Текст книги "Новая история происхождения жизни на Земле"

Автор книги: Джозеф Киршвинк

Соавторы: Питер Уорд
сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 31 страниц)

Физические и химические причины кембрийского взрыва

Ранее в этой книге мы уже отмечали появление совершенно новых научных направлений, самыми заметными из которых являются астробиология и смежная с ней дисциплина – геобиология. Однако есть еще одна научная отрасль, развивающаяся в русле самых традиционных теорий биологической, точнее, эволюционной направленности, но претерпевшая столь значительное переосмысление, что считается новой наукой. Последователи этого направления называют его «эво-дево». Это настоящий прорыв в области эволюционной биологии развития, и представителям этого направления, исходя из исследований последних 10 лет, есть что сказать по поводу кембрийского взрыва. Один из известнейших представителей эво-дево Шон Кэрролл предлагает нам необычное путешествие в эту область на страницах своей книги 2005 года Endless Forms Most Beautiful («Бесконечное число самых прекрасных форм»[118]118
  Название является фразой из работы Ч. Дарвина «Происхождение видов». – Примеч. пер.


[Закрыть]). Основную тему книги можно сформулировать следующим образом: сегодня наука в состоянии лучше понять неразрешимую до этого проблему эволюционной биологии – происхождение новых форм. В рамках традиционной, дарвинистской, теории эволюции факт быстрого появления новых видов объяснить было невозможно. Радикальные новшества эволюции – крылья, ноги для ходьбы по земле, сегментация членистоногих и даже большие размеры, что является отличительной характеристикой кембрийского взрыва, – нельзя было объяснить лишь многочисленными и неожиданными мутациями, которые обновляли и изменяли весь организм в целом. Кажется, в рамках эво-дево удалось решить этот вопрос, и в своей книге Кэрролл перечисляет четыре аспекта, в совокупности позволяющие трактовать внезапные эволюционные нововведения и четко сформулировать новый способ объяснения кардинальных перемен в развитии жизни.

Первый так называемый (по Кэрроллу) секрет нововведений – это «работа с тем, что уже есть». Основная идея: «природа – умелец-самоучка». Нововведения не обязательно требуют нового набора инструментов. Использовать то, что есть под рукой, – самый простой путь. Второй и третий «секреты» были хорошо понятны и самому Дарвину: многофункциональность и избыточность.

Многофункциональность предполагает, что уже существующая морфологическая или физиологическая структура взяла на себя вторую, дополнительную функцию. Избыточность понимается как наличие нескольких структур для выполнения одной функции. Если для появления нового вида деятельности подключается один из этих двух секретов, а прочие части организма при этом функционируют как обычно, то открывается хорошая возможность для нововведения, и это путь гораздо проще, чем создание совершенно нового организма с нуля. Функции плавания и дыхания у головоногих это как раз такой случай. Головоногие перекачивают огромные объемы воды через жабры и подобно многим беспозвоночным используют отдельные «трубки» или каналы для подвода и отвода воды, чтобы обеспечить продвижение насыщенной кислородом воды. Но благодаря небольшому морфологическому «усовершенствованию» этих трубок появилось новое средство передвижения. Дыхание и движение могут теперь осуществляться с использованием одного и того же объема воды и для дыхания, и для перемещения в пространстве.

Последний секрет – модульность конструкции. Животные типа членистоногих и даже, хотя и в меньшей степени, позвоночные уже состоят из сегментов-модулей. Конечности, растущие из сегментов членистоногих, удивительным образом модифицировались в соответствии с разными функциями: питание, спаривание, движение и др. Членистоногие, как швейцарский нож, в каждом сегменте имеют несколько элементов различного предназначения. Это правило верно и для позвоночных, таких как мы: у нас есть отростки, которые натренированы для различных целей – ходить, плавать, летать. Не так уж плохо для таких, казалось бы, примитивных пальцев на руках и ногах! Каким образом работает эво-дево? Оказывается, эти морфологические секреты являются тонкой шлифовкой для морфологических изменений, поскольку они основаны на системах генетических «включателей», которые расположены у развивающегося эмбриона в тех же местах, что и различные конечности у членистоногого (или позвоночного).

