Текст книги "Занимательная биология"

Автор книги: Игорь Акимушкин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 24 страниц)

Игорь Иванович Акимушкин
Занимательная биология

Художники А. Колли и И. Чураков

От автора

В этой книге не рассказано обо всем даже понемногу. Ведь нельзя объять необъятное. Поэтому я старался не писать о том, что так или иначе всем известно, что можно узнать из учебников и справочников. Я избегал анатомии, биохимии, даже физиологии – всего слишком специального и того, что уже не ново (если без этого можно было обойтись).

Зато о генетике, о которой у нас долго не писали, я рассказал подробно, рискуя наскучить однообразным повторением генетических терминов, без знания которых, впрочем, теперь невозможна никакая культурная деятельность человека.

Предпочтение было отдано тем исследованиям последних десятилетий, которые меня поразили, чего я сам не знал до недавнего времени и что интересно.

В работе над книгой мне помогали друзья, которым я хочу сказать здесь большое спасибо!

Жене моей Алине – за умные идеи, которые она так щедро дарила и за главу «Вечная слава воде!».

Моей сестре (и кандидату медицинских наук) Л. И. Приваловой – об аллергии и конец главы о крови написала она.

Н. М. Пожарицкой – за веселый рассказ о том, «Чем люди думают» и «Как это случилось?».

Н. В. Лысогорову (кандидату наук и писателю) – за оптимизм, с которым он уверяет, что «Никто еще не умер от старости».

Поверим ему без спора. Ведь истинная мудрость, говорит философ, состоит в том, чтобы рассуждать о жизни, а не о смерти. Поэтому переверните страницу – в каждой главе вас ждут рассуждения о жизни.

Глава I
Великий пролог

«Откуда есть пошла Земля»

Десять миллиардов лет назад нам дали основательного пинка, и с тех пор мы летим, «в звезды врезываясь». Летим со скоростью сверхкосмической.

Астрофизики обнаружили, что в спектрах видимых галактик линии поглощения смещены в их красные концы. Это значит, что галактики разлетаются во все стороны. И чем дальше они от нас, тем быстрее летят и тем больше в красный край спектра сдвинуты линии поглощения их газов. Самые далекие мчатся почти так же быстро, как фотоны! <sup>[1]1
  Звезда 3С-9, открытая в 1965 году американским астрономом М. Шмидтом, находится от Земли за 9 миллиардов световых лет и летит со скоростью, равной 4/5 скорости света. А одна из «голубых звездообразных галактик» удаляется от нас, по-видимому, лишь на 1/8 медленнее скорости света.


[Закрыть]</sup> А ведь быстрее фотонов (а проще говоря, света) нет ничего во вселенной.

Это значит также, что когда-то, по-видимому, все галактики толпились в одном центре, и плотность вещества здесь была сверхогромной. Потом взрыв, равного которому мир не знал с тех пор, разбросал материю во все концы. Случилось такое, как полагают, 10–13 миллиардов лет назад. Это, утверждают некоторые наши астрономы, «экспериментальный факт, который нельзя игнорировать». Другие же говорят, что никакого взрыва сверхплотного вещества не было: откуда и куда летят галактики, нам неведомо.

С одного или с разных стартов начала звездная материя свой вечный круговорот, не так уж и важно. Важно, что она существует.

В каком же виде существует?

Силовые поля, плазма, протоны, нейтроны, электроны, фотоны, атомы…

Среди атомов – две трети водородных, почти треть гелия и лишь сотая часть всех других элементов, известных на Земле. Значит, мир, в котором мы вращаемся, в основном водородно-гелиевый.

Мир занят синтезом: при жарище в сотни миллионов градусов и под давлением в миллиарды атмосфер в недрах звезд (а их миллионы миллиардов!) из ядер легких элементов «куются» ядра тяжелых.

Но на Солнце, которое так жарко светит в летний полдень, созидается лишь гелий: из водорода. Почему? Да потому, что температура там – увы! – слишком мала для синтеза тяжелых элементов. Так почему же они все-таки есть в атмосфере солнца и в недрах его спутников? Железо, свинец, уран? А потому, что когда-то очень давно вещество, из которого теперь сложена вся солнечная система, было «телом» гигантской звезды. В ее утробе тяжелые элементы и родились. Потом звезда взорвалась, и из осколков «слиплось» Солнце и планеты. Значит, все мы состоим из атомов, бывших уже в употреблении.

