Эволюционные идеи Чарлза Дарвина имели непростую судьбу, об этом известный палеонтолог рассказывал в своей первой статье в предыдущем номере. Теперь — рассказ об эволюции жизни на фоне эволюции нашей планеты.

Валентин Красилов

 

Эволюция: Дарвин и системный подход

Системность

Дарвин указал два теста для проверки своей теории, и она их не выдержала: и скачки есть — чем полнее летопись, тем они очевиднее, и альтруизм в природе существует — на нем держатся биосоциальные системы, во времена Дарвина еще очень слабо изученные.

Эти обстоятельства побудили некоторых эволюционистов полностью отвергнуть теорию Дарвина. Одни предпочли ей эволюцию без естественного отбора на основе случайных генетических событий (так называемая недарвиновская теория) . или в результате случайных космических событий (например, падения крупных небесных тел; в восьмидесятых годах гипотеза катастрофического вымирания динозавров в результате падения огромного метеорита получила широкую поддержку и еще сейчас имеет много сторонников, хотя интерес к ней постепенно падает). Иные истолковали ее как проявление платонической любви, что движет миром без помощи гераклитовой вражды (среди сторонников этой точки зрения выделялся известный революционер анархистского толка князь П. А. Кропоткин).

Более справедливая оценка теории Дарвина (не говоря уже о его величии как ученого, утвердившего эволюционный подход в биологии и смежных дисциплинах с последующим распространением на все естествознание), по-видимому, заключается в том, что она освещает один из аспектов эволюционного процесса, но не весь процесс в целом.

Оставшиеся открытыми и заброшенные вопросы показывают, что вопреки стараниям адептов так называемой синтетической теории представить ее как всеобъемлющую модель, в которой осталось проработать лишь детали, мы пока не имеем удовлетворительной теории эволюции и, более того, у нас мало надежды получить ее, продвигаясь в заданном направлении. По-видимому, необходим иной подход к разработке действительно синтетической, то есть системной модели.

Системная теория эволюции изложена в моих книгах «Эволюция и биостратиграфия», «Нерешенные проблемы теории эволюции», «Меловой период» и других. Здесь я ограничусь очень кратким ее очерком.

Основные расхождения с традиционной теорией заключаются в нескольких важных пунктах.

Во-первых, эволюция протекает в открытых системах, и мы, следовательно, не можем отвлечься от взаимодействия систем; наоборот, взаимодействие биосферных, геологических и космических процессов дает импульс развитию живых систем.

Далее, эволюционные импульсы распространяются от высших системных уровней к низшим: от биосферы к экосистемам, сообществам, популяциям, организмам, геномам. Прослеживание причинно- следственных связей «сверху вниз», в отличие от традиционного взгляда «снизу вверх» (от генных мутаций к популяционным процессам и сообществам), позволяет построить причинно-следственную модель, не уповая всякий раз на случайность.

Затем характер эволюции изменяется с течением времени, то есть эволюционирует сама эволюция: значение тех или иных факторов падает, как это произошло с естественным отбором, или возрастает, как в случае индивидуального развития и роли индивида в историческом процессе.

Далее, традиционная теория рассматривает естественный отбор как суммарный результат отбора, протекающего параллельно на разных уровнях — индивидуальном и групповом, между элементами системы (генами, организмами, популяциями и т. д.) и между системами (видами, сообществами и т. д.) при том, что каждый человек — это система, и наоборот. Многоуровневый отбор объясняет проявление альтруизма (может быть, «выгоднее» сократить личный генетический вклад в последующее поколение с целью увеличения группового вклада всех носителей общих генов), островков любви в океане вражды; впрочем, без альтруизма не может быть системы.

Наконец, направленность эволюции определяется системными свойствами, задающими цель и объясняющими как прогресс, так и регресс.

До недавнего времени представление о целенаправленности в природе относили к области мистики. Однако ситуация изменилась с развитием теории неравновесных процессов, которые в закрытых (изолированных) системах развиваются в соответствии с законом роста энтропии (вторым началом термодинамики), приближающим систему к равновесному состоянию. В открытых (живых) системах, согласно теореме И. Пригожина, стационарное состояние соответствует минимальному производству энтропии. Все термодинамические системы могут, таким образом, рассматриваться как телеологические, стремящиеся к определенному состоянию, которое и является целью их развития. Например, биотическое сообщество, проходя в своем развитии серию промежуточных стадий, стремится к климаксному состоянию, выступающему в качестве цели. Точно так же генетическая система имеет целью формирование организма, воспроизводящего родительские признаки и благодаря этому в свою очередь способного к успешному размножению в составе популяции.

Это обстоятельство не было должным образом оценено позитивистской философией, выводящей теологию за пределы научного познания. Термодинамика создавалась в те же годы, что и дарвиновская теория эволюции органического мира, но представление о телеологических системах в последней не нашло отражения.

