«Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле»

Долгое время ученые, изучая породы докембрийского периода, не могли обнаружить следов многоклеточной жизни. Наука не обладала ни пониманием огромной продолжительности докембрия, ни данными о живших тогда существах. Книга палеонтолога Мартина Брезиера «Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле» (издательство «Corpus»), переведенная на русский язык Ильей Кригером, рассказывает о том, как исследуют этот таинственный период в истории нашей планеты. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с фрагментом, посвященным поиску временных пробелов в геологической летописи, которые, как считал Чарльз Дарвин, объясняют внезапное появление животных в начале кембрийского периода.

Вся надежда на Хоупа

Дарвин был озадачен той внезапностью, с которой животные, например плеченогие и членистоногие, появились в начале кембрийского периода:

Многие палеонтологи, например [Жан Луи Родольф] Агассис, [Франсуа Жюль] Пикте и [Адам] Седжвик… настойчиво указывали на внезапное появление в некоторых формациях целых групп видов как на фатальное возражение против идеи трансмутации видов. Если бы многочисленные виды, принадлежащие одним и тем же родам или семействам, действительно сразу начинали свое существование, этот факт был бы фатальным для теории эволюции путем естественного отбора. В самом деле, развитие этим путем группы форм, которые все происходят от некоторого общего прародителя, должно было представлять процесс крайне медленный, и прародители должны были жить гораздо раньше своих модифицированных потомков. Но мы всегда преувеличиваем степень полноты геологической летописи и из того факта, что некоторые роды или семейства не были найдены ниже известного яруса, неправильно заключаем, что они и не существовали ранее этого яруса. Во всяком случае, положительным указаниям палеонтологии можно вполне доверять, тогда как отрицательные данные не имеют значения, как это нередко и подтверждалось фактически.
Мы постоянно забываем, насколько велик мир в сравнении с той областью, в которой наши геологические формации были тщательно исследованы; мы забываем, что группы видов могли где-нибудь долгое время существовать и медленно размножаться, прежде чем они появились в древних архипелагах Европы и Соединенных Штатов. Мы не принимаем в достаточной степени в соображение те промежутки времени, какие отделяют наши последовательные формации одну от другой и которые во многих случаях были, быть может, более продолжительны, чем время, потребное для отложения каждой формации.
Эти промежутки предоставляли достаточно времени для увеличения числа видов, происшедших от одной родоначальной формы, и в следующей за этим формации такие группы видов могут появиться вдруг, как бы созданные внезапно. Я хочу напомнить здесь одно замечание, сделанное мною раньше, а именно, что может потребоваться длинный ряд веков для адаптации организма к некоторому новому и своеобразному образу жизни, например к летанию по воздуху, и, следовательно, переходные формы часто должны были на долгое время ограничиваться в своем распространении какой-нибудь одной областью; но раз такая адаптация совершилась и немногие виды приобрели таким образом большое преимущество над другими организмами, достаточно уже сравнительно короткого времени для возникновения многих дивергировавшихся форм, которые быстро и широко распространяются по всему миру.

Дарвин обратил внимание на три любопытные аксиомы:

1. Ископаемые животные появляются внезапно.
2. В геологической летописи много заметных пробелов.
3. Выдающиеся события в эволюции должны происходить очень медленно. Стало быть, летопись кембрийского взрыва должна быть очень неполной

Похоже, многие биологи безоговорочно приняли это и проигнорировали истинную историю, отраженную в геологической летописи. А если так, то они совершенно неверно поняли «рассказ» окаменелостей и пошли не только против ранних ископаемых, но и против самой природы эволюции.

К моменту нашей работы в Сибири, Китае и Монголии Стивен Джей Гулд уже продемонстрировал, что аксиома № 3 (выдающиеся события происходят очень медленно) концептуально и геологически неверна. Основной нашей целью была проверка с помощью новейших аналитических методов этих предположений, в особенности вывода, будто в летописи должны быть большие пробелы.

Интересно, что большую часть работы в Монголии мы сумели выполнить лишь благодаря открытиям, сделанным примерно двумя столетиями ранее эдинбургским химиком Томасом Чарльзом Хоупом. Дарвин писал, что лекции профессора Хоупа были из немногих в курсе естественных наук, которые ему действительно нравились. Впрочем, они, похоже, оказали на Дарвина довольно скромное влияние: в дальнейшем он большей частью как будто избегал обращения к химии. Но Хоуп заслуживает внимания и за свой огромный вклад в историю химии: именно он открыл стронций.

