сложилось неслучайно. Без ионов кальция клетки не стали бы слипаться и многоклеточные организмы рассыпались бы, как кирпичная стена, сложенная без раствора. Без них клетки не могли бы двигаться, а мышцы сокращаться. Без них клетки не смогли бы «общаться» друг с другом. (Большинство органических молекул несут отрицательные заряды. Поэтому положительные, легкодоступные ионы кальция стали использоваться как носители информации.) Но избыток ионов кальция в клетке опасен сам по себе, как любая чрезмерность в еде или лекарствах.
Первые скелеты могли быть не чем иным, как свалкой кальциевого металлолома, обезвреженного углекислотой. То же верно и для фосфатного (точнее, карбонат-фосфатного) скелета. Без органических фосфатов, обеспечивающих накопление и передачу энергии, не выживет ни одно существо. Но излишки фосфата губительны для организмов, и подобно кальцию он выводится в скелет (как у позвоночных). Этот запас на черный день иметь нелишне. Впрочем, решение проблемы построения известкового скелета требует условий, несовместимых с возникновением фосфатного скелета. Поэтому «схимичить» с происхождением скелета не удается.
Несколько необычное расположение континентов на рубеже криптозоя и фанерозоя тоже не было оставлено без внимания. Материки тогда были сосредоточены в экваториальном поясе и залиты мелководными, но обширными морями. Подобные условия могли ускорить эволюцию. Суть происходящего – отнюдь не в теплом климате. В мелководных морях из-за неоднородности грунта, а также разницы солевого и температурного режимов нарушаются связи между отдельными группами особей одного и того же вида. Происходит сбой в обмене наследственной информацией. В итоге возрастает вероятность появления нескольких видов вместо одного старого.
Сходным образом развивается культура. Андрей Донатович Синявский отмечал в «Иване-дураке», что после раскола в России наблюдался стремительный рост православно-христианских сект. Причиной тому стали гонения на раскольников и уничтожение старообрядческих книг. Тексты по памяти восстанавливались в разрозненных поселениях. Возникшие разночтения еще больше разделяли старообрядцев. Потеря единого информационного поля привела общее некогда движение к неизбежному распаду на многочисленные самостоятельные общины.
Углубившись из истории в палеонтологию, обнаружим, что кембрийское расположение материков не было столь исключительным, чтобы вызвать изрядный рост разнообразия организмов. Позднее, в начале ордовикского периода, общее разнообразие животных возросло еще сильнее при совершенно иной карте мира.
Однако определенное положение материков могло вызвать минерализацию скелета и по другой причине. Воды, обогащенные фосфатом, выносятся из глубины на поверхность океанов в средних широтах, у западной береговой линии континентов. При кембрийском низком стоянии материков фосфат, как в ловушке, мог накапливаться на обширных мелководьях. Являясь основой удобрений, это вещество могло способствовать приросту водорослевой массы и массы ее потребителей. В свою очередь… В общем, оказалось, что все это тоже неверно, а почему – читайте ниже.
Силурийские морские животные
1 – рыба-акантода; 2 – бесчелюстное телодонт; 3 – ракоскорпион; 4 – бесчелюстные остеостраки; 5– граптолит; 6– кораллы-ругозы; 7– моллюск-хитон; 8 – строматопоратная губка
В стране Гондов
Не только кембрийскую, но и ордовикскую (490 млн лет назад) вспышку разнообразия организмов часто объясняют повышенным притоком питательных веществ, которые якобы и способствовали умножению видов.
Хорошо бы было перенестись куда-нибудь в начало кембрийского периода и посмотреть, как там было на самом деле. К сожалению, машина времени так и осталась изобретением писателей-фантастов. Да и попади она нам в руки, все равно ни один наблюдатель, даже все человечество, учитывая непродолжительность его существования (всего каких-то триста тысяч лет), не способны отследить до конца событие, о котором пойдет речь. Длилось оно более пяти миллионов лет.
Ну если нельзя попасть сразу туда, куда хочется, попытаемся хотя бы подъехать поближе. Итак, мы в Иране. Привели нас сюда не только бедственное положение российской науки (научная поездка в родную Сибирь оказывается не по карману), но и некоторые особенности географического положения Ирана в кембрийском периоде.
В означенное время Иран находился не в центре Азии, а на западной окраине не существующего ныне материка Восточной Гондваны, включавшего в себя нынешние Австралию, Антарктиду, Новую Зеландию, Новую Гвинею и большую часть Азии, за исключением Сибири. Сибирь располагалась примерно на экваторе, между Западной и Восточной Гондванами. Западная Гондвана, состоявшая из Южной Америки, Африки, Южной и Центральной Европы, а также небольших кусочков Западной Европы и Северной Америки (Флориды), стремительно для материка (со скоростью 1,5–1,9 см в год) приближалась к Восточной. Встреча обеих Гондван намечалась в середине кембрийского периода. (Поскольку центр будущей объединенной Гондваны находился в Индии, континент получил свое название по территории на плато Декан, населенной народом гонды.) Временное воссоединение Гондван было не менее значимым, чем временное воссоединение Украины и России. Тогда же, в кембрийском периоде, места, где много позднее основали столицы этих государств, находились близ Южного полюса на материке Балтии. (Украинские и русские ученые до сих пор спорят, что было к полюсу ближе: Москва или Киев?) Если бы положение материков на планете оставалось неизменным, то ссылали бы из Сибири в Москву, а не наоборот, а правительственные дачи омывались бы теплым таймырским морем.