В предыдущих работах автора общая направленность эволюции биосферы была интерпретирована как процесс сокращения производства энтропии в открытой системе. Физический смысл производства энтропии применительно к живым системам (или содержащим живые компоненты) заключается в отмирании живой материи в форме гибели организмов, омертвения тканей, опада, вымирания генетических линий и видов. Приложение общих законов развития систем к экосистемам позволяет лучше понять природу эволюционных процессов, их направленность и объяснить, почему эволюция не остановилась на уровне бактериальных сообществ, а продвинулась дальше по пути наращивания все новых структурных этажей вплоть до человеческой цивилизации.

Системный подход проясняет ряд кардинальных эволюционных проблем, которые оказываются частными проявлениями системных свойств. Особенно выпукло достоинства этого подхода вырисовываются тогда, когда значительные события из истории жизни рассматриваются в связи с историей планеты.

Схема взаимодействий в эволюционирующей системе

Цикличность

В библейские 400-летние циклы, исчисляемые сменой поколений, укладываются всемирный потоп, Содом и Гоморра, голод и бегство в Египет, египетские казни и раскрытие Красноморского рифта, вавилонское пленение и рождение Иисуса из Назарета. Потрясавшие европейскую лесную зону нашествия степных кочевников — гуннов, монголов, арабов — имеют ту же периодичность.

Еще в прошлом веке геологи установили, что в истории планеты периодически изменялось соотношение суши и моря, происходило чередование теократических и талассократических эпох.

1. Распределение суши (заштрихована) и моря в меловом периоде (кружки — островные дуги)

2. Система течении в меловом периоде

3. Климатическая зональность в меловом периоде (умеренная зона, субтропическая и тропическая зоны)

В течение первых происходило значительное расширение площади суши, а в течение вторых — морей. Приблизительно в тех же временных пределах чередовались эпохи ледникового и безледникового климата, или, как сейчас говорят, холодной и теплой биосферы (хотя происходило не столько изменение общего количества, сколько перераспределение тепла).

Общепринятого объяснения этих явлений не существует и по сей день. В ротационной модели (см. мою книгу «Меловой период», 1985) они выступают как результат периодического изменения центробежной силы, действующей на плиты континентальной и океанической коры разной плотности. Уровни изостатического уравновешивания этих плит то сближаются (низкие континенты, мелководные моря, заливающие их окраины), то расходятся (воздымание континентов, отступление окраинных морей). Эпохи ускоренного вращения Земли характеризуются сжатием полярных областей и расширением низкоширотных, где возникают зоны растяжения со средиземными морями. При замедлении вращения на их месте образуются горные сооружения из тектонических покровов.

Причинная связь между этими процессами и оледенениями несомненна, хотя в деталях еще не выяснена. Изоляция полярных морских бассейнов от теплых течений и поднятие низкоширотной суши в теократические эпохи, по-видимому, играли здесь основную роль. При повышении уровня моря сокращается общая биомасса наземной биоты, которая концентрирует гораздо больше двуокиси углерода, чем морская биота. Соответственно повышается содержание двуокиси углерода в атмосфере, дающее глобальное потепление.

Ч. Дарвин писал об ускорении эволюционных процессов в связи с колебаниями уровня моря, но в дальнейшем развитии эволюционной теории эта мысль не нашла отражения. Между тем биосферное значение циклов, когда меняется уровень океана, трудно переоценить. В связи с сокращением суши (до сорока процентов в меловом периоде) происходят весьма серьезные сдвиги.

Во-первых, почти адекватно сокращается вся биомасса (возможное увеличение морской биомассы не компенсирует утрату континентальной).

Во-вторых, поскольку биомасса служит одним из основных стоков атмосферной С02, содержание углекислоты заметно возрастает, вызывая глобальное потепление.

Далее, тот же фактор способствует росту продуктивности растительных сообществ, о чем свидетельствует гигантизм растительноядных животных (меловые гадрозаврьт, элоценовые идрикотерии и другие).

Одновременно с этим происходит географическое перераспределение биомассы по следующей схеме.

1. В теократические эпохи ледникового климата полярные фронты холодных воздушных масс препятствуют переносу тепла в высокие широты, вызывая разогрев низкоширотной зоны.

Одновременно быстрое охлаждение восходящих потоков теплого воздуха в низких широтах вызывает обильные осадки. Развиваются влажнотропические леса, концентрирующие огромную биомассу.

А в средних и высоких широтах влажность недостаточна для древесной растительности.

2. В талассократические безледниковые эпохи тепло более равномерно распределяется по земной поверхности, экваториальная зона холоднее и суше, поскольку восходящие воздушные потоки охлаждаются медленно и постепенно теряют влагу за ее пределами. Нет влажнотропических лесов, как нет и отчетливых аридных поясов. Средиземные моря обеспечивают устойчивость субтропического антициклона. Зона циклонических осадков смещается в высокие широты вплоть до высокой Арктики, где развивается древесная растительность.

Эта схема позволяет в первом приближении объяснить грандиозные процессы колебания и перераспределения биомассы по земной поверхности. Смене основных состояний биосферы в истории Земли сопутствовали стремительные перестройки основных экосистем.