Включатели в данном случае – основной элемент, они сообщают различным частям тела, когда и где расти. То, что определенная последовательность отделов тела членистоногих, от головы до брюшка, заложена в хромосомах и проявляется в эмбрионе, стало одним из величайших открытий в науке. В основном это заслуга гомеозисных генов – драгоценных жемчужин среди прочих открытий направления эво-дево (они могут по – разному называться у разных таксономических групп, но присутствуют в том или ином виде у всех).

Многочисленные открытия эво-дево, безусловно, помогают ответить на многие вопросы истории развития жизни на Земле, в том числе раскрыть тайну кембрийского взрыва: когда и как появились разнообразные типы животных, известные сегодня, иными словами, их разнообразные морфологические типы.

Уже давно существуют два научных направления, в рамках которых изучается эта проблема. В русле первого полагается, что окаменелости дают нам истинную картину того, когда на самом деле возникла такая огромная дифференциация животных – около 550–600 млн лет назад. Сторонники второго предлагают рассматривать результаты сравнения генов – существующих и древних типов – и утверждают, что на протяжении более полумиллиарда лет животные существовали, но не оставляли окаменелостей, что на самом деле не было никакого эволюционного взрыва. Новейшие исследования показывают, что взрыв многообразия произошел где-то 700 млн лет назад или немного позже. Используя понятие «молекулярных часов», представители второго направления около двух десятилетий назад предположили, что более миллиарда лет назад в царстве животных произошло фундаментальное разграничение на два типа: первичноротые и вторичноротые. Эти две группы уже на уровне эмбрионов фундаментально различаются анатомически, а также принципами развития.

К первичноротым относятся членистоногие, моллюски, кольчатые черви и т. п. Этот тип характеризуется тем, что в период зародышевого развития на месте первичного рта, бластопора, образуется рот. У вторичноротых (иглокожие, позвоночные вроде нас с вами, а также другие типы) рот и бластопора разделены. Есть и третий тип очень примитивных существ, которые отделились от основной линии эволюции животных еще до разграничения между первичноротыми и вторичноротыми, к ним относятся стрекающие, губки и некоторые менее распространенные типы.

Первыми появились простые формы вроде стрекающих и губок, которые существовали, как мы убедились, в эдиакарии около 570 млн лет назад, то есть до кембрия, который начался 543 млн лет назад. Хорошо распознаваемое отличие между первичноротыми и вторичноротыми можно проследить не ранее кембрийского периода.

Каким же было живое существо, непосредственно предшествовавшее разграничению первичноротых и вторичноротых? Множество примеров указывают на то, что это животное было двусторонне симметричным и способным к самостоятельному передвижению. Многие исследователи животных того периода считают, что общий предок, с которого началось разграничение первичноротых и вторичноротых, был маленьким червячком, подобным, возможно, современной планарии (Planaria) или крошечным нематодам. Однако самые последние данные говорят о том, что еще до разграничения первичноротых и вторичноротых у их предшественников уже были генетические инструменты для начала этого радикального изменения, и инструменты эти существовали по крайней мере, за 500 млн лет до того, как такое разграничение произошло! У этого червячка был рот спереди и анальное отверстие сзади, а между ними – длинная трубкообразная пищеварительная система. Возможно, у него имелись короткие выросты по бокам – своего рода органы химической рецепции и осязания. Как бы то ни было, такое положение вещей могло привести – и привело! – к быстрой трансформации. Вот это действительно новый взгляд на вещи: все необходимое для кембрийского взрыва пылилось на полках эволюции целых 500 млн лет!

