Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Но эдиакарские организмы недолго пребывали в эволюционном авангарде. В течение следующих 40 млн лет на морском дне развернулась интенсивная анатомическая перестройка, известная как кембрийский взрыв. Появление первых плотоядных запустило гонку вооружений между хищниками и их жертвами, которые с тех пор старались перехитрить друг друга, как Хитрый койот и Дорожный бегун {11} 11 Герои американского мультипликационного сериала (с одноименным названием), в котором койот носится за калифорнийской кукушкой-подорожником, пытаясь ее поймать. — Прим. ред . . Жесткие защитные оболочки из карбоната кальция стали обязательной экипировкой для крошечных существ, которые легко могли стать жертвами, тогда как крупные хищники обзаводились специализированным плавательным снаряжением и приспособлениями для убийства.

Впрочем, темпы эволюции в ходе кембрийского взрыва вызывают некоторые разногласия, сталкивая лбами палеонтологов и биологов, использующих геномный подход для определения того, когда на древе жизни появились те или иные ветви. Палеонтологическая летопись на основе окаменелостей предполагает, что промежуток времени между 540 и 520 млн лет назад был периодом беспрецедентных по своей скорости и разнообразию биологических инноваций. Однако эта гипотеза расходится с данными молекулярных часов — так называется метод датирования филогенетических событий, основанный на предположении о том, что гены, кодирующие белки, накапливают эволюционные изменения с практически постоянной скоростью. Большинство оценок на основе этого метода указывает на то, что царство животных, первыми представителями которых предположительно были губки, возникло в конце протерозоя 750–800 млн лет назад и что кембрийское событие было вовсе не «взрывом», а медленным, растянутым во времени процессом [78] Erwin, D., et al., 2011. The Cambrian conundrum: Early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science , 334, 1091–1097. doi:10.1126/science.1206375 . Однако эта датировка означает, что зарождение животного мира началось в мрачную и холодную ледниковую эпоху, когда Земля была «снежным комом» и мало походила на уютную колыбель. Это разногласие в очередной раз подчеркивает любопытное культурное различие между «полевыми» палеонтологами, которые привыкли иметь дело с невероятным своеобразием ископаемых форм жизни и потому готовы принять идею о неравномерных темпах эволюции, и «лабораторными» молекулярными биологами, которые рассматривают клеточную структуру как механизм, а потому более склонны скатываться к ортодоксальному униформизму, чем их коллеги-геологи. Таким образом, хотя сегодня докембрий перестал быть темным, неизведанным периодом в истории Земли, каковым он являлся для геологов Викторианской эпохи, наше понимание того, каким образом произошел переход к кембрийскому миру, по-прежнему остается довольно смутным.

В большинстве учебников по палеонтологии кембрийский взрыв рассматривается как «начало истории», как прелюдия к захватывающему повествованию о трилобитах, двоякодышащих рыбах, каменноугольных болотах, тираннозаврах, птеродактилях, мегатериях, мамонтах и, наконец, о гоминидах. Между тем во многих важнейших аспектах кембрийский мир не так уж сильно отличался от современной биосферы: почти все основные таксономические группы (типы) животных к тому времени уже появились на сцене, и на протяжении следующих 500 млн лет эти игроки занимались тем, что организовывались в сложные кислородозависимые экосистемы с многоуровневыми пищевыми сетями, заселяли материки и осваивали небо, развивая все более специализированные адаптации к среде обитания, и периодически становились жертвами экологических катастроф, когда слишком быстрые изменения окружающей среды, и особенно атмосферы, превышали их адаптационные способности.

В XIX в. геология почти всецело сводилась к палеонтологии, и даже на момент публикации Дарвином его знаменитого труда «Происхождение видов» в 1859 г. демаркация геологического времени была полностью основана на ископаемых остатках. Геологи Викторианской эпохи педантично каталогизировали последовательные изменения в родословных линиях ископаемых, таких как спиральные аммониты, витиеватый узор раковин которых так же характерен для определенных периодов времени, как фижмы или двухцветные ботинки. Занимаясь этим, они обнаружили в стратиграфической летописи странные моменты, когда происходила резкая смена в составе окаменелостей, то есть, образно говоря, не просто постепенно менялись детали костюма, но прежний состав персонажей на сцене фактически заменялся новой труппой. Проанализировав эти разрывы последовательности окаменелостей, в 1841 г. Джон Филлипс — племянник уже известного нам строителя каналов Уильяма Смита, автора концепции руководящих ископаемых, — предположил, что в истории земной жизни было три великие главы: палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры, т. е. эры древней, средней и новой жизни соответственно. (О том, что жизнь появилась еще в архее, за три с лишним миллиарда лет до начала палеозоя, стало известно только через 100 лет.)

Филлипс был сиротой, взятым на воспитание Уильямом Смитом, и ребенком сопровождал своего энергичного дядюшку в его многочисленных экспедициях по изучению окаменелостей. Прозорливый и талантливый палеонтолог, он, однако, выступил против дарвиновской теории эволюции путем естественного отбора, утверждая, что удивительное соответствие между живыми организмами и их средой обитания является свидетельством осуществления божественного плана (который, видимо, предусматривал периодические радикальные переделки). В конце своей карьеры Филлипс объединил силы с лордом Кельвином, чтобы опровергнуть утверждение Дарвина о «неимоверной продолжительности геологических эпох» [79] Фраза Кельвина из письма Джону Филлипсу; цит. по: Morrell, J., 2001. The age of the Earth in the twentieth century: A problem (mostly) solved. In Lewis, C., and Knell, S., The Age of the Earth from 4004 BC to AD 2002 . Geological Society of London Special Publication, 190, 85–90. . Как бы то ни было, это заблуждение не умаляет значения его провидческой гипотезы о трех великих главах в истории эволюции животного мира.

Дарвин, разумеется, досадовал на Филлипса, но не мог отрицать наличия внезапных озадачивающих разрывов в палеонтологической летописи. Уверенный в непрерывности и равномерности эволюции, он отказывался видеть в них свидетельство природных катастроф. Его теория предполагала постоянное вымирание видов — непрерывную «выбраковку» менее приспособленных видов в результате естественного отбора. Дарвин объяснял обнаруженные внезапные исчезновения следов большинства ранее существовавших видов из осадочных последовательностей не их катастрофическим вымиранием, а прерывистым характером осадконакопления. В «Происхождении видов» он посвятил целую главу «неполноте геологической летописи», настаивая на том, что осадочные накопления отражают прошедшее время лишь частично и что «в пределах каждой последовательной формации существуют, согласно мнению большинства геологов, перерывы огромной продолжительности» {12} 12 Цит. по: Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. — СПб.: Наука, Санкт-Петербург. отделение, 1991. С. 269. . Дарвин также предполагал, что темпы седиментации (когда та вообще происходит) могут быть недостаточно быстрыми для того, чтобы зафиксировать ход эволюции: «Хотя каждая формация может обозначать собой весьма длинный ряд лет, но каждая из них, вероятно, коротка сравнительно с периодом времени, необходимым для изменения одного вида в другой» {13} 13 Там же. С. 276. . Еще одно его пророческое предположение состояло в том, что доступная нам палеонтологическая летопись искажена тем фактом, что мы можем найти окаменелости только в тех обстановках, где в свое время происходило накопление осадков (в иных случаях осадочные породы попросту отсутствуют), но эти обстановки не всегда совпадали с местами обитания живых существ. Дарвиновские объяснения разрывов в летописи окаменелостей доминