Текст книги "История Земли"

Автор книги: Ричард Фостер Флинт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 26 страниц)

Классификация

Вид. Классификация живых существ берет начало в весьма отдаленных временах, когда считалось, что каждая разновидность была создана отдельно. Позже, когда был понят процесс эволюции, классификация стала еще более необходимой, так как к этому времени уже было открыто множество организмов, которые должны были быть систематизированы в целях изучения, и число их непрерывно возрастало. Без систематической классификации ископаемые были бы бесполезны, как большая библиотека без каталога.

Основная единица в классификации – вид, группа организмов, которые могут скрещиваться между собой, но не с особями из других групп и обладают общими для целой группы особенностями формы и строения. У ныне живущих организмов в основу выделения вида может быть положена возможность к взаимному оплодотворению. Для вымерших организмов, к которым относится большинство известных ископаемых, виды могут устанавливаться только по аналогии с существующими группами организмов или по особенностям формы и строения.

Вид образуется только потому, что члены этого вида каким-либо образом были изолированы в отношении размножения от соседних популяций, так что гены этого вида не могли смешиваться с другими. Если эта изоляция продолжалась довольно долго, то эти гены становились несовместимыми с генами соседних групп. С этого момента изолированная группа становится видом по определению. С другой стороны, если члены группы не были изолированы, то они могли свободно скрещиваться с членами соседних групп, и тогда со временем отличительные признаки этой группы должны исчезнуть. В ходе истории Земли геологические процессы постоянно вызывали изменения условий, создавая при этом различные типы изоляции. Поэтому вполне понятно, что почти столько же времени, сколько существует жизнь, должны существовать и виды. Но благодаря медленным геологическим изменениям, протекающим непрерывно, одни виды вымирают, а другие перемещаются, изолируются и дают начало новым видам.

Подтверждение этого процесса было найдено в меловых породах, слагающих обрывы английского побережья, обращенные к проливу Ла-Манш. Мел – это белая осадочная порода, состоящая главным образом из миллионов микроскопических раковин, образованных из кальцита. Он накапливался на морском дне в течение части мелового периода. Кроме этих крошечных раковин, мел содержит многочисленные остатки морских ежей вида Micraster. Большое количество их было найдено в пласте мела толщиной не менее 150 метров, который отлагался в течение 4 миллионов лет. Морские ежи в основании пласта сильно отличаются от найденных в верхней части, причем это изменение происходит постепенно. Морские ежи из нижних горизонтов составляют одну группу видов, в то время как найденные в верхней части принадлежат к совершенно другим видам, развившимся путем эволюции из первых.

Этот постепенный переход показывает трудности проведения границ между ископаемыми видами, для которых возможность скрещивания не может быть проверена. Поэтому, как мы уже отмечали, ископаемые виды определяются на основе сходства формы и строения.

Каталог Линнея. В середине XVIII в., за сто лет до того, как идея эволюции получила общее признание, швед Карл фон Линне (Линней), который писал по-латыни и подписывался Linnaeus, потратил многие годы на составление каталога живых организмов. Он классифицировал растения и животных по их очевидным анатомическим свойствам. Как и другие ученые в это время, Линней считал разнообразные живые организмы однажды сотворенными и затем более не изменявшимися. Данная статическая концепция представляет в настоящее время лишь исторический интерес, но каталог Линнея имеет все же большую научную ценность, представляя собой первичную основу современной классификации организмов. В своей основе он не подвергся изменениям, за исключением деталей, и кроме того, он написан по-латыни, на этом почти универсальном языке ученых. Название каждого вида организмов состоит в этом каталоге из двух слов. Первое слово обозначает более широкое понятие – род, второе, более узкое – вид. Например, Homo sapiens (человек разумный), Pinus strobus (белая сосна), Felis domesticus (кошка домашняя), Felis leo (лев), Felis tigris (тигр), Felis pardus (леопард).

Все более крупные подразделения последовательно накладываются на категории, использованные Линнеем. Так, два или более родственных видов образуют род, два или более родственных родов образуют семейство, два или более семейств – отряд, два или более отрядов – класс, два или более классов – тип. Два или более типов составляют царство, наиболее крупную категорию, так как три царства включают соответственно все одноклеточные организмы, растения и животных.