Хоуп столкнулся со стронцием в 1787 г., когда изучал минерал стронцианит, найденный в Шотландии, вблизи Стронтиана на западе Хайленда. Во времена моего детства этот элемент часто упоминали в новостях из-за радиоактивных изотопов, которые находили в школьном молоке после атомных испытаний и на Востоке, и на Западе. Это объясняет, почему стронций смог помочь нам в Монголии: этот элемент имеет и стабильные, и радиоактивные изотопы. К счастью, запас изотопов стронция в океанах очень велик, и он чрезвычайно медленно изменяется со временем. Но изменения все же происходят: неспешно, в течение десятков миллионов лет. Благодаря исследованию пород, образованных при участии древних океанов, мы знаем, что в далеком прошлом, когда происходил рост новых океанических бассейнов, вода и, следовательно, отложения в значительной степени обогатились стронцием-86. Это одно из условий, которое характерно для древней Земли, когда планета была еще «неконтинентной»: континенты были небольшими и молодыми. Однако позднее, когда континенты начали расти и проявлять активность, новая суша смогла производить больше тяжелого изотопа стронция-87 и обогащать им океанические бассейны. По сути, стронций-87 начал вытеснять стронций-86. Сдвиг в балансе указанных изотопов очень полезен теперь геологам, обнаружившим, что с его помощью можно восстановить картину «борьбы» растущих океанов с растущими горами. Интересно, что соотношение изотопов стронция было использовано для определения возраста образования Гималаев, которые возникли в результате столкновения Индийской и Евразийской плит. Как показали мои коллеги Майкл Серл и Оуэн Грин, морское дно кембрийского и ордовикского периодов вместе со своими окаменелостями теперь располагается на высоте 8 км над уровнем моря. Гималайская горная система и муссонный климат, который она помогла создать, принесли в океанские бассейны большое количество стронция-87, тем самым изменив изотопный состав морской воды на планете и даже волну прибоя, в котором мы купаемся.

Изотопы стронция также можно использовать для оценки возраста породы путем сравнения новых данных со стандартными кривыми, полученными при анализе пород по всему миру. Похожий анализ можно провести с использованием изотопов углерода, но с другими породами, например с известняком или меловыми отложениями. Поэтому мы стремились провести химический анализ пород настолько старых, насколько это возможно, чтобы построить кривую стронция времен кембрийского взрыва. Такая кривая поможет нам понять, действительно ли, как считал Дарвин, в породах ниже находок древнейших окаменелостей имеется большой временной пробел. Анализ также даст химические сигналы, которые можно соотнести с древнейшими окаменелостями по всему миру. Стронций дарит надежду.

Как мы видели в Сибири, в основании томмотского яруса, по-видимому, произошел крупный эволюционный скачок. Но Дарвин в свое время указывал, что это может быть обусловлено большими пробелами в геологической летописи. Это означает, что в нашем случае «томмотский скачок» во время кембрийского взрыва — просто результат длительного разрыва в образовании осадочных пород во время постепенной эволюционной радиации. К сожалению, и в разрезе Улахан-Сулугур, и в Дворцах имелись указания на перерыв осадконакопления на морском дне в нижнем томмотском ярусе. Это можно принять как доказательство влияния морского дна на формирование суши. А это, в свою очередь, может означать, что из-за эрозии миллионы лет истории Сибири канули в Лету.

Таким образом, проверка с помощью стронция и углерода действительности «томмотского скачка» в сибирской геологической летописи стала нашим первым заданием. Если бы имел место большой временной разрыв, следовало ожидать скачка кривой изотопного состава стронция. Мы отправили добытый геологический материал Лу Дерри в Америку, и Лу обнаружил именно то, что мы ожидали. Стремительный скачок кривой стронция пришелся на начало томмотского яруса: именно тогда появились первые плеченогие и археоциаты. По всей видимости, некоторые фрагменты геологической летописи в Восточной Сибири отсутствовали. Но когда для сравнения мы отправили монгольские материалы в Швейцарию Грэму Шилдсу, он обнаружил нечто иное. История изотопного состава стронция в породах будто отражает скорость, с которой в летописи появляются виды. Историю изложить можно так:

Уран-ториевое датирование показывает, что описанная эволюция — от колючих моллюсков у подножия до улиткообразных моллюсков, плеченогих и трилобитов ближе к вершинам — занимает около 15 млн лет. В геологических масштабах это очень короткий промежуток, особенно если сравнивать его с возрастом нашей планеты (ок. 4,56 млрд лет) или Вселенной (ок. 1,37 млрд лет). Однако кембрийский взрыв, скорее всего, не был быстротечным. Как предсказывал Дарвин (и оказался прав), разнообразие беспозвоночных должно было расти постепенно:

Такое градуальное возрастание числа видов в группе строго согласуется с моей теорией, так как виды одного и того же рода и роды одного и того же семейства могут увеличиваться в числе лишь медленно и прогрессивно; процесс модификации и образования многих родственных форм обязательно должен быть медленным и градуальным процессом: один вид дает начало прежде всего двум или трем разновидностям, они медленно преобразуются в виды, производящие в свою очередь такими же медленными шагами другие разновидности и виды, и так далее, наподобие большого дерева, разветвляющегося от общего ствола, пока, наконец, группа не достигнет обширного развития.