Как уже упоминалось ранее, нижний слой кембрия формировался 543 млн лет назад. Этот слой определяется по породам, в которых впервые появляются различимые следы передвижения живых организмов – следы жизнедеятельности, которые показывают, что тогда существовали подвижные животные. В течение последующих 15 млн лет, тем не менее, образования новых морфологических типов животных вроде бы не происходило. По крайней мере, среди окаменелостей их не обнаружить. Первые по-настоящему очевидные признаки большого разнообразия можно увидеть в недавно открытых отложениях в Китае[119]119
  H. X. Guang et al., The Cambrian Fossils of Chengjiang, China: The Flowering of Early Animal Life. (Oxford: Blackwell Publishing, 2004).


[Закрыть], о которых упоминалось в предыдущих главах. Эти отложения имеют возраст 520–525 млн лет и являются более древними, по сравнению со сланцами Бёрджесс, сохранившимися ископаемыми мягких частей тел животных.

В фауне китайских отложений и в Бёрджесс преобладали членистоногие – великое множество членистоногих. Вскоре они стали самым разнообразным типом живых существ на планете и остаются таковыми по сей день. Одних только жесткокрылых, возможно, существует 30 млн видов!

Эво-дево объясняет это так. Никто не может так просто изменить общее строение организма, как членистоногие. Причины этого перечислены выше Кэрроллом: у членистоногих модульное строение, они обладают избыточной морфологией, что позволяет развивать новые функции, и у них есть серия гомеозисных генов, которые могут обеспечить трансформацию отдельных частей в сегментах целого тела.

Согласно старому подходу возникновение нового животного предполагает обязательное появление новых генов. В этом есть своя логика. Конечно, примитивная губка или медуза имеют меньшее количество генов, чем более развитые членистоногие. Были попытки доказать, что общий предок всех членистоногих как-то приобрел новые гены – новые гомеозисные гены, поскольку именно они являются теми генетическими «включателями», которые дают команду, когда и как формироваться отдельным частям тела. И все же случай здесь другой. Кэрролл и другие ученые продемонстрировали, что общий предок членистоногих не приобретал новых генов: они уже были у него, и благодаря им произошло последующее удивительное развитие всего многообразия существующих видов членистоногих. Как сказал Кэрролл, «эволюция форм заключается не в том, какие гены у вас есть, но в том, как вы их используете».

Всего десять различных гомеозисных генов понадобилось, чтобы совершенно изменить членистоногих и расширить их и без того богатое разнообразие. Их секрет был раскрыт, когда стали сравнивать последовательности белков, специфичных для работы каждого гомеозисного гена, и место каждого белка в развивающемся эмбрионе. Более ранняя мысль о том, что некоторые гены членистоногого кодируют построение конечности, оказалась ошибочной. Гомеозисные гены производят белки. Эти белки затем становятся средством для запуска и остановки роста определенных участков эмбриона. Некоторые из этих белков отвечают за образование определенных придатков. Если белки каким-то образом перемещаются к другим участкам развивающегося эмбриона, то и конечный продукт также перемещается. В таких случаях конечность, которая должна была образоваться в одном месте тела, может неожиданно появиться в совершенно другом, если, конечно, белок, образованный гомеозисным геном, переместился в эмбрионе задолго до формирования конечности. Новообразования в строении тела возникают от перемещения этих морфологических участков, или зон эмбриона, в котором тот или иной гомеозисный ген может находиться.

Перестановка зон гомеозисных генов в эмбрионе членистоногого привела к возникновению большого разнообразия их видов. Можно найти тысячи, возможно, даже миллионы различных вариантов строения их тел, и все это благодаря лишь десяти генам. Членистоногие представляют собой не что иное, как последовательность повторяющихся сегментов со своими особыми функциями, каждый сегмент и функция соответствуют отдельной зоне гомеозисного гена.