Теперь перенесемся из жаркой Сибири на территорию (точнее, акваторию) тогдашнего умеренного Ирана. С одной, западной, стороны силы, вызванные вращением Земли, выносили богатые питательными веществами глубинные океанические воды. (В современном мире подобное явление происходит у тихоокеанских берегов Южной Америки.) Восточная сторона Ирана испытывала растяжение. Там образовывались моря, сходные с нынешним Красным, залившим трещину между расходящимися Африкой и Аравией. С близлежащей суши в эти моря сносились продукты выветривания, которые тоже содержали изрядное количество питательных микроэлементов. В похожем положении находились моря Южного Китая, Монголии, Казахстана, «гималайской» Индии. Питательные вещества поступали в эти моря и… Согласно распространенной гипотезе, там-то и осуществлялся откорм кембрийских организмов, давших «вспышку» разнообразия. Сейчас на месте иранских морей вздымается хребет Эльбурс, куда надо попасть, чтобы увидеть эту «вспышку» своим глазами.
Незаметная лошадиная тропа ведет от ближайшего аула к кромке ледяного языка. С высоты лошадиного крупа ущелье кажется еще глубже, и туда так и норовит сползи кошма. Поэтому все четыре конечности двурукого существа намертво вцепляются в загривок неспешного четырехногого. Только опираясь на все четыре ноги, можно взобраться по крутой щебенчатой осыпи на отметку в три с половиной тысячи километров выше уровня моря. Там ледник прорезал отложения самого начала кембрийского периода, что 540 млн лет назад находилось примерно в полукилометре ниже уровня моря. В этом море когда-то и накапливались питательные вещества. Они поглощались водорослевым и бактериальным планктоном. На усвоение соединений фосфора ими затрачивался значительный объем кислорода (169 единиц кислорода на единицу фосфора), что привело к недостатку этого газа в водной толще и почти полной гибели всего живого.
То событие отмечено черной полоской почти безжизненных фосфатоносных сланцев, оттенившей лежащие ниже белые известняки со всевозможными ракушками. Подобное, наверное, случилось на Земле впервые, но потом заморы стали вполне привычны.
Итак, кембрийский взрыв разнообразия организмов нельзя объяснить заурядным изобилием пищи. Запечатленная в геологическом разрезе история показала обратное: всевозможные, но не слишком многочисленные обитатели нормально-морских условий с приходом «изобилия» сменились тьмой исключительно однообразных потребителей. Их единственным достоинством, по-видимому, была способность все сразу переваривать.
Теперь с Эльбурса можно спуститься обратно в долину. Конечно, нынешний горный и пустынный Иран совсем не похож на морской Иран пятьсотмиллионолетней давности. Однако события, некогда происходившие в органическом мире, определили относительную безбедность этой страны в мире нынешнем. Организмы, собственно, и создали то, чем живут иранцы: фосфориты, уголь и нефть. Хотя вряд ли кто-нибудь согласится назвать современный Иран или Россию процветающими странами. Что-то, кроме полезных ископаемых, для этого нужно еще. А пока у бывшего шахского дворца возвышаются огромные бронзовые ноги и ближайшая к ним часть тела. Наверное, это и есть самая устойчивая часть любой власти.
Для чего нужны ангелы
Увлекшись объяснениями минерализации скелета, мы забыли, что события, произошедшие в начале кембрийского периода, нельзя сводить только к обретению скелета.
Последовательные изменения в размерах вендских и кембрийских планктонных водорослей-акритарх и в их наружности происходили неспроста. Если существует то, что можно есть, всегда найдутся те, кто это сделает. Защититься от выедателей (равно как и от хищников) можно тремя способами. Во-первых, стать незаметным, то есть до предела сократить собственные размеры. Во-вторых, поразить нападающего собственным величием – вырасти так, чтобы ни одному поедателю в глотку не поместиться. Хотя и говорят, что большому куску рот радуется, но только радоваться ему и остается. В-третьих, убежать (уплыть и так далее). Поскольку последний способ защиты для акритарх был невозможен, они поочередно использовали два других.
На происки одноклеточных животных-потребителей акритархи ответили увеличением размеров, что и случилось 1,3–1,1 млрд лет назад. Однако последовавший в раннекембрийскую эпоху рост размеров пожирателей вынудил акритарх сильно измельчать. Самые крупные формы полностью исчезли около 600 млн лет назад, а за ними последовали и самые большие из самых маленьких. В начале кембрийского периода остались лишь очень мелкие шипастые формы, которых выцеживали планктонные фильтраторы.