Итак, 5 миллиардов лет назад Солнце светило ярко и жарко. Но светило, можно сказать, попусту, никого не радовало: ведь Земли тогда еще не было. Не было и других планет. Только пыль космическая кружилась вокруг одинокого желтого карлика (так непочтительно называют астрономы наше Солнце).

Пыль была холодная: минус 200 градусов! Все плотнее сжималась она и плотнее. Медленно сгущалась. А затем расслоилась, и каждый слой слипся в твердый, бешено вертящийся шар. Родились планеты.

На третьем вертящемся шарике мы с вами и живем. Сначала он был очень холодный. Но радиоактивные вещества – уран да радий, – распадаясь, разогрели земные породы. Шар начал плавиться. А потом снова остыл, но только с поверхности.

Когда шар плавился, более легкие минералы всплывали на поверхность, тяжелые погружались в глубины. Поэтому, когда новоиспеченная Земля покрылась корочкой, оказалось, что затвердевшие на ее поверхности горные породы сложены из двух слоев – легкого верхнего и тяжелого нижнего <sup>[2]2
  Земная кора, толщина которой около 100 километров, по отношению к величине всего земного шара настолько тонка, что ее можно сравнить с покрывающей яблоко кожурой.


[Закрыть]</sup> . Их называют «сиалем» и «симой». Слова эти ввел в науку известный австрийский геолог Эдуард Зюсс. Первый слог обоих терминов «си» образован от принятого в химии обозначения кремния – «Si». Последние слоги «аль» и «ма» – от «Al» и «Ma», начальных букв в названии алюминия и магния.

Легкие породы земной коры сложены, оказывается, преимущественно из кремния и алюминия. (Легкие они весьма относительно, так как удельный вес сиаля равен приблизительно 2,67, а симы – 3,27.) Нижний тяжелый слой – сима – из кремния и магния.

Сиаль называют также гранитной оболочкой, потому что его образуют в основном граниты и гранодиориты. Толщина сиаля – 10–30 километров, но местами тоньше: например, на северо-западе Германии – 3–5 километров.

Верхний слой симы (до глубины примерно в 30–60 километров) составляет базальт. Здесь встречаются уже расплавленные породы, которые называют магмой. Под базальтом залегает еще более плотный перидотит (удельный вес его 3,6–4) <sup>[3]3
  Некоторые геологи базальтовые слои вместе с гранитными относят тоже к сиалю, а симой считают перидотитовую оболочку. Согласно этой системе земную кору составляют сиаль и лишь самые верхние слои симы или даже один сиаль (граниты и базальты), а сима (перидотиты, грикваиты и пр.) образует уже мантию Земли, которая окутывает тяжелое ядро и примыкающие к нему рудные сферы.


[Закрыть]</sup> – это царство магмы: температура здесь уже так высока <sup>[4]4
  С погружением в глубины литосферы в среднем на 30–32 метра температура повышается на один градус, хотя местами, например, в Южной Африке, «потепление» земных недр происходит втрое медленнее, а у нас на Северном Кавказе (Грозненский район) – втрое быстрее.


[Закрыть]</sup> , что все минералы и породы расплавлены. Но они не жидкие! Колоссальные давления, которые здесь господствуют, пишет советский геолог С. Кузнецов, «удерживают вещества магмы в пластическом, а местами твердом состоянии». Магма в переводе с греческого означает «густая мазь, тесто».

Это природный силикатный, то есть каменный, раствор. Он нагрет выше точки плавления, и, если давление в земных недрах по какой-либо причине ослабевает, магма сейчас же переходит в жидкое состояние, ее объем увеличивается и она с чудовищной силой прорывается в верхние слои земной коры, а иногда и на ее поверхность. Так происходят извержения вулканов. Излившуюся магму называют лавой.