Верхнеюрский ландшафт. На первом плане — археоптерикс

Скачки

Внезапные вымирания и появление новых форм жизни, которые Дарвин объяснял пробелами в геологической летописи, на самом деле связаны с описанной выше сменой тенденций когерентной (в устойчивой системе) и некогерентной (в нарушенной системе) эволюции. Скачки в первую очередь проявляются в резком, подчас катастрофическом сокращении биологического разнообразия — показателя структурной сложности экосистем. К ним приурочены границы геологических эр и периодов, продолжительностью около 180 и 35 миллионов лет.

Первая цифра соответствует галактическому году, и потому возникает мысль о космических воздействиях как основной причине биосферных скачков (или кризисов). Действительно, периодичность скачкообразных эволюционных событий соответствует прежде всего орбитальным периодам прецессий, наклона орбиты, эксцентриситета и их сочетаний — 24, 41, 96, 413 тысяч лет. Затем она отвечает более длинным периодам — колебаниям Солнечной системы около галактической плоскости и обращениям вокруг центра Галактики с периодом в 35 и 180 миллионов лет (также их составляющими продолжительностью в 6 и 23 миллионов лет). В эти периоды Земля испытывает гравитационные воздействия скоплений межзвездного вещества. Космические воздействия служат пусковыми механизмами в цепях взаимосвязанных событий. Их действие в общих чертах выглядит следующим образом.

Земное вещество расслоено на сферы различной плотности. Твердая земная кора к тому же состоит из континентальных и более плотных океанических блоков (плит). В этой системе изменение скорости вращения Земли вызывает рассогласование вращения сфер (и в их пределах блоков или плит). В результате происходят подвижки на границах земного ядра и мантии, мантии и литосферы, океанической и континентальной коры, вызывающие инверсии магнитного поля, вулканизм, изменение рельефа геоида, колебания уровня моря и как следствие — перестройку атмосферной и океанической циркуляции, изменение глобального климата.

Поскольку все эти процессы взаимосвязаны, в кризисные периоды возрастает общая неустойчивость биосферы как системы, наложенной на внешние оболочки Земли. Если в устойчивых условиях эволюция направлена в сторону специализации, наиболее эффективного использования ресурсов, то в неустойчивых снижение эффективности означает, что меньше видов может существовать совместно, в одной экосистеме: общая предпосылка сокращения разнообразия, массовых вымираний.

Во время кризисов вымирает пятьдесят процентов всех видов и более, но впечатляют не столько эти цифры, сколько внезапное" исчезновение господствующих групп фауны и флоры, какими были динозавры, аммоноидеи, гигантские плауны и хвощи. Вымершие виды, как правило, принадлежали к числу экологически доминировавших, определявших облик наземных и водных систем геологической эпохи в период их процветания.

Понять избирательный характер вымирания помогают закономерности развития экологической системы от пионерной стадии через ряд промежуточных к климаксу, то есть к стадии стабильности и уравновешенности системы. Развитие задерживается на одной из промежуточных стадий, не достигая климакса. При длительном сохранении такой ситуации вымирают преимущественно климаксные виды, которые и являются наиболее характерными, господствующими видами своей эпохи. Пионерные виды, напротив, по своей жизненной стратегии оказываются более устойчивыми к условиям кризиса. Вымирание господствующих форм дает им шанс раскрыть свои эволюционные потенции. Так случилось с млекопитающими после вымирания динозавров. Так в ходе эволюции последние становятся первыми, а первые — последними. •

Микеланджело «Бог Отец, создающий из воды животный мир»

ВСЕМИРНЫЙ КУРЬЕР

 

Зубы

— Ключ к выживанию

— Из сада Эдема

— «Искусственной челюсти» тираннозавра

Ключ к выживанию

Когда динозавры исчезли шестьдесят пять миллионов лет назад, наши млекопитающие предки и о лучи л и превосходный шанс для бурного размножения и развития. Однако существовала одна проблема: зубы будущих хозяев Земли были далеки от совершенства. Ранние млекопитающие были маленькими, скромными пожирателями букашек, и потому они должны были либо исчезнуть, либо «приобрести» себе другие зубы. Джон Хантер из Университета в Нью-Йорке и биолог из Хельсинкского университета Юкка Джернналл предположили, что неприметный зубной отросток — гипокон, который впервые появился шестьдесят пять миллионов лет назад, и был тем самым приспособлением, позволившим млекопитающим успешно пережевывать растительную пищу.

Ранние млекопитающие имели верхние коренные зубы с тремя выступами и нижние, имеющие форму латинской буквы L. Короткое плечо этих зубов попадало в углубления в коренных зубах на верхней челюсти. Такая конструкция была хороша для поедания насекомых, но была непригодной для пережевывания мягких растений. Но именно на такую пищу смогли перейти многие млекопитающие, когда динозавры исчезли с Земли. Тогда-то и появился четвертый отросток на нижней челюсти, названный гипоконом, и исчез один из трех выступов на коренных зубах верхней. После этого зубы стали плотно прилегать друг к другу, позволяя млекопитающим успешно пережевывать пивцу. Подобное строение зубов известно палеонтологам давно, но Хантер и Джернвалл впервые нашли подтверждения, что появление такой челюсти у млекопитающих произошло сорок миллионов лет назад, как раз когда произошло резкое увеличение их численности. Ученые также выяснили, что гипокон независимо возникал у различных млекопитающих как минимум двадцать раз за все время эволюции.