Кембрийский всплеск разнообразия акритарх не случайно совпал с прочими событиями периода, особенно с появлением крупных животных. Самые большие не едят самых маленьких. Чтобы пищевая пирамида сложилась, нужны промежуточные формы. Теологи, чтобы объяснить, как один-единственный Бог все слышит и видит, изобрели ангелов. Ангелы выполняют работу посредников: их меньше, чем людей, и Богу хватает времени, чтобы поговорить с каждым. (Так внушил мне на парижской дискотеке начинающий бельгийский богослов.)
Чтобы подать питательные микроэлементы к столу самых больших хищников, венчающих пирамиду, понадобились бактерии и мельчайшие водоросли, способные непосредственно их усваивать. В свою очередь, их улавливают фильтраторы и выедатели, парящие в водной толще, и поглощают хищники мелких размеров. В конечном счете все это становится пищей насущной для тех, кто покрупнее. Недостающее промежуточное звено в этой цепи (или этаж в пирамиде) как раз и добавилось в раннекембрийскую эпоху. Звеном стали планктонные рачки, подобные современным дафниям, хорошо знакомым аквариумистам. Главным новшеством рачков был фильтровальный аппарат для отлова микроорганизмов, которые в 50 раз мельче самих рачков. Благодаря им значительно повысились темпы оборота веществ. А главное – в океане стало буквально легче дышать.
Выявили эти способности рачков, можно сказать, случайно. Для изучения морских течений был придуман очень простой способ. В океане с самолета распылялись пластиковые частицы яркой окраски. Из космоса по их потокам надеялись проследить все неожиданные повороты морских струй. Но цветная пыль бесследно исчезла. Оказалось, что планктонные рачки набивают свои желудки чем угодно, был бы размер подходящим. Затем все содержимое кишечника окутывается особой оболочкой. Выпавший из заднепроходного отверстия пакетик (пеллета) погружается на дно (со скоростью до 1000 м в день).
Появление планктонных рачков, запустивших пеллетный конвейер, стало одним из самых значимых событий в развитии земной жизни. Дело в том, что накопленные планктонными водорослями органические вещества практически не тонут. (Отдельные бактерии или глинистые частицы за день оседают не более чем на 3–5 см.) Они высвобождаются в толще воды и возвращаются к поверхности, способствуя «цветению» и заморам. Поглощенные и упакованные в посылки ускоренной доставки, водоросли перестали разлагаться в толще воды, а животные избежали питания собственными испражнениями. В развитых странах, чтобы мусор не разносился по двору, его складывают в пластиковые мешки, которые лежат в ожидании мусоровоза. Членистоногие подобным же образом поступают со своими выделениями, упаковывая их в особую оболочку.
Получатели планктонных отправлений тоже не остались без дела. Донные животные, первоначально использовавшие осадок в качестве «крыши», постепенно стали в нем обживаться. Они прокладывали все более замысловатые ходы, в которых можно было разводить грибы или вылавливать случайно свалившихся соседей, что помельче. Попутно животные-копатели перемешивали с осадком и захоранивали в нем пеллеты. Важным последствием их работы стало превращение осадка в новую среду обитания, куда можно было уходить все глубже.
Но не только пеллеты изменили поведение донных организмов. Накануне кембрийского периода животные ползали по поверхности осадка, оставляя незамысловатые узоры. В раннекембрийскую эпоху они, будто испугавшись, запетляли и ушли с головой в песок или ил. По существу, осадок стал иным образом скелета. Ведь от нападения извне можно защищаться двумя способами: либо надеть бронежилет и передвигаться в бронеавтомобиле (раковина улитки, панцирь трилобита), либо забрать свое жилище решетками и стальными дверями (убежище, норка.) Но для того чтобы спрятаться или убежать, надо проворно и слаженно перебирать многочисленными ножками, щупальцами и так далее. Требуется напряженная работа мышц, а следовательно – ионы кальция. Так и получается строительный материал для скелета. Минерализованный скелет уже можно использовать как угодно: для собственного возвышения (стебель у иглокожих), для захвата и пережевывания (зубы у млекопитающих), для дыхания (трахеи у насекомых) и тому подобное.
И событие нашей нынешней жизни, когда все отгородились от улицы железными дверями, и далекое событие кембрийской скелетизации имеют сходную причину: появился хищник. Возникновение хищничества как предпосылку кембрийского «взрыва» предполагали уже в начале XX века, но никак не могли обнаружить самих хищников. До недавнего времени этот период казался своеобразным «золотым веком» в земной истории. Но новые кембрийские находки и переосмысление известных окаменелостей выявили всяческих хищников. У многих из них если и остались близкие родственники в современном мире, то очень редкие, известные только утонченным специалистам.