Стивен Гулд и Саймон Конвей Моррис: схема диспропорции

Существует множество предположений о причинах кембрийского взрыва. И много вопросов. Почему не произошло медленного формирования типов животных, а имел место именно резкий, сжатый во времени скачок? Насколько разнообразным был животный мир кембрийского взрыва? Предполагается, что все типы (около 32) ныне существующих животных появились во время кембрийского взрыва, и со времен кембрия не появилось ни одного нового типа животных, и ни один тип полностью не исчез. А были ли в кембрии другие типы, кроме существующих сегодня? Жаркие споры по этому поводу, кульминация которых пришлась на конец 1990-х годов[120]120
  Этот спор между двумя образованными людьми закончился бы дуэлью и смертью одного из них, будь это в XIX веке. Гулд ценил труд Морриса и был с ним вежлив, в то время как последний вовсе не сдерживался. Хорошее описание ситуации можно найти здесь: www.stephenjaygould.org-library-naturalhistory_cambrian.html.


[Закрыть], вели знаменитый биолог-эволюционист Стивен Джей Гулд и ученый из Кембриджа Саймон Конвей Моррис, прославленный британский палеонтолог.

В своей книге Wonderful Life («Удивительная жизнь») Гулд утверждал, что кембрийское время было полно «странных чудес» – так он определял виды строения тел, которые существуют и сегодня. С его точки зрения, кембрийский взрыв был именно взрывом, то есть быстрым возникновением новых форм тела, морфологических вариаций и большого количества видов животных. Но вспомним и другое качество такого явления, как взрыв, – они бывают смертельны. Как считает Гулд, на самом деле многие новые формы живых организмов не пережили кембрий. Они «погибли при взрыве», а именно не выдержали конкуренции во время быстрого развития многообразия форм. Было много типов и форм, но далеко не все смогли пройти испытание естественным отбором. Гулд предлагает пирамидальную схему-модель развития морфологического разнообразия животных: широкое основание пирамиды представляет большое и быстрое распространение разнообразных форм жизни, также это явление носит название диспропорции (разнообразие форм, но не видов). Но к концу кембрия, то есть на вершине пирамиды, осталось намного меньше типов, чем было в начале этого периода.

Впрочем, многие исследователи отмечают, что диспропорция на самом деле увеличилась со времен кембрия. Одним из самых известных последователей этой точки зрения является Саймон Конвей Моррис, он находится в оппозиции к точке зрения Гулда. По мнению Морриса, «странные чудеса» вовсе не были отдельными типами животных, а просто ранними и не распознаваемыми в тот момент представителями хорошо известных и ныне живущих типов.

Эта одна из самых горячих научных дискуссий закончилась выводом о том, что, по-видимому, Гулд ошибался. Добавить тут нечего. Но хотя этот спор и утих, новые аспекты кембрийского взрыва выходят на передний план науки, той науки, где в спорах рождается истина.

Новая датировка кембрийского взрыва

Кембрийский взрыв, очевидно, был одним из самых значимых и до недавнего времени наименее изученным из всех основных событий истории развития жизни. Много вопросов вызывала датировка из-за ее неточности, и чем древнее были породы, тем больше была неопределенность датировки. Адам Седжвик, определяя в XVIII веке самый ранний этап кембрия по слоям, в которых появляются трилобиты, не мог знать, что со временем у его собратьев по цеху появится возможность определять реальный возраст пород в годах, а не по окаменелостям (хотя мы уверены, что, по крайней мере, он мечтал о такой возможности). Почти 200 лет точная датировка кембрия была одним из самых обсуждаемых вопросов. И не только время возникновения настоящей «основы» (самого нижнего слоя) подвергалось сомнению (многие верили, и Дарвин в том числе, что под слоем с трилобитами также могут находиться ископаемые животные). На протяжении многих десятилетий XX века стояла проблема определения границы между протерозоем и палеозоем.