Но что же произошло сорок миллионов лет назад? Климат стал холоднее, и площадь субтропических фруктовых лесов резко уменьшилась. Переход на «подножный» корм стал неизбежным, а вместе с ним усовершенствовались и зубы наших предков.

 

Из сада Эдема

Крошечная челюсть, найденная в каменоломне в Чангхуанг неподалеку от Шанхая, добавила уверенности тем ученым, которые считают, что высшие приматы впервые появились в Азии, а не в Африке. Судя по всему, челюсть принадлежала примату размером с мышь, который жил сорок пять миллионов лет назад, задолго до первых обезьян. Также на этом месте были обнаружены останки четырех примитивных приматов, включая самого раннего представителя семейства полуобезьян — долгопятов. Находка такого большого числа древних приматов позволила Мари Даусон и Кристоферу Берду, авторам этой сенсации, предположить, что это место неподалеку от Шанхая было для приматов «садом Эдема».

«Искусственной челюсти» тираннозавра

Вот почти уже целый век как палеонтологи спорят: был ли могучий тираннозавр реке хищником, или же он питался падалью.

Поиски ответа на давний вопрос предпринял — причем оригинальным методом — Грегори Эриксон из Университета штата Калифорния в Беркли. Из бронзы и алюминии он воспроизвел точную копию хранящегося в музее зуба тираннозавра и скрепил ее с гидравлическим прессом. Затем эта «искусственная челюсть» была испробована на свежей коровьей кости.

В качестве образца для сравнения экспериментатор использовал тазовую кость современника тираннозавра, жившего тоже около семидесяти миллионов лет назад,— трицератопса. На этом музейном экспонате отчетливо различимы борозды, нанесенные когда-то зубами тираннозавра, но неизвестно, была ли жертва в это время жива, или тот терзал уже труп этого растительноядного динозавра. Так или иначе, ископаемая кость изборождена восемьюдесятью следами укусов, в том числе глубокими царапинами, нанесенными острым зубом у самого позвонка.

Длинные вытянутые углубления говорят о том, что плоть силой отдирали от костей, но насколько мощными были укусы, судить сейчас трудно. Тут Г. Эриксону помогли техники и инженеры из расположенного ноблнзости Стенфордского университета. Вместе они приспособили к делу конструкцию металлической челюсти и маневрировали гидравликой, чтобы система оставляла на коровьей кости отметки, сходные с теми, что видны на ископаемой. Каждый укус регистрировался прибором, измеряющим затраченное усилие. Выяснилось, что задние зубы тираннозавра, требовавшие наибольшей затраты энергии, производя как раз нужные следы укуса, расходовали ее в количестве около 13 400 ньютон. Это можно сравнить с тем давлением, которое оказал бы на зуб динозавра поставленный поверх него грузовичок-пикап. Тем самым показано, что сила укуса тираннозавра примерно равна таковой у американского аллигатора, являющегося «рекордсменом» по этой части среди всех ныне живущих.

По материалам зарубежной печати подготовили Никита МАКСИМОВ и Борис СИЛКИН

 ТЕМА НОМЕРА

Рафаил Нудельман

 

Экскурсия по катастрофам

Благодарим израильский еженедельник «Окна» за возможность публикации этой статьи

Нет, мы не собираемся обозревать современные катастрофы — мы всего лишь отправимся в прошлое нашей планеты: она знавала исчезновение почти всего живого. Притом не раз и не два, а, как считают сегодня палеонтологи, целых десять или одиннадцать раз за последние 250 миллионов лет биологическая жизнь на Земле была близка к этому, чтобы затем, подобно пресловутому фениксу, воспрять и снова расправить крылья. Если бы в нашем распоряжении была Уэллсова машина времени, мы могли бы хоть сейчас провести экскурсию по всем этим катастрофам. Это была бы не только впечатляющая, но и весьма небесполезная экскурсия, потому что, окажись мы в нужное время в нужном месте, нам, возможно, удалось бы решить мучающий палеонтологов и геологов вопрос — что было причиной этих регулярно повторяющихся биологических катастроф, или, как они выражаются, «массовых истреблений»?

Одна из последних по времени попыток решения этого вопроса принадлежит американцам Стозерсу и Рампино и французу Кортилло. Не так давно они высказали предположение, что все те десять или одиннадцать массовых истреблений, которые насчитывает наука в истории последних 250 миллионов лет, были вызваны одной и той же причиной — грандиозными вулканическими извержениями. Эти ученые даже выстроили хронологическую таблицу, в которой даты известных геологии сильнейших извержений были сопоставимы с датами известных палеонтологам биологических катастроф. И вот трое ученых утверждают, что таблица эта демонстрирует совпадение извержений и катастроф по меньшей мере в четырех случаях — однако с точностью всего в несколько миллионов лет. Увы, это не та точность, чтобы считать «вулканическую гипотезу» окончательно доказанной. Тем более что у нее есть конкуренты.