Рождение люльки

Вернемся к сиалю. Казалось бы, толщина его всюду на поверхности Земли должна быть одинаковой. На самом деле это не так. Сиаль наиболее толст там, где континенты. Чем ближе к их краям, тем тоньше, а на дне океанов почти совсем его нет. Ложе Тихого океана (а как показали работы советских ученых, возможно, также и Северного Ледовитого) выстлано фактически только симой. Поэтому говорят иногда, что континенты – это гигантские блоки легких пород, всплывшие на поверхность более тяжелой, но менее твердой массы минералов. Сима, как я уже говорил, очень пластична.

Многие даже очень твердые вещества при больших давлениях переходят в особое, так называемое «текучее» состояние. Жар земных недр <sup>[5]5
  Предполагают, что в центре Земли температура такая же, как на поверхности Солнца, – 5–8 тысяч градусов. Некоторые говорят, что даже 12 тысяч градусов; напротив, советский ученый Отто Юльевич Шмидт считает, что немногим больше тысячи градусов. Но и это немало!


[Закрыть]</sup> плавит камни и металлы, но чудовищное давление (в 3 миллиона атмосфер!) действует в обратном направлении, заставляя вновь сгущаться раскаленные пары и лавы. Оттого, по-видимому, материя в утробе нашей планеты пребывает в странном состоянии – ни жидком, ни твердом. Ее можно было бы сравнить со стеклом: оно ведь тоже пластично и течет, если на него медленно и сильно нажимать, но обладает большим внутренним трением, свойственным твердым телам.

На этой-то «текучей» массе покоится земная кора. Все ее части находятся, как говорят, в изостатическом равновесии, нулевой уровень которого лежит приблизительно на глубине 120 километров. Это значит, что, чем легче какая-нибудь область земной коры, тем выше она будет подниматься над этим уровнем. Напротив, более тяжелые ее части погружены глубже. Вот почему дно океанских бассейнов, выложенное в основном тяжелой симой, менее возвышается над уровнем изостатического равновесия, чем те области земной коры, которые сложены преимущественно из толстых слоев легкого сиаля и тонких – симы, то есть материки.

Если эта гипотеза верна, то глыбы континентов плавают в подземном пластике, словно айсберги в море. Можно сравнить их и с чурками, брошенными в густой деготь.

Бросим туда и щепки: увязнув в дегте, они будут изображать ложа Атлантического и Индийского океанов, покрытые тонким слоем сиаля, а затвердевшая корочка дегтя вокруг – «голая» сима, выстилающая дно Тихого океана. Нальем теперь немного соленой воды, и полученный «ландшафт» довершит сходство.

Блуждающие континенты

Когда говорят о плавании континентов в симе, предполагают обычно, что эти сверхгигантские глыбы камня способны лишь к медленным вертикальным перемещениям – вверх и вниз. Вдоль по симе они не плавают, так как разнокалиберные блоки сиаля плотно прилегают друг к другу и как бы взаимно друг друга заклинивают.

Но, может быть, они не настолько уж прочно связаны между собой и могут порой перемещаться и горизонтально – скользят по плотной и гладкой симе, словно мебель по паркету?

Идея эта, которая многим специалистам кажется фантастической, около пятидесяти лет назад пришла в голову одному немецкому геофизику.

Геофизика звали Альфред Вегенер, позднее он погиб в снегах Гренландии, изучая ее ледники. В 1913 году вышла книга Вегенера «Происхождение континентов и океанов», которая уже в ближайшие 20 лет выдержала пять изданий. В ней изложил он знаменитую миграционную гипотезу, которая получила также название теории перемещения, мобилизма, или теории дрейфующих континентов. Не много найдется научных гипотез, о которых столько спорили и к которым так часто прибегали бы за помощью специалисты других наук, пытаясь объяснить досадные неувязки в своих изысканиях. Сначала геологи почти единодушно выступили против Вегенера. Сейчас другая картина: у некоторых исследователей он нашел полное признание, другие лишь в исправленном виде принимают его гипотезу, основные положения которой, модернизированные и дополненные, были использованы в построении многих новейших, более совершенных геотектонических теорий.

Вегенер был поражен, как точно соответствуют друг другу края континентов (вы тоже можете это заметить, если посмотрите на карту). Береговые линии некоторых материков дополняют друг друга, как соприкасавшиеся поверхности двух половинок лопнувшего стекла. Например, северо-восточный угол Южной Америки и Гвинейский залив Африки: первый словно вырезан из второго. Восточный край Северной Америки тоже, если мысленно приложить его к западному побережью Европы, составит с ним единый монолит.

