Жизнь на Земле. Естественная история

Дарвин начинал все сильнее подозревать, что виды вовсе не остаются неизменными во веки веков. А вдруг один переходит в другой? Может быть, много тысяч лет назад птицы и пресмыкающиеся с американского континента попали на Галапагосский архипелаг на тех плотах из гниющих растений, которые реки выносят в море? И тут, приспосабливаясь к условиям своего нового места обитания, они понемногу из поколения в поколение менялись, пока не стали нынешними видами.

Различия между ними и их родичами на материке были невелики, но раз они все-таки возникли, нельзя ли предположить, что на протяжении многих миллионов лет изменения в той или иной династии животных, мало-помалу накапливаясь, со временем оказались столь велики, что совершенно ее преобразили? Может быть, у рыб развились мускулистые плавники, что позволило им выползти на сушу и стать земноводными, а земноводные в свою очередь обрели водонепроницаемую кожу и стали пресмыкающимися; может быть даже, некие обезьяноподобные существа привыкли ходить на задних лапах, выпрямились и стали предками человека.

Собственно говоря, эта идея была не так уж и нова. И до Дарвина многие ученые высказывали предположение, что все формы жизни на Земле тесно связаны между собой. Революционность дарвиновского прозрения заключалась в том, что он обнаружил механизм изменений и, таким образом, заменил философские умозаключения подробным описанием конкретных процессов, подкрепив его обильными доказательствами, которые можно было подвергнуть критической проверке. В результате отрицать существование эволюции больше уже было нельзя.

Вкратце ход рассуждений Дарвина сводился к следующему: особи одного вида не идентичны. Так, например, из кладки, отложенной одной слоновой черепахой, по генетическим причинам выйдут черепашки с шеями чуть разной длины, и в засушливое время те, у которых шеи длиннее, сумеют дотянуться до листьев и выживут. А их братья и сестры с шеями покороче лишатся корма и погибнут от голода. Так произойдет отбор особей, наиболее подходящих к среде их обитания, и они смогут передать эту полезную особенность своему потомству. После смены огромного числа поколений у черепах на засушливом острове шеи будут длиннее, чем у черепах на островах с пресными источниками. Так из одного вида возникнет другой.

Эта идея четко сложилась у Дарвина много времени спустя после того, как он уехал с Галапагосских островов. Опубликовал он ее только в 1859 году, когда ему уже было 50 лет, да и то потому лишь, что другой, более молодой натуралист, Алфред Уоллес, работавший в Юго-Восточной Азии, пришел к тем же выводам. Книгу, в которой он подробно изложил свою теорию, Дарвин назвал «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых форм в борьбе за жизнь».

После этого теория естественного отбора снова и снова оспаривалась и проверялась, уточнялась, исправлялась и дополнялась. Недавние открытия в генетике, молекулярной биологии, динамике популяций и этологии (науке о поведении) придали ей новую глубину и широту. Она служит ключом к пониманию мира природы и помогает нам осознать, что жизнь на Земле имеет долгую и непрерывную историю, на протяжении которой организмы как растительные, так и животные менялись от поколения к поколению, осваивая все уголки мира.

Непосредственные, хотя и разрозненные свидетельства этой истории хранятся в архивах Земли — в осадочных породах. Подавляющее большинство животных, умирая, не оставляет зримых следов своего существования. Их плоть истлевает, их панцири, раковины и кости рассыпаются в прах. Но изредка одной-двум особям из многотысячной популяции выпадает иная судьба. Пресмыкающееся увязает в болоте и гибнет. Его тело истлевает, но кости остаются в иле. Их покрывают погибшие растения, опустившиеся на дно. Проходят века, растительных остатков накапливается все больше, они превращаются в торф. Меняется уровень океана, его волны затопляют болото, поверх торфа слой за слоем осаждается песок. За неимоверно долгое время торф спрессовывается, превращается в каменный уголь. А кости пресмыкающегося по-прежнему покоятся в нем. Огромное давление осадков и омывающие их насыщенные растворы минеральных солей вызывают изменения в химическом составе костей, состоящих главным образом из кальция и фосфора. В конце концов они окаменевают, однако сохраняют при этом не только внешнюю форму, которую имели при жизни животного, — хотя и несколько искаженную, — но порой даже клеточную структуру, так что, рассматривая их срезы под микроскопом, можно видеть форму сосудов и нервов, некогда их окружавших.