Действительно, если бы на своем воображаемом пути в прошлое мы сделали остановку на отметке «минус 65 миллионов лет», то стали бы свидетелями столкновения Земли с огромным метеоритом, может быть, даже целым астероидом. Следы этого грандиозного катаклизма, обнаруженные на полуострове Юкатан в Центральной Америке, точно совпадают по времени с исчезновением динозавров и выходом на освободившуюся историческую сцену первых крохотных млекопитающих. Правда, пять лет назад было установлено, что незадолго до удара метеорита-астероида (на пару-другую миллионов лет раньше) земной климат был уже изрядно расшатан мощными вулканическими извержениями на Деканском плоскогорье нынешней Индии, и кое-кто из ученых уже тогда поторопился связать исчезновение динозавров с этими извержениями. Но в палеохронологии все решает так называемый тайминг, то есть соответствие во времени. Судя по останкам, процесс вымирания динозавров происходил довольно быстро и занял какие-нибудь тысячи, может быть, десятки тысяч лет. В геологических масштабах это было почти «точечное» событие, и его положение на временной оси почти идеально совпадает с положением на ней другого «точечного» события — Юкатанского удара. Тот мгновенно выбросил в атмосферу огромное количество пыли, отражавшей солнечный свет, что должно было весьма быстро вызвать резкое похолодание и столь же быстрое (опять-таки в геологических масштабах времени) вымирание зависевших от внешнего тепла динозавров.

Эта история учит, что при всей соблазнительной простоте «вулканической гипотезы» она не всегда оказывается подходящей, и порой объяснение катастроф следует искать на других путях. Такой урок тем более важен, что стоит нам на нашей машине времени продвинуться дальше в прошлое, до отметки «минус 250 миллионов лет», как мы обязательно столкнемся еще с одной такой же катастрофой, даже еще более жутких масштабов. Оказывается, не только млекопитающие (и мы в их числе) стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозавров, но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов. На этой отметке, которая находится точно на границе между пермским и триасовым геологическими периодами, биологическая жизнь на Земле вновь претерпела чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезло почти восемьдесят процентов всех обитателей морей и океанов и почти семьдесят процентов всех позвоночных!

Пермско-триасовое побоище было столь грандиозным — считают, что самым грандиозным за всю историю жизни на Земле,— что попыток его объяснения было куда больше, чем гибели динозавров. За последние десятилетия их накопилось столько, что одним их перечнем, как заметил американский биолог Гульд, можно было бы заполнить целый телефонный справочник. Тут были и вспышки сверхновых звезд неподалеку от Солнечной системы, и внезапные всплески космической радиации, и повсеместное опреснение земных океанов, и подвижки океанского дна, и неожиданные климатические катаклизмы, и гигантские процессы горообразования. Постепенно, однако, выяснилось, что все эти гипотезы несостоятельны, и к нашему времени «на кону» остались всего три.

Первой из них была теория американских геологов Шопфа и Зимберлофа, которая сразу привлекла внимание своей весьма правдоподобной простотой. Теория эта исходила из того факта, что пермско- триасовая катастрофа затронула прежде и больше всего живых обитателей моря, а эти существа, как показывает изучение пермских отложений, населяли прежде и больше всего мелководные моря, а не глубины тогдашних океанов. Исходя из этого, упомянутые авторы предположили, что исчезновение обитателей моря было вызвано быстрым и резким сокращением среды их обитания, то есть этих самых мелководных морей. Само же это сокращение они объясняли происшедшим именно в ту пору очередным слияние^ разрозненных континентов в единый суперматерик Пангею. При таком слиянии мелководные моря, разделявшие сближавшиеся континенты, в конце концов исчезали, и экологическая ниша планетарной жизни резко сокращалась. Это действительно была очень простая модель, но в ее пользу говорили многие геологические и палеонтологические данные, а также проведенные авторами математические расчеты.

Тем не менее у этой гипотезы тоже выявился один существенный недостаток. Ее правдоподобие резко снизил все тот же «тайминг». Теория не могла объяснить довольно большую — в геологических масштабах — скорость катастрофы, которую трудно было согласовать с весьма малой, прямо сказать, микроскопической скоростью сближения континентов. Поэтому буквально в последний год были выдвинуты сразу два других объяснения. Первое из них принадлежит Нолю Ренне из Геохронологического центра в Беркли (Калифорния) и опять называет виновником пермско-триасовой катастрофы извержение вулканов. Второе же, предложенное американцами Кноллем и Гроцингером, возлагает вину на фактор, куда более неожиданный и почти фантастический, объявляя причиной всего... гигантскую «отрыжку океана».