В Южной Атлантике есть заливы и бухты, которые словно специально выкроены по размерам береговых мысов континента-антипода, раскинувшего свои земли по ту сторону океана.

Наблюдая эти и другие странные факты, Вегенер пришел к выводу, что первоначально сиаль покрывал Землю сплошным и всюду примерно одинаковой толщины слоем – до 30 километров. Над сиалем плескались волны первобытного, или первичного, океана – Панталасса. Он тоже сплошь покрывал всю Землю, но глубина его была невелика: не больше 2,6 километра. Затем силы, вызванные вращением Земли и приливами в магме – ее притягивала Луна, – взломали корку сиаля, сбили его куски в кучу, в одну гранитную глыбу: единый суперматерик Пангею. Вокруг на освободившейся от сиаля симе плескались безбрежные воды вторичного океана, который мы называем теперь Тихим.

Позднее суперматерик раскололся и его обломки расползлись в разные стороны: Южная и Северная Америка «уплывали» на запад, Австралия – на восток, Антарктида – на юг. В книге своей Вегенер поместил даже карты, на которых были изображены последовательные этапы расхождения материков.

Континенты начали свой грандиозный дрейф, по подсчетам Вегенера, приблизительно 130 миллионов лет назад и продолжают будто бы свое движение и сейчас. Например, расстояние между Норвегией и Гренландией увеличилось за последние 60 лет на 600 метров – значит, Америка уплывает от нас со скоростью 10 метров в год. Впрочем, некоторые ученые полагают, что дистанция между Старым и Новым Светом удлинилась не за счет материкового дрейфа, а из-за ошибок, допущенных в прежних измерениях.

Обломки сиаля, вырванные трением из подошвы материков, падали в образующиеся за «кормой» дрейфующих континентов пропасти на симу, иначе говоря, на дно заполняющих межконтинентальные «щели» океанов – Атлантического и Индийского. Вот почему, писал позднее Вегенер, ложе этих бассейнов содержит более или менее значительные отложения сиаля. На дне Тихого океана его нет, так как по Тихому океану еще не проплыл ни один континент.

Перед фронтом плывущего материка, как перед носом корабля, вздымались «волны» сиаля.

Америка плыла на запад, и поэтому наибольшее сопротивление от трения о ложе океана испытывал ее западный берег. Он стал сминаться, по краю поднялись длинными буграми складки (как на молочной пенке, если подуть на нее) – так образовались Кордильеры, опоясывающие Американский континент со стороны Тихого океана.

С помощью теории Вегенера можно объяснить и некоторые другие геологические, палеонтологические, палеоклиматические и даже зоологические загадки. Например, происхождение оледенения, древние следы которого в большей или меньшей степени носят все континенты, даже южные – Африка, Южная Америка и Австралия. Раз континенты «плавают», очевидно, временами некоторые из них приближались к полюсу (Северному или Южному) – наступало оледенение, затем материки удалялись от полюса, льды таяли, и вновь теплый климат вступал в свои права. Случалось, что и полярные страны «подплывали» к экватору, тогда тропические животные и растения заселяли земли, освободившиеся от растаявших льдов.

Некоторые современные геофизики считают даже, что материки периодически то движутся от полюсов к экватору (под действием, так сказать, «полюсобежной» силы, вызванной вращением Земли), то, столкнувшись «лбами», приблизительно в районе Средиземноморья, устремляются в обратный путь (под действием «полюсостремительных» сил, возникающих в магме, когда северные и южные материки сближаются).

Другие же полагают, что материки не дрейфуют в симе, а лишь растягиваются по ее поверхности под влиянием сил, стремящихся распределить легкий сиаль равномерно по всей земной коре. Согласно этой теории Америка не оторвалась от Африки, а только удалилась от нее: между ними на дне Атлантического океана существует будто бы перемычка из сильно растянувшегося (а потому и тонкого!) сиаля.