Современная классификация. Для наших целей нам нет необходимости давать в этой книге полную детальную классификацию организмов. Поэтому мы исключаем одноклеточные организмы и даем нашу сокращенную классификацию животных и растений соответственно в таблицах 3А и 3Б.

Теперь, когда мы точно знаем, что такое вид, естественно возникает вопрос, сколько же существует различных видов животных и растений. По наиболее точным оценкам, сейчас насчитывается около 1,5 миллиона живущих видов. Из них 860 000 составляют насекомые, 350 000 – растения, 8600 – птицы и только 3200 – млекопитающие. Большая часть остальных видов, около 300 000, относится к морским беспозвоночным. Общее количество – 1,5 миллиона – включает только те виды, описания которых были опубликованы учеными. Считается, что вдвое большее количество видов еще не описано. Если это так, в настоящее время существуют 4,5 миллиона видов. В это число не входят вымершие виды, известные только в виде ископаемых остатков. Основываясь на количестве уже описанных ископаемых видов, общее количество вымерших видов, обитавших когда-либо на протяжении более трех миллиардов лет существования жизни на Земле, оценивают в пределах от 50 миллионов до 4 миллиардов. И это огромное число относится только к видам. Только когда мы вспомним, что каждый вид может включать множество особей, живущих одновременно (например, в 1972 г. на Земле жило 4 миллиарда людей – членов вида Homo sapiens), тогда мы начнем хотя бы в слабой степени представлять себе размеры и сложность строения биосферы.

Ископаемые и стратиграфия

Изменения уровня моря и эволюция. Теперь мы знаем, как живые существа становятся ископаемыми и как классифицируются ископаемые, чтобы их можно было максимально использовать в научных целях. Располагая этими данными, мы можем теперь сказать больше о связи ископаемых с последовательностью осадочных пластов. Например, правомерно будет спросить, какое влияние окажут наступания и отступания моря на организмы, живущие в море вблизи берега.

Таблица 3А

Царство животных

Тип Protozoa (простейшие – одноклеточные, большей частью микроскопические животные)

Тип Porifera (губки)

Тип Coelenterata (кишечнополостные – кораллы, морские анемоны, медузы и др.)

Тип Brachiopoda (плеченогие)

Тип Bryozoa (мшанки)

Тип Echinodermata (иглокожие – морские звезды, морские ежи, морские лилии и др.)

Тип Mollusca (моллюски – улитки, двустворчатые моллюски, устрицы, кальмары, осьминоги и др.)

Тип Arthropoda (членистоногие – креветки, крабы, омары, трилобиты, пауки, насекомые)

Тип Vertebrata (Chordata) (позвоночные и хордовые – животные, имеющие спинную струну)

Класс (в действительности, 4 класса) Pisces (Рыбы)

Класс Amphibia (Амфибии или земноводные – лягушки, жабы, саламандры)

Класс Reptilia (Рептилии или пресмыкающиеся – крокодилы, ящерицы, змеи, черепахи, динозавры и др.)

Класс Aves (Птицы)

Класс Mammalia (Млекопитающие – теплокровные животные, вскармливающие детенышей молоком)

Таблица 3Б

Царство растений

Несосудистые растения:

Водоросли (простейшие, преимущественно водные растения)

Грибы и плесени

Мхи (простейшие наземные растения)

Сосудистые растения:

1. Примитивные сосудистые растения

2. Лепидодендроны, плауны

3. Хвощи

4. Папоротники и семенные растения

Папоротники

Голосеменные (семенные папоротники, цикадовые, гинкго, хвойные)

Покрытосеменные (Цветковые растения)

Мы допускаем, что в воде живет столько морских животных и растений, сколько может прокормиться при данных условиях. Те особи, которым не хватает пищи, или умирают, или переселяются. Мы должны также помнить, что пища состоит из имеющегося органического вещества, иначе говоря, источником питания живых организмов (Это справедливо для животных. – Прим. ред) могут служить только другие живущие здесь же организмы. При этом образуются длинные пищевые цепи.