Но все зависит от того, что считать постепенным. Для биологов 15 млн лет — продолжительный временной отрезок, достаточный для постепенного развития, а для геологов, которые привыкли работать с огромными временными промежутками, 15 млн пролетают со скоростью взрыва.

Остается вопрос: почему вообще началась эволюция? Может ли все быть вызвано, например, потребностью в глазах, как предположил Эндрю Паркер? Проблема в том, что появление приспособления, подобного глазам фаллотасписа или ложным глазам микродиктиона (Microdictyon), в каскаде событий находится довольно высоко (или поздно). Видеть способны и скромные медузы. Возможно, стоит поискать более основательный эволюционный триггер, например обратиться к эволюции пищеварительной системы. Но оставим дерзкую мысль, будто именно появление ануса обусловило кембрийский взрыв, и заглянем в пасть первобытному хищнику.

Страшное явление

Желая поскорее рассмотреть монгольские окаменелости, я заглянул в микроскоп. Как и ожидалось, я увидел трубку с поперечным сечением в виде листа клевера, подобную виденной в Китае: анабарита. Везде, где мы встречаем эту окаменелость, мы оказываемся в небывалой близости к самому началу кембрийского взрыва и появлению скелетных животных остатков. Любопытно! Зачем в то время анабаритам и более молодой номголиелле вообще были нужны минерализованные скелеты? Многие современные животные с легкостью обходятся без раковин или скелета. Слизни и дождевые черви, многоножки и мокрицы не нуждаются в дополнительном минерализованном скелете. Они сожительствуют с улитками, птицами и людьми — с теми, у кого есть минерализованный скелет. Так для чего нужны скелеты и раковины? И могут ли ответы на эти вопросы приблизить нас к разгадке кембрийского взрыва? Самое время перейти от анабаритов к монгольским окаменелостям другого типа.

После изучения под микроскопом многочисленных проб с безобидными анабаритами внезапное появление протогерцины (Protohertzina) может даже шокировать. Это ископаемое — не просто трубка. Оно похоже на крошечный зуб тираннозавра. Изогнутые, похожие на саблю, с заостренной вершиной, эти протоконодонты иногда встречаются в виде маленьких кластеров, хотя чаще их можно наблюдать поодиночке.

Владельцем зловещих «сабель» вполне может быть кто-нибудь наподобие щетинкочелюстных червей (морских стрелок), у которых вокруг ротового отверстия множество серповидных лезвий, напоминающих решетку перед крепостными воротами (рис. 10). Эти черви с торпедообразным телом широко известны сейчас и из-за своей повсеместной распространенности, и из-за кошмарных привычек. Они медленно плавают в толще воды в поисках жертвы. Прозрачные, почти невидимые, они подплывают к добыче и впрыскивают парализующий яд тетродотоксин. Жертва впадает в оцепенение, позволяя червю вгрызться в обездвиженное тело.

Не менее интересно положение щетинкочелюстных червей на древе жизни. Возможно, это одни из самых примитивных современных животных с двусторонней симметрией тела. Как мы видели, тело губки несимметрично, а те ла кораллов и медуз обычно обладают радиальной симметрией. Тело большинства животных (включая нас самих) имеет двустороннюю симметрию: тело зеркально симметрично относительно лишь одной плоскости. У щетинкочелюстных червей билатеральная симметрия, а значит, они продвинулись дальше кораллов. При этом у них отсутствуют некоторые полезные приспособления, свойственные билатеральным животным. Так, у щетинкочелюстных червей нет системы кровообращения, жаберной системы дыхания и экскреторной системы для удаления продуктов жизнедеятельности (объедки выводятся из организма через кожу).

Но почему обнаружение протогерцины имеет важное значение? Во-первых, это первое палеонтологическое доказательство, дающее нам право говорить о появлении хищничества. Хищники, подобные щетинкочелюстным червям, нуждаются в жертвах. А жертвы, как правило, питаются растениями. Протогерцина — это первый известный в геологической летописи признак существования трофических уровней: животные, питающиеся другими животными, которые, в свою очередь, питаются растениями, которые питаются воздухом и солнечным светом. Экосистема, похоже, стала самоорганизовываться в некую пищевую цепь.

Во-вторых, и это тоже очень интересно, протогерцины появились в самом начале кембрийского взрыва, наряду с анабаритами и майханеллами. Мы знаем это, поскольку проследили их в Монголии, Китае, а далее в Индии и Иране. На том же этапе они возникают в Сибири и Канаде. Это означает, что некоторые из древнейших скелетов появляются в летописи примерно в то же время, что и древнейшие челюсти хищников.

Разумеется, можно рассматривать эволюцию рта и челюстей как неизбежный шаг в экологической «гонке вооружений», а не как сигнал к взрыву. Чтобы лучше понять предполагаемую динамику развития, отправимся из Центральной Азии в Гималаи.

Подробнее читайте:
Брезиер, М. Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле / Мартин Брезиер ; [пер. с английского Ильи Кригера]. — Москва: Издательство АСТ: CORPUS, 2020. — 288 с.