Сомнению подвергались все датировки, какая бы граница периодов и эпох ни имелась в виду. К 1960–70-м годам попытки угадать (а это было скорее именно угадывание) время кембрийского взрыва колебались от 600 млн до 500 млн лет назад. Потребовалось разработать невероятно чувствительные и точные радиометрические методики датировки, чтобы дело пошло на лад. Проблема определения периодов заключалась в том, что для получения точных радиометрических данных вулканические породы должны были быть смешаны с осадочными породами в виде пепла, поскольку только вулканический пепел, и то не всякий, содержит минерал циркон (а он, в свою очередь, содержит уран, что и помогает использовать циркон как прекрасные геологические часы). Однако почти нигде на Земле нет пород с такими свойствами, которые бы относились к кембрию.

Пытаясь придумать что-нибудь еще, выдающийся австралийский ученый Уильям Компстон (Австралийский национальный университет в Канберре) разработал метод с использованием изотопов рубидия-стронция в сланцах – осадочных, не вулканических породах. Данные показали, что возраст первых трилобитов в Китае – 610 млн лет. Сейчас нам известно, что его методика была совершенно неверна и что методы с использованием урана – правильный выбор. Тем не менее до 1980-х годов официально считалось, что нижние слои кембрия имеют возраст 570 млн лет, и эта датировка до сих пор присутствует во многих более-менее современных изданиях по геохронологическим вопросам, а также в Интернете.

Впрочем, была и вторая, еще более острая проблема: не «когда», но «что»: что считать первой, а что – последней окаменелостью, отмечающей границы кембрия. Как отмечалось выше, к 1960-м годам палеонтологи усовершенствовали свои методы сбора информации и инструментарий. Все очевиднее становился тот факт, что периоду трилобитов предшествовал приличный этап эволюции животных, включая животных с твердыми частями тела, которые могли оставлять и оставляли окаменелости. Самыми древними окаменелостями твердых частей животных в слоях ниже, чем трилобиты, были крошечные, но вполне различимые частицы раковин («мелкая раковистая фауна»). Некоторые выглядели как крошечные иглы, другие – как маленькие ракушки улиток, а третьи были просто как обломки панциря какого-нибудь древнего моллюска или иглокожего. Но реальный возраст их формирования и существования по-прежнему оставался под вопросом.

В конце концов в начале 1990-х годов международное научное сообщество достигло соглашения[121]121
  M. Brasier et al., «Decision on the Precambrian-Cambrian Boundary Stratotype,» Episodes 17, no. 1–2 (1994): 95–100.


[Закрыть]. Первый этап появления животных, то есть вендобионты, был исключен из кембрийского периода, и период существования этих организмов получил собственное название и отдельное место в геохронологической шкале в протерозойском эоне – эдиакарий. За основу (нижний слой) кембрия приняли породы, содержащие самые первые следы жизнедеятельности животных, над ними, таким образом, оказались представители мелкой раковистой фауны, а выше – трилобиты. И при этом, хотя все вроде и рассортировали, время, когда образовались эти ископаемые, так и осталось неизвестным.

Без надежных радиометрических данных размеры этих слоев – от первых окаменелостей до трилобитов – для некоторых регионов планеты могут измеряться десятками тысяч метров. Это подразумевает миллионы лет, но масс-спектрографы (инструменты, определяющие возраст пород) до 1980-х годов мало использовались. Однако технологии развивались, и к концу 1980-х годов новые типы масс-спектрографов начали применять при изучении редких, но очень важных с научной точки зрения вулканических отложений: тех, что время от времени обнаруживались в осадочных породах, которые считались кембрийскими. Одно такое место было открыто спустя много лет после того, как Седжвик воспарил к небесам (или ушел к ископаемым, мы не знаем, куда попадают после смерти палеонтологи), оно находится в Марокко. Эта находка послужила ключом к определению возраста четырех этапов кембрийского взрыва.