Чтобы полностью использовать всю доступную пищу, организмы путем естественного отбора приспособились ко всем изменениям своего жизненного пространства, даже самым малым. Например, в прибрежной зоне различные виды живых существ населяют: 1) воды различной глубины; 2) различные виды дна – скальное, чистое песчаное, илистое; 3) участки, различающиеся по степени защищенности – открытый берег, подверженный действию прибоя, заливы с тихой водой и т. д.

Когда прибрежные воды окажутся таким образом полностью заполненными взаимосвязанными между собой организмами, любое изменение уровня моря относительно суши нарушает существующее неустойчивое равновесие и вызывает изменения в популяции. У берегов с пологим шельфом, как, например, восточный берег Северной Америки от Массачусетса до Флориды, на протяжении около 1600 километров понижение уровня только на 6,5 метра вызовет обсыхание полосы шириной 8-11 километров. Площадь этой зоны составит по крайней мере 13 тысяч км2. При том, что это пространство уже заселено почти до предела, такое изменение скажется на миллиардах больших и малых организмов. Многое будет зависеть от скорости отступания моря, но каким бы медленным оно ни было, в конце концов жизненное пространство будет уменьшено на 13 тысяч км². «Лишние» обитатели дна, те, которые в меньшей степени способны приспосабливаться к новым неустойчивым условиям, или вымрут, или переселятся на новое место. Но если они переселятся, то они должны будут выдержать конкуренцию с коренными обитателями той территории, на которую они вторгнутся.

Такая конкуренция способствует процессу эволюции. Поэтому если последовательные изменения уровня моря у рассматриваемого нами побережья разделены достаточно большим промежутком времени – скажем, порядка миллиона лет, – то мы вправе ожидать, что при повышении уровня моря, создающем добавочные площади морского дна, которые могут быть заселены, среди организмов, которые их заселят, появятся новые виды, эволюционировавшие с тех пор, как их предки были вытеснены из этого района. Эти новые виды добавят новые черты к комплексам ископаемых, составляющих палеонтологическую летопись. Они, несомненно, окажут большую помощь ученым, которые будут решать проблему соотношения пластов.

Вспомнив главу третью, мы можем заключить, что изменения, подобные только что описанным, являются главной причиной того, почему определенные группы ископаемых приурочены к определенным пластам, что делает возможным сопоставление пластов в различных районах.

Вымирание. Ход процесса эволюции в течение фанерозоя сопровождался потерями – вымиранием видов, родов и даже более крупных групп. Одной из главных причин такого вымирания является, как мы видели, изменение площади морского дна, вызванное колебаниями уровня моря. Вероятно, причинами могли быть и изменения температуры и других климатических факторов, резкое изменение количества пищи, развитие особенно хорошо приспособленных хищников.

Часто выдвигается предположение, что основной причиной вымирания видов является изменение климата или других факторов природной среды, вызванное изменением магнитного поля Земли; однако до сих пор это предположение не доказано фактами. Хотя наш календарь обращений (рис. 20) охватывает только последние несколько миллионов лет, обращения установлены также и в мезозое и палеозое, а возможно, случались и раньше. Наибольшее количество вымфших групп обнаруживается в конце палеозоя и в конце мезозоя. Эти два промежутка времени отмечены сравнительно большой частотой магнитных обращений. Сейчас исследуется вопрос о связи этих двух видов событий.

Располагая некоторыми сведениями об ископаемых, мы можем теперь перейти к обзору организмов, населявших Землю в прошлом, чему до сих пор мы уделяли мало внимания. В следующей главе мы расскажем, как можно восстанавливать природные условия прошлого по данным об ископаемых остатках и пластах, в которых они найдены.

Литература

Beer bower J. R., 1960, Search tor the past: Prentice-Hall, Inc.. Englewood

Cliffs. N. J. Fenton C.L., Fenton M.A., 1958, The fossil book: Doubleday & Co., Inc.,

New York. Raup D. M., Stanley S. M., 1971. Principles of paleontology: W. H. Freeman & Co., San Francisco.

Rome r A. L., 1966, Vertebrate paleontology: University of Chicago Press.