Наиболее благоприятные условия для окаменения создаются в морях и озерах, где медленно накапливаются отложения песчаников и известняков. На суше, где в основном породы не создаются за счет нарастания отложений, а наоборот, разрушаются эрозией, отложения вроде песчаных дюн возникают и сохраняются очень редко. Вот почему из сухопутных животных окаменеть могут практически только те, трупы которых оказались в воде. Поскольку такая судьба для большинства является исключительной, окаменелости вряд ли когда-либо дадут нам хотя бы относительно полное представление о всем разнообразии сухопутных животных, существовавших на Земле. У водных животных — рыб, моллюсков, морских ежей и кораллов — куда больше шансов сохраниться. И все же лишь очень немногие из них погибли при физических и химических условиях, необходимых для окаменения. Из этих немногих лишь ничтожный процент заключен в породах, которые в настоящее время оказались на поверхности Земли. А из них почти все будут разрушены эрозией прежде, чем успеют попасть в руки охотников за окаменелостями. Остается лишь удивляться тому, что при столь малых шансах все-таки было собрано такое количество окаменелостей и заключенная в них летопись так подробна и последовательна.

Как можно их датировать? Открытие радиоактивности подсказало ученым, что в породах заключены геологические часы. Некоторые химические элементы с течением времени распадаются, при их распаде происходит радиоактивное излучение. Калий переходит в аргон, уран — в свинец, рубидий — в стронций. Скорость этого распада можно вычислить и на основании соотношения вторичного и первичного элементов в данной породе определить, когда именно образовался исходный минерал. Поскольку существует несколько пар таких элементов и распад происходит с разной скоростью, возможна перекрестная проверка. Этот способ, требующий чрезвычайно сложных методов анализа, всегда будет областью специалистов. Но кто угодно может с помощью простой логики определять относительный возраст пород и таким образом устанавливать порядок основных событий в палеонтологической летописи. Если породы лежат слоями и слои не слишком смещены, нижний слой должен быть старше верхнего. Вот так мы можем читать историю жизни по слоям и прослеживать происхождение животных вплоть до самых истоков, проникая все глубже и глубже в земную кору.

Самый глубокий разрез земной поверхности — Большой Каньон на западе США. Породы, сквозь которые река Колорадо проложила себе путь, все еще лежат более или менее горизонтально, слой на слое — рыжие, бурые и желтые, иногда розовеющие в утреннем свете или голубеющие в туманной дали. Земля здесь так суха, что лишь кое-где можжевельник и низкие кусты пятнают обрывы, и обнаженные пласты пород, одни твердые, другие мягкие, видны ясно и четко. По большей части это песчаники или известняки, выстилавшие дно мелких морей, которые некогда покрывали эту область Северной Америки. Приглядевшись, можно заметить нарушения в последовательности слоев — они соответствуют эпохам, когда суша поднималась, моря отступали и их бывшее дно высыхало, а накопившиеся отложения съедала эрозия. Затем суша вновь опускалась, моря возвращались на прежнее место и вновь их дно покрывалось отложениями. Несмотря на эти разрывы, общие линии истории окаменелостей прослеживаются ясно.

Верхом на муле без особого труда можно за день спуститься с верхнего края каньона на самое его дно. Первые же породы, мимо которых вы проезжаете, уже имеют возраст около 200 млн. лет. Они не содержат остатков млекопитающих или птиц, но пресмыкающиеся оставили о себе память. Почти рядом с тропой тянется цепочка следов, пересекающая глыбу песчаника. Это отпечатки лап какого-то небольшого четвероногого существа, почти наверное похожего на ящерицу, — пресмыкающегося, которое пробежало по пляжу. В других местах на том же уровне обнаружены отпечатки листьев папоротника и крыльев насекомых.

На полпути до дна каньона видны известняки, возраст которых равен 400 млн. лет. Тут уже нет пресмыкающихся, зато есть кости своеобразной панцирной «рыбы». Еще через час—и на 100 млн. лет раньше — вы едете мимо пород, которые не содержат никаких следов позвоночных животных. Кое-где попадаются раковины, да черви оставили кружево следов в том, что некогда было илистым морским дном. Проехав три четверти пути, вы все еще видите по сторонам пласты известняков, но в них уже не найти ни малейших признаков древней жизни. Под вечер вы наконец оказываетесь в нижнем ущелье, где между высокими скалистыми обрывами катит зеленоватые воды река Колорадо. Отсюда до верхнего края каньона по прямой каких-нибудь полтора километра, а породы вокруг датируются колоссальным возрастом в 2 млрд. лет! Тут, казалось бы, можно обнаружить свидетельства самого начала жизни. Однако в обнаженных породах — никаких органических остатков. Темные, мелкозернистые, они лежат не горизонтальными слоями, как выше по склону, но круто изогнуты, вспучены и пронизаны жилами розового гранита.

Не потому ли признаки жизни отсутствуют здесь, что эти породы и известняки, лежащие непосредственно над ними, непостижимо стары и все ее следы были в них стерты? Неужели первыми существами, оставившими о себе память, были такие сложные организмы, как черви и моллюски? Много лет эти вопросы мучили геологов. Поиски органических остатков в древних породах велись по всему миру. Были обнаружены два-три необычных образования, однако, по мнению подавляющего большинства специалистов, они возникли в результате физических процессов формирования пород и к живым организмам никакого отношения не имели. Затем в 50-х годах исследователи начали изучать наиболее загадочные породы под мощными микроскопами.