В отличие от предшественников, которые нашли не очень убедительные — с разницей в миллионы лет — соответствия между различными катастрофами и различными извержениями, Ренне нашел весьма убедительное — ибо практически идеальное — совпадение, причем именно для пермско-триасовой катастрофы. Применив метод радиоактивных изотопов, он построил очень точную (с погрешностью всего в десятки тысяч лет) хронологию тех давних событий и обнаружил, что начало великого истребления видов геологически точно согласуется с началом не менее великого сибирского вулканического извержения. Эта грандиозная и почти непрерывная цепь извержений, к которой один за другим подключались сотни и тысячи вулканов, располагавшихся тогда на пространстве нынешней Сибири, началась именно на переломе пермского и триасового периодов, продолжалась — практически без перерыва — около миллиона лет и привела к излиянию на поверхность нынешней Евразии около двух миллионов кубических километров лавы*

Просто жуть берет, когда представишь себе эту непрерывно грохочущую, огненно-черную, судорожно содрогающуюся титаническими взрывами миллионолетнюю ночь. А то была, несомненно, сплошная ночь, ибо пыль, поднятая всеми этими извержениями, наверняка и надолго затмила Солнце, вызвав существенное и длительное — в сущности, катастрофическое — изменение климата. Вдобавок выброшенный вулканами в атмосферу сернистый газ, соединившись там с водой, безусловно, изливался обратно на Землю убийственными ливнями ядовитой серной кислоты. Либо же сотнями тысяч лет каплями той же кислоты висел в воздухе, внося свой вклад в отражение солнечного света. Все это и было, считает Ренне, причиной гибели почти всего живого.

Однако и у этой впечатляющей гипотезы почти тотчас обнаружились свои трудности. Буквально через несколько недель после ее опубликования подоспело загадочное открытие Хенка Вишера из Утрехтского университета в Нидерландах. Исследуя споры из отложений пермских времен, Вишер обнаружил, что уже за миллионы лет до наступления триасового периода почти единственным источником этих спор были лишайники и мхи, растущие на мертвых деревьях. Это означало, что за миллионы лет до начала массового пермско-триасового истребления видов поверхность Земли уже покрывали десятки и сотни миллионов мертвых и замшелых древесных стволов и планета была почти полностью лишена всей прочей растительности. Иными словами, вопреки тому, что утверждает Ренне, гибель земной жизни (по крайней мере, растительной) началась задолго до сибирского извержения. Этот факт не согласуется и с теорией Шопфа — Зимберлофа. Поэтому споры вокруг причин пермско-триасовой катастрофы возобновились с прежней силой, и вот тут, на фоне этих споров, на сцену выступили Кнолль и Гроцингер и предложили свое весьма экстравагантное объяснение, свой, так сказать, «третий путь».

Тут я позволю себе немного отвлечься и дать волю собственному воображению. Мысленным взором бывалого экскурсовода я так и вижу, как, ошеломленные зрелищем жуткого побоища, мы стоим посреди мертвой равнины, пересеченной холмами и оврагами, в такой же мертвой тишине, не оживляемой ни птичкой, ни насекомым (до их появления еще десятки миллионов лет), стоим, застыв в позе горестного изумления, склонившись над жалкими остатками биологических видов, переживших великую пермско-триасовую катастрофу.

Поль Ренне обещал нам отыскать ее виновника, но не вполне сумел справиться с задачей, и теперь мы ждем, каков будет диагноз господ Кнолля и Гроцингера —они обещали все объяснить. Мы застыли и ждем. Но вот наконец появляются оба члена уважаемого консилиума и уже издали ободряюще машут руками. На их лицах написано: «Эврика!» Степенно приблизившись к нам, они произносят: «Это было несварение желудка!» И, увидев тупое недоумение на наших лицах, снисходительно начинают объяснять.

Исходным пунктом наших рассуждений, объясняют Кнолль и Гроцингер, послужил тот факт, что в последние годы геологи стали все чаще обнаруживать в осадках поздних пермских времен своеобразные отложения — так называемые неорганические карбонаты. В отличие от карбонатов органических, которые образуются из склеившихся друг с другом и омертвевших микроскопических сине-зеленых водорослей, неорганические карбонаты, как правило, формируются без всякой помощи живых существ, но лишь при том условии, что вода содержит высокую концентрацию карбона, то бишь углерода. Углерод вода может содержать в основном в виде растворенного в ней углекислого газа, и таким образом вся эта цепь рассуждений привела нас к выводу, что в позднюю пермскую эпоху, то есть во времена, близкие к интересующей нас катастрофе, воды земных океанов были насыщены углекислым газом. Как могло такое возникнуть?

Напомним (продолжают Гроцингер и Кнолль), что в то время, то есть 250 миллионов лет назад, все земные континенты представляли собой единый супер континент, а все нынешние земные океаны — единый суперокеан, который вонзался в эту суперсушу узкими и мелководными заливами-мор ям и. Именно эти мелководные и хорошо прогреваемые моря как раз и были заповедниками тогдашней биологической жизни, в том числе фитопланктона. Планктон этот непрестанно высасывал из атмосферы углекислый газ, использовал его для своих биологических потребностей, а, умирая, уносил его с собой на дно океана. Это происходит и в нынешнюю эпоху с той, однако, разницей, что сегодня существует гигантский антарктический ледовый континент, который охлаждает прибрежную воду и заставляет ее опускаться в глубины океана, а согревшуюся из глубин, напротив, подниматься. Это благодетельное действие Антарктики приводит к постепенному перемешиванию океанских вод, но когда этого не было — а в пермский период континентальных льдов не было нигде — океан бы не перемешивался и за миллионы лет его глубины окончательно превратились бы в застойные и зловонные сточные воды, битком набитые мириадами мертвых планктонных частиц с их углекислогазовым содержимым. Не так ли?