Stirtоn R. A., 1959, Time, life, and man: John Wiley & Sons, New York.

Глава десятая. Природные условия далекого прошлого

Облик Северной Америки в наши дни

В главах первой и шестой мы уже говорили о поверхности вращающейся Земли. Сейчас мы снова рассмотрим ее, но уже не с точки зрения ее структуры или истории, а обращая внимание прежде всего на то, как выглядит сегодня поверхность континентов – равнины, горы, реки и многочисленные организмы, живущие непосредственно на поверхности Земли, над ней или под ней. Иначе мы могли бы сказать: «... и многочисленные организмы, приспособленные к условиям поверхности континента». Эта приспособленность явилась результатом воздействия условий среды на бесчисленные предшествовавшие данным организмам поколения. Если пренебречь частностями, то в течение последних 50 миллионов лет большая часть Северной Америки – с Аппалачскими горами на востоке, горной системой Кордильер на западе и широкой полосой низменностей и равнин, заключенной между ними и принадлежащей к бассейнам реки Миссисипи и Гудзонова залива, – в общем имела тот же облик, что в наши дни. За это время – 50 миллионов лет – организмы успели достаточно хорошо приспособиться к окружающим условиям, а там, где произошли значительные геологические изменения, они успели приспособиться и к этим изменившимся условиям заново. Поэтому в настоящее время в Северной Америке существуют тысячи вариантов условий природной среды, каждый из которых обладает своим собственным «набором» соответствующих данным условиям растений и животных, совместно обитающих, служащих пищей друг для друга, а в некоторых случаях помогающих друг другу.

Понятие "окружающая среда" включает все физические, химические и биологические аспекты рассматриваемой территории независимо от того, большая она или маленькая, – очертания суши, глубину водоемов, химический состав и мутность воды, течения, климат, почвы, растительность и животный мир. Факторы природной среды столь многочисленны, что обычно мы ограничиваемся изучением влияния одного фактора на другой или всей окружающей среды в целом на какой-либо интересующий нас фактор. Так, например, нас может интересовать, как влияют температура, глубина и соленость воды на организмы, живущие в какой-либо части моря. Или, поднимаясь на высокий горный хребет, мы можем задаться вопросом о том, как влияет возрастание высоты на растения, произрастающие на горных склонах. В настоящее время предметом всеобщего внимания становится влияние дыма и газов, содержащихся в воздухе, на здоровье жителей города.

Характер распределения растительности. Распространение различных видов растительности на континенте дает хорошее общее представление об основных условиях обитания человека и наземных животных. На рисунке 35 показаны естественные растительные зоны Северной Америки (без учета изменений, вызванных сельским хозяйством). На указанном рисунке зоны отделены друг от друга отчетливыми линиями, но в действительности переходы от одной зоны к другой постепенны. Сразу же бросается в глаза, что на пространственное распределение растительности сильно влияет расположение гор. На востоке узкая длинная полоса лесов северного типа протягивается вдоль Аппалачей более чем на 950 километров к югу, чему способствует более прохладный и немного более влажный климат в горах по сравнению с равнинами. На западе подобное распространение особых типов растительности в виде узких полос прослеживается в Скалистых горах и других высоких горных массивах. Последовательно рассматривая территорию Соединенных Штатов от Аппалачей до Скалистых гор, мы видим последовательную смену лесов прериями и далее сухими степями. Эта смена поясов растительности обусловлена главным образом осадками, количество которых убывает по направлению к западу. Если подобным же образом рассматривать центральную и восточную Канаду, следуя с юга на север, можно наблюдать смену отчетливо выраженных лесов северного типа, субарктических лесов и арктической тундры. Существование этих поясов обусловлено главным образом температурами и отчасти осадками; и те и другие постепенно снижаются к северу. На арктическом побережье Канады и Аляски общее количество осадков, выпадающих как в виде дождя, так и снега, невелико; во многих местах оно не превышает количества осадков, выпадающих в Аризоне. Приведенные примеры показывают, что в целом распределение типов растительности легко может быть понято, если его рассматривать с точки зрения основных климатических факторов.