Неизвестные сюрпризы кембрийского взрыва

В конце 1980-х годов один из соавторов данной книги, Джо Киршвинк, собрал образцы вулканического пепла в Атласских горах в Марокко. Слой пепла был в этом отложении осадочных пород на 50 м ниже первых кембрийских ископаемых трилобитов. Но как долго формировался этот слой? К сожалению, этот вулканический пепел содержал совсем небольшое количество циркона, слишком мало, чтобы использовать обычные для тех лет методики датировки. Однако к тому времени Компстон уже разработал замечательный метод, известный как ионная микроскопия сверхвысокого разрешения: пучок ионов цезия направляется на малый участок частицы минерала. Плазма, генерируемая в этом процессе, проводится в масс-спектрометр, и несколько тонких манипуляций позволяют получить чрезвычайно точные сведения датировки по урану/свинцу.

Результаты были потрясающими. Данные, полученные для собранных в Марокко образцов, показывали возраст не старше 520 млн лет, и уж точно не старше 600 млн лет![122]122
  W. Compston et al., «Zircon U-Pb Ages for the Early Cambrian Time Scale,» Journal of the Geological Society of London 149 (1992): 171–84.


[Закрыть] Компстон сделал все возможное, чтобы удостовериться в возрастных характеристиках, но данные лишь подтвердились: в датировке нижнего слоя кембрия была ошибка в 80 млн лет. Это означало, что кембрийский взрыв – по крайней мере, развитие большого разнообразия типов животных, наблюдаемое с появлением мелкой раковистой фауны, – скорее напоминал ядерный взрыв, поскольку проходил в 25 раз быстрее, чем предполагалось до этого. Коллеги из Массачусетского технологического института (знаменитый Сэм Боуринг) и другие исследователи вскоре повторили эксперименты Компстона с образцами вулканического пепла из других экзотических мест, например, из Намибии и северной части Анабарского плато в Якутии[123]123
  A. C. Maloof et al., «Constraints on Early Cambrian Carbon Cycling from the Duration of the Nemakit-Daldynian-Tommotian Boundary Delta C-13 Shift, Morocco,» Geology 38, no. 7 (2010): 623–26.


[Закрыть]. Таким образом, появилась дата возникновения трилобитов, и она оказалась намного более ранней, чем предполагали раньше. Палеонтологи запаниковали, так как подумали, что весь кембрийский период займет не более 10 млн лет, поэтому они отказались от трилобитов как своей путеводной звезды и сосредоточились на более древнем событии – появлении первых следов жизнедеятельности, которые в конце концов были датированы примерно 542 млн лет назад. Оказывается, необычный период эволюции, когда происходило множество изменений и появлялось много нового, имел и другие, не менее необычные характеристики. Исследования изотопов углерода в пограничных слоях между протерозоем и кембрием показывают, что в те времена происходило что-то очень странное, события следовали очень неравномерно, как кардиограмма, и продолжалось это сотни миллионов лет (теперь эти явления называются кембрийскими углеродными циклами)[124]124
  M. Magaritz et al., «Carbon-Isotope Events Across the Precambrian-Cambrian Boundary on the Siberian Platform,» Nature 320 (1986): 258–59.


[Закрыть]. Размах этих событий огромен, равен почти полному сгоранию всей существующей на планете биомассы каждые несколько миллионов лет. Либо это, либо что-то еще привело к образованию очень легкого углерода (который можно обнаружить в метане), который врывался в атмосферу в огромных количествах со всеми парниковыми последствиями. Испытала ли Земля цепь кратких периодов тепловых катастроф? Впрочем, такие события привели бы к вымиранию, но не развитию многообразия.