Увлекаемые логикой этих рассуждений, мы согласно качаем головой, и приободренные Кнолль и Гроцингер продолжают: таким образом, наш диагноз происшедшего, как мы уже сказали,— острое несварение океанского желудка. Страдающему человеку в таких случаях порой помогает сода. На помощь океану пришел другой механизм. Поскольку углекислый газ, которым планктон накачивал океанские глубины, в свою очередь выкачивался из атмосферы, то последняя постепенно очищалась от этого газа и тем самым освобождалась от его «парникового эффекта». По мере исчезновения такого эффекта климат становился все холоднее и холоднее, пока Земля, наконец, не вступила в очередной ледниковый период. На ней появились континентальные льды, и в какой-то момент охлажденные ими поверхностные воды впервые стали опускаться в глубины суперокеана, а вода из этих глубин начала подниматься к .поверхности. Действие этой конвекции как раз и было подобно действию соды на забитый желудок: океан издал раблезиански чудовищную отрыжку, вместе с которой исторг наружу накопившийся в нем за миллионы лет углекислый запах мертвого планктона. Океану стало легче, но для земной жизни это имело трагические последствия.

Легко представить себе, со вздохом заключают авторы, обводя взглядом мертвую равнину, каким было воздействие этой углекислой отрыжки на мелководные заповедники земной жизни. Эти мелководья были попросту отравлены и погублены на корню. Те живые существа, у которых скорость обмена веществ с окружающей средой была достаточно высока и которые поэтому худо-бедно успевали выводить из организма излишние количества углекислоты, еще кое-как выжили, хотя и среди них потери достигли почти пятидесяти процентов. Но те, у которых метаболизм происходил медленно, например кораллы и некоторые виды планктона, погибли почти целиком.

Такова вкратце гипотеза Кнолля — Гроцингера, и надо сказать, теперь уже вполне серьезно, что она сразу же объяснила некоторые и ранее известные науке факты, не получавшие объяснения в «вулканической гипотезе» Ренне. Так, например, нарисованная Кноллем и Гроцингером картина различной реакции организмов с разным метаболизмом на океанскую «отрыжку» хорошо согласуется с тем, что известно науке о несходных масштабах гибели различных биологических видов в ходе пермско-триасовой катастрофы. Анализ изотопного состава неорганических карбонатов (с которых началась вся цепь рассуждений) показал, что их происхождение скорее всего действительно связано с ростом концентрации углерода в застойных глубоких водах. И, наконец, совсем недавно геологи обнаружили следы доселе неизвестного оледенения, имевшего место как раз в конце пермского периода. В то же время и у этой гипотезы есть свой камень преткновения, причем тот же, что у «вулканической гипотезы» Ренне: ей еще предстоит объяснить обнаруженный Хенком Вишером факт исчезновения земной растительности за миллионы лет до апогея самой пермско-триасовой катастрофы.

Тем не менее наличие сразу трех подозреваемых в этой ужасной истории — пангейского суперматерика, миллионолетнего вулканического извержения и гигантской океанской «отрыжки» — все-таки обнадеживает. Ведь как ни повернись дело, а уж один-то из них наверняка окажется искомым преступником (если, конечно, не отыщется неожиданный четвертый).

Утешенные этим, мы можем, наконец, повернуться спиной к унылым следам древней катастрофы, вернуться в свою машину времени и двинуться дальше вспять. В соответствии со взятой на себя ролью гида в этой «экскурсии по катастрофам» меня так и подмывает объявить: «Следующая остановка — отметка «минус 500 миллионов лет», кембрийский период палеозойской эры». Но дело в том, что в программу данной экскурсии эта остановка, строго говоря, уже не входит, ибо на ней нас ждет совершенно иная, хотя и не менее загадочная ситуация — не стремительное и массовое истребление планетарной жизни, а напротив, ее необъяснимо-внезапное и взрывоподобно-бурное размножение и усложнение — так называемый кембрийский биологический взрыв. А взрыв жизни — это вам не гибель всего живого, это, согласитесь, совсем другая история и другой рассказ...

От редакции добавим: о «кембрийском взрыве» журнал рассказывал в номере 10 за прошлый год — см. статью А. Журавлева «В середине начал». •

Р. ТАМАЙО. «Космический террор»

ПРОКЛЯТЫЕ ВОПРОСЫ

 

Как закручено, ведь это же надо!

Обращали ли вы когда-нибудь внимание на то( что в природе среди растений и животных довольно часто встречается форма спирали? Для английского натуралиста девятнадцатого века Альфреда Рассела Уоллеса спираль, в которую грациозно завивается раковина улитки или закручивается хобот слона, всегда казалась самой прекрасной из всех кривых линий. А немецкому поэту и мыслителю Гёте спирали, которые он наблюдал в природе, казались сложными и женственными, резко контрастирующими с твердой мужественностью прямых линий. Но самой обычной реакцией человека на спираль бывает простое удивление: «Как закручено, ведь это же надо!».