Рис. 35. Естественные растительные зоны современной Северной Америки. Обобщенно показаны типы растительности, которые занимали бы территорию, если бы там не было земледелия

Условные обозначения: 1 – арктическая тундра (злаки и травы, деревьев нет); 2 – субарктические леса (ель, пихта, сосна, береза) [2] 2
  Имеются, по-видимому, в виду и леса умеренного пояса. – Прим. ред


[Закрыть] ; 3 – леса северного типа (сосна, ясень, береза, тсуга); 4 – горные хвойные леса; 5 – леса умеренного пояса (дуб, гикори, сосна и др.); 6 – прерия и саванна (степь с отдельными деревьями); 7 – сухие равнины с травянистой растительностью; 8 – пустынные кустарники и злаки; 9 – субтропические кустарники; 10 – сухие редколесья тропического типа

Местные сообщества живых организмов. При пристальном рассмотрении каждый из упомянутых выше поясов оказывается состоящим из многих более мелких единиц. Взглянув на какую-либо небольшую часть континента, мы сразу же видим мозаику еще меньших участков, каждый из которых имеет свой тип растительности в соответствии с высотой, крутизной склонов, количеством осадков и почвами. Не только растительность, но и животный мир меняется от района к району. Рисунок 36, хотя на нем и не изображается какая-либо реальная территория страны, дает общее представление о возможном сочетании местных природных условий. В левой части схемы показано морское мелководье с песчаным дном, на котором обитают различные беспозвоночные, рыбы и морские водоросли. Характерные обитатели пляжа – крабы, птицы и насекомые. В полосе дюн, созданных в результате переноса ветром в глубь территории отсортированного прибоем песка, растут жесткие злаки, обитают насекомые и, вероятно, грызуны.

Рис. 36. Схема соотношения некоторых типов природной среды, предположительно распространенных на западном побережье Северной Америки и прилежащей части континента

Позади пояса дюн расположены степи и кустарниковые заросли (включающие различные виды кустарников); дифференциация их может быть обусловлена различиями почв. По степи протекает извилистая река, берега которой окаймлены влаголюбивыми деревьями (например, ивами); в ней живут рыбы, пресноводные моллюски, улитки и другие более мелкие организмы. Во встречающихся здесь озерах есть рыбы, беспозвоночные, водоросли, тростники и камыши, привлекающие водоплавающих птиц. Из наземных животных могут водиться олени, антилопы, койоты и грызуны.

Еще дальше в глубине континента находятся горы; их склоны в нижней части покрыты травянистой растительностью, а выше – широколиственными лесами, переходящими еще выше в вечнозеленые леса, и вблизи вершин – альпийские луга с различными злаками и травами. В лесах мы можем встретить оленя, лису, горного льва (пуму), а выше – сурков и кроликов. Горы способствуют выпадению осадков, но по отношению к территориям, расположенным с подветренной стороны от них, они играют роль барьера; поэтому за горами находится пустыня с разреженной растительностью, состоящей из кустарников и кустистых злаков. Среди ее обитателей могут быть антилопы, американские жесткошерстные кролики и другие грызуны, койоты, ящерицы, змеи и скорпионы. В соленых озерах пустыни можно найти беспозвоночных и некоторых мелких рыб, приспособившихся к жизни в соленой воде, а по берегам – водяных птиц. Все эти разнообразные растения и животные приспособились к среде, в которой они обитают.

Местами мозаичность контрастирующих между собой природных условий выражена в еще более мелком масштабе. Например, в долине склон южной экспозиции может быть покрыт травянистой растительностью, в то время как противоположный склон, обращенный на север, может быть лесистым; это происходит в первую очередь потому, что на солнечной стороне влага испаряется из почвы гораздо быстрее, чем на теневой стороне, где влага задерживается в почве, способствуя произрастанию деревьев. Этим объясняется и различие популяций животных, обитающих на разных склонах, в особенности насекомых и мелких грызунов. И действительно, каждый, кто совершал неторопливое путешествие по какой-либо местности, размышляя над тем, что он видел, мог бы перечислить несколько, а возможно, и много, местных типов природных условий, в которых живые организмы прекрасно приспособились ко всем изменениям условий жизни.