Хотя теория Вегенера и пользуется сейчас у представителей науки большим вниманием, чем прежде, однако полностью признают ее немногие. Большинство ученых считает, что континенты не способны к столь дальним «плаваниям», как считал Вегенер. Однако небольшие горизонтальные перемещения они, безусловно, совершают. Наука обязана Вегенеру тем, что он первый это заметил.

Лунная гипотеза

Почему, однако, ложе Тихого океана выстилают только тяжелые породы? Почему там нет сиаля?

Чтобы объяснить этот странный факт, придуманы разные гипотезы, и одна из них (самая поэтическая, хотя и не самая правдоподобная) предполагает, что образованию Тихого океана предшествовало следующее драматическое событие.

Тихоокеанская впадина, говорят сторонники этой гипотезы, – гигантский рубец на теле Земли, старая рана, залитая целительной примочкой из морской воды. Предполагается, что когда-то очень давно космические силы вырвали из бока нашей планеты довольно увесистый кусок плоти и он вертится сейчас вокруг нас в виде спутника, всем хорошо известного: это Луна. (Какие именно силы, автор этой гипотезы Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, объяснял с помощью математических вычислений, которые слишком сложны, чтобы мы могли их здесь привести.) Вырваны были в основном поверхностные слои земной коры, то есть сиаль, сима осталась на месте.

Исследования Луны действительно показали, что сложена она преимущественно из легких пород (вес которых составляет лишь 0,6 среднего веса Земли), а размеры ее приблизительно соответствуют дыре, оставшейся на поверхности Земли в том месте, где от нее «отпочковалась» Луна, то есть величине Тихого океана.

Океаны рождены огненными реками подземного царства

Есть и другие гипотезы, которые с большим или меньшим успехом пытаются объяснить происхождение «люльки», в которой природа вынянчила своих первенцев. Ведь океан, это теперь всем известно, колыбель жизни.

В последнее время немало сторонников приобрела так называемая конвекционная теория.

От распада радиоактивных веществ в недрах Земли отдельные участки магмы разогреваются больше других. Подчиняясь физическим законам конвекции, они устремляются вверх (антициклонические восходящие течения), достигают твердых пород коры и растекаются под ними горизонтальными потоками в разные стороны (скорость их невелика, по-видимому, всего несколько сантиметров в год). Там, где эти потоки расходятся, образуются как бы области пониженного давления. Там же, где сходятся встречные течения двух (или большего числа) разных антициклонических центров, давление магмы повышается: кора в этой области поднимается (за счет давления и принесенного из недр Земли встречными потоками пластического материала). В области расхождения потоков и пониженного магматического давления кора опускается. Здесь, возможно, и образовались океанские впадины, заполненные ныне мегатоннами соленой воды.

Четыре океана – это четыре центра антициклонического (вертикального) течения расплавленных подкорковых пород Земли. Материки – районы, где сходятся эти потоки и выносят на поверхность подогретый материал, слагающий континенты.

Исследования показали, что наиболее древние породы располагаются обычно ближе к центру материка. «Это подтверждает, – пишет океанолог Ательстан Спилхауз, – гипотезу о том, что края материков медленно нарастали и что океанские бассейны слагаются из „более молодого“, или нового, материала, принесенного из недр Земли».

Как тропики попали в Заполярье?

Не многие, очевидно, знают, что в своих ежедневных прогулках мы попираем ногами миллиарды микроскопических компасов. Они «замурованы» в камнях и скалах. Камни содержат мельчайшие гранулы железа, иные из них в 100 тысяч раз меньше стрелки обычного компаса.

В минувшие геологические эпохи, когда формировались древние горные породы, эти частички железа в неотвердевших еще донных отложениях морей и озер (или в незастывших лавах) под действием магнитного поля Земли располагались подобно стрелке компаса: одним концом длинной оси в сторону Северного полюса, другим – в сторону Южного. Когда породы затвердели, миниатюрные компасы навеки застыли в том положении, в котором до последней минуты, пока располагали они еще свободой перемещения, заставлял их держаться земной магнетизм.

Ожидали, что они и поныне сохраняют меридиональное направление. Но оказалось, что во многих странах мира – на островах Тихого океана и в Южной Африке, на западе США и в десятках других мест – на обширных площадях палеомагнитные поля Земли ориентированы не с севера на юг, а в разных других направлениях.

Чем объяснить этот странный факт?