Посмотрев в микроскоп, вы можете увидеть спиралеобразные жгутики у некоторых бактерий, а взглянув темной ночью на небо, заметите спирали галактик. А как приятно. оказавшись рано утром на лугу, полюбоваться мокрой от серебряной росы спиралью паутины, старательно сотканной трудягой-пауком. В спираль закручены вершины завитков папоротника и усики вьюнов. Эта форма запечатлена и в строении сосновой шишки, и в улитке человеческого уха. Как писал в начале нашего века натуралист Теодор Кук в своей книге «Кривые линии жизни», эту экстраординарную и прекрасную формацию можно видеть во многих проявлениях органической природы.

Форма спирали так привлекательна, что люди часто используют ее в архитектуре, различных украшениях. Геометрические рисунки спирали встречаются на минойских вазах, созданных гончарами 3500 лет назад на острове Крит, а в древней Греции — на колоннах ионического ордера. В семнадцатом веке великий английский поэт Джон Мильтон в поэме «Потерянный рай», описывая Еву, остановил внимание на спиралях ее волос, которые, подобно виноградным лозам, завивались буйными кольцами. А спустя сто лет французская писательница Анна Луиза Жермен де Сталь так представляла себе развитие человечества: «Человеческий разум все время прогрессирует, но этот процесс идет по спирали».

Почему же одна из простых форм — спираль — так широко распространена в природе? Некоторые считают, что ответить на этот вопрос очень просто. Так, Рольф Синклер, руководитель физической программы, осуществляемой Национальным научным фондом США, заявил: «Понять, почему эти вещи возникают так неожиданно, значит осознать, что природой управляет невидимая рука физика и математика. Вообще в природе существует всего несколько простых уравнений, по которым все и происходит. А если так, то согласитесь, что спираль — всего лишь результат этого».

Рассмотрим случай с раковиной крупного морского моллюска наутилуса. Диаметр раковины взрослого моллюска достигает пятнадцати — двадцати сантиметров и состоит из тридцати пяти — тридцати восьми камер, разделенных мезду собой перегородками. Если допустить, что его раковина развивалась бы по прямой, то представляете, как бы выглядело это животное? Мудрая Природа выбрала для него оптимальную форму — спираль. Иного выбора в данном случае просто не могло и быть. Еще пример: смерч. Когда давление воздуха падает так низко, что возникает сильный ветер, факт вращения Земли создает мощную силу, закручивающую его по спирали против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой — в южном.

Но на вопрос, как среди множества различных форм развития природа все же выбирает спираль, ответа пока нет. Усики некоторых сортов винограда образуют витки постоянного диаметра. Эта форма известна под названием архимедовой спирали. Раковина же наутилуса образована по форме так называемой логарифмической спирали, радиус которой увеличивается по определенному закону. Кроме того, есть еще группа спиралей, основанных на математической последовательности, в которой каждое число ряда равно сумме двух предыдущих чисел (1, 1, 2. 3, 5, 8, 13, 21, 34...). Этому математическому закону, известному под названием ряда Фибоначчи (итальянский математик, родился около 1170 года, умер после 1228 года), следуют в своем развитии многие части растений. Но значит ли это, что такая строгая приверженность к простым математическим зависимостям дает живым организмам преимущество в борьбе за выживание? Недавно американский ботаник Карл Никпас решил проверить, действительно ли листья растений, построенные на основе ряда Фибоначчи, более активно воспринимают солнечный свет? Оказалось, что это не так.

Тайна спирали учеными еще не раскрыта, и пока мы можем только любоваться этой оригинальной формой в растительном и животном мире. Посмотрите, как изящно изогнуты камеры наутилуса, как красив туго закрученный хвост хамелеона. А обращали ли вы внимание на то, как цветет подсолнечник? Ведь его цветки и семена расположены по спирали ряда Фибоначчи. Такая же последовательность наблюдается и в шинках сосны, и в расположении колючек у некоторых видов кактусов. Но почему? Существует ли эволюционное преимущество, которое дает такая математическая последовательность, пока не ясно.

Вот божья коровка взбирается по спиральной лесенке побега тыквенного винограда. Но не для того же создала его природа в таком виде! Кстати, у одних видов винограда тянущиеся к свету побеги закручены по часовой стрелке, у других — против. Почему? А как красивы две спирали пуэрториканского морского червя, напоминающего чем-то рождественскую елку! Конические щупальца служат ему как для дыхания, так и для сбора пищи. Но почему они такой формы? А посмотрите на изогнутые рога барана Делла, обитающего на Аляске. Сражения самцов в брачный период продолжаются иногда до двадцати часе»! И такие мощные рога, поглощающие силу ударов, ему просто необходимы. Но не ради же этого создала их природа в такой форме? Тогда зачем?

Сплошные «почему» и «зачем». Да, форма спирали в живой природе полна загадок и вопросов. Конечно, со временем скорее всего человек получит на них ответы. Но когда?

По материалам зарубежной печати подготовил Е. СОЩАТКИН.

ИСТОРИЯ НАУКИ В ЛИЦАХ

Симон Шноль