Кембрий, помимо прочего, давно известен еще одной странностью: он является одним из периодов самой значительной тектонической активности и смещения плит (плита – это огромный участок земной коры, который двигается, сталкивается с другими плитами или распадается на более мелкие части). Тектоническое движение можно отследить, если применить метод палеомагнетизма, позволяющий определить древние широтные характеристики пород и направление движения плит. Именно благодаря этому методу Джо Киршвинк впервые определил периоды «Земли-снежка». Новые методы палеомагнетического анализа показывают как будто невозможное: тектонические плиты курсируют по поверхности Земли с бешеной скоростью, весь мир быстро перемещается относительно полюсов, Северный и Южный полюса остаются там, где им и полагается быть, а под ними вращается земной шар.

Примером может служить Австралия: согласно полученным данным, когда-то этот континент находился у самого экватора и в кембрийский период повернулся почти на 70° по часовой стрелке – менее чем за 10 млн лет, может, и за более короткое время. Впрочем, поскольку Австралия была частью суперконтинента Гондвана, в который также входили Антарктида, большая часть Индии, Мадагаскар, Африка и Южная Америка, поворот Австралии означал и перемещение больше половины всей земной поверхности того времени. Сегодня сведения исследователей Гондваны это подтверждают: суперконтинент поворачивался против часовой стрелки точно в период кембрийского взрыва, 530–520 млн лет назад. Подобная информация получена и о североамериканской континентальной платформе Лауренция: она двигалась от холодного Южного полюса к экватору примерно в то же время.

Простота – сестра таланта, поэтому, проще говоря, не группа малых тектонических плит двигалась куда-то, а все на планете перемещалось относительно оси. Следует отметить, что эта формулировка оправданна, только если Лауренция и Австралия находились в тот период времени примерно в 90° друг от друга (а это было именно так, ведь Австралия была у экватора, а Лауренция на полюсе!). На самом деле эта упрощенная теория всеобщего взаимного вращения и перемещения ведет к довольно специфичным предварительным выводам об относительной ориентации в пространстве и очертаниях континентов, к «абсолютизированной палеогеографии». Приносим свои извинения Толкину, но выглядит это примерно так: «Одно движение переместит их, одно вращение повернет их, одно смещение от полюса для них – на одном общем земном шаре!»[125]125
  Здесь авторы ссылаются на известный фрагмент из трилогии Дж. Р. Р. Толкина «Властелин колец», в котором надпись на волшебном кольце гласит: «Одно кольцо покорит их, одно соберет их, одно их притянет и в черную цепь скует их» (пер. В. Муравьева и А. Кистяковского). – Примеч. пер.


[Закрыть] Общее вращение всей коры планеты вокруг оси приводит около 90 % всех разрозненных до этого результатов палеомагнетизма к единому фокусу.

Все происходило одновременно. Мощный пульс эволюции, проявленный и в численности видов, и в количестве морфологических типов, громадное увеличение биоминерализации (количества и разнообразия видов скелета, развившихся у многих типов животных), первые взаимоотношения между хищниками и жертвами у животных, огромные скачки количества органического углерода, безумные перемещения континентов – все это заставляет ученых, включая Киршвинка и его студентов, лишь гадать, являются ли эти события совпадениями или между ними есть причинно-следственные связи.

С появлением новых данных палеомагнетизма были установлены не только удивительные, но и просто невероятные перемещения древних плит. Концепция униформизма предлагает использовать настоящее, чтобы понять прошлое, и мы с готовностью принимаем это предложение – определяем скорость современного движения континентов. В Атлантическом океане, где в данный момент формируется новая океаническая кора вдоль Средне-Атлантического хребта, скорость, с которой две плиты расходятся к северу и югу от своей когда-то общей границы, составляет около 2,5 см в год. Эти две огромные плиты держат на себе континенты, и куда двигаются плиты, туда же устремляются и их материковые части. Скорости бывают разные. Например, сегодня тихоокеанские плиты двигаются намного быстрее, около 7–12 см в год. Самый быстрый темп – около 25 см в год, но это в теории, и то под сомнением. В то же время данные палеомагнетических исследований показывают, что возможны скорости в несколько метров в год, а для тектонических плит это кажется невозможным. Однако данные повторяются и представляются окончательными. Происходило явно что-то по-настоящему революционное или, по крайней мере, нечто, настолько отличное от современных процессов, что науке приходится лишь удивляться. Для принципов униформизма это слишком!