Очевидно, тем, что материки не стояли на месте, а, дрейфуя по поверхности земного шара, повернулись сейчас к магнитному полюсу не теми сторонами, которыми были обращены к нему, когда формировались исследованные породы.

Впрочем, не всех ученых устраивает подобная точка зрения. Есть и другие гипотезы, которые неплохо объясняют смещение палеомагнитных полей. Например, изменение местоположения самих магнитных и даже географических полюсов.

Во всяком случае, факты, добытые совсем еще молодой наукой, изучающей палеомагнетизм, предлагают лишь одно из двух решений альтернативы: либо материки дрейфуют, а полюса Земли неподвижны, либо материки неподвижны, а полюса путешествуют.

А может быть, происходит одновременно и то и другое?

Плавают ли материки или только растягиваются, либо меняют свои географические координаты другим способом – предстоит еще решить исследователям: пока это лишь более или менее вероятные гипотезы. Но, несомненно, на обоих полюсах нашей планеты не раз, оказывается, в течение ее истории климат был совсем не полярным – очень теплым и мягким.

Там, где застыли сейчас громады антарктических льдов, миллионы лет назад плескались теплые воды тропического моря, и в море этом жили кораллы. А вокруг Северного полюса росли пышные леса. Их вечнозеленая листва отражалась в синеве заросших лилиями озер. Найдена неопровержимая «документация», которая это подтверждает.

Полярный исследователь капитан Нейрис откопал, например, на севере Гренландии каменноугольный пласт толщиной около 7 метров. Значит: более 200 миллионов лет назад здесь росли огромные деревья. Умирая, они падали в болото. Полусгнившие стволы, спрессованные навалившимися на них другими отложениями, образовали со временем этот уголь.

Каменноугольные залежи есть и на Шпицбергене. Некоторые плиты угля сохранили отчетливые отпечатки водяных лилий, что растут на много тысяч километров южнее Шпицбергена.

Среди каменноугольных пластов уцелели и пни, оставшиеся от деревьев, поваленных доисторическими ураганами 200 миллионов лет назад. И что удивительно: на пнях не обнаружили годовых колец! Росли они, видно, в субтропическом климате: не было тогда в Заполярье зимы. Круглый год стояла теплая погода, как сейчас в тропиках, где у деревьев тоже нет годовых колец. Средняя температура на Шпицбергене была, по-видимому, на 30 градусов выше, чем теперь.

Может быть, в те далекие времена Шпицберген и в самом деле «плавал» в тропических морях. Он не сразу покрылся льдами: еще 50 миллионов лет назад на Шпицбергене было довольно тепло – примерно как сейчас во Франции. На его земле красовались южные деревья – пальмы, грецкие орехи, каштаны, клен. Даже виноград!

И в Антарктиде росли деревья, которые и сейчас еще покрывают склоны Патагонских Кордильер – араукарии и буки нотафагусы. Это в начале третичного периода – 50 миллионов лет назад.

Но если, так сказать, копнуть глубже: обратиться за документацией к слоям Земли, образовавшимся в юрскую эпоху, 150 миллионов лет назад, то мы найдем на Южном полюсе ископаемые остатки тропических растений!

А еще на 50 миллионов лет раньше, в пермскую эпоху, Антарктида была большим болотом. Погода стояла влажная и жаркая. Свидетельство тому – крупные залежи каменного угля с отпечатками глоссоитериса, хорошо известного палеонтологам растения пермского периода. Пласты угля толщиной до 4 метров, и в них найдены семиметровые обломки окаменевших деревьев!

Палеоботаники сделали в Антарктиде и еще более поразительное открытие: явные следы древнего оледенения под тропическими отложениями пермского периода! Значит, Антарктида, до того как посетить тропики, успела побывать на полюсе…

Итак, много странного и непонятного свершилось на Земле в первых актах биологической эры.

Ученые разных профессий собрали тысячи поразительных, необъяснимых и уже объяснимых фактов. Наука сейчас пытается связать в одну логическую цепь, выбросив ненужное, разрозненные звенья идей, догадок, ошибок, фактов, артефактов и парадоксов. Скоро перед нами предстанет потрясающая картина самосотворения мира.

Но пока ее нет.