Первой реакцией на сведения, показывающие столь быстрое движение поверхностных участков планеты, было сомнение в объективности этих данных. Что ж, вполне справедливо. Как сказал однажды Карл Саган, неординарные (научные) утверждения требуют неординарных доказательств. Перемещение континентов было настолько быстрым, что нормальное тектоническое движение, упомянутое выше, то есть не более нескольких сантиметров в год, не может служить основой для изучения этого явления. Новые данные, медленно, но упорно собираемые Киршвинком и другими коллегами, демонстрировали слишком быстрое движение плит, чтобы его можно было объяснить с помощью принятой сегодня тектонической теории. Ну и наконец, основные процессы этого быстрого тектонического движения совпадали по времени с бурным развитием многообразия типов животных. Если на кембрийский взрыв повлияло не быстрое тектоническое движение, то что? И каким образом оно могло повлиять на эволюцию животных?

Ответы явились настоящим откровением, хотя и не должны были особенно удивить, поскольку схожие процессы известны по результатам изучения истории формирования и развития Марса, Луны и многих спутников и малых планет. Эти объекты вполне способны к необыкновенным изменениям в пространственной ориентации. Невозможно до конца оценить все последствия подобных процессов для эволюции живых организмов на Земле, но наше новое понимание того, что же на самом деле произошло, поистине сравнимо с революцией в науке о развитии жизни на нашей планете.

Уже более века геофизики знают, что участки земной коры могут быстро перемещаться относительно оси. Существует физический закон, который гласит, что вращающийся объект будет вращаться вокруг так называемого момента инерции. Хорошим примером может служить летающий диск, фрисби: если его запустить правильно, он будет вращаться вокруг своего центра, и масса вещества на его краях будет поддерживать стабильность вращения. Но давайте прилепим на диск кусочек свинца, но не в центр. Вращение фрисби изменится, поскольку он попытается переориентировать движение с учетом новой массы так, чтобы новообразовавшийся тяжелый участок оказался как можно дальше от центра вращения – у «экватора». На вращающейся планете центробежные и гравитационные силы влияют на любой появившийся на поверхности объект. Но на вращающемся шаре переориентация может происходить по-своему, и под влиянием оси вращения новый «вес», который находился, скажем, в двух третьих пути от экватора к полюсу, может в конечном итоге оказаться и не на экваторе. Крутящийся мяч может изменить позицию оси вращения, если на него прилепить посторонний объект.

Хорошо известно, что Луна и Марс переориентировались таким образом в течение своей геологической истории. На поверхностях обоих появлялись участки с новой массой, которые первоначально находились не на экваторе, но в конце концов оказались именно там. Например, гигантская провинция Фарсида (геологический регион Марса) состоит из огромного количества лавы с очень большой массой. С позиции геологического времени это похоже на посторонний объект, который мы прилепили на фрисби или на вращающийся мяч, так как провинция появилась уже после окончательного образования Марса. На самом деле это крупнейшая положительная гравитационная аномалия в Солнечной системе, и находится она точно на марсианском экваторе – сегодня находится. На Луне наблюдения, предшествующие работе «Аполлона», зафиксировали концентрации больших масс, обусловленных базальтовыми лавами, покрывающими лунные моря, и тоже – на экваторе. Эти процессы вполне объяснимы для Марса и Луны, поскольку ни один из этих объектов не имеет тектоники плит, и называются эти процессы истинным перемещением полюсов (true polar wander – TPW). До открытия тектоники плит в 1966 году все свидетельства того, что земные полюса в древности находились в других местах, приписывались действию истинного перемещения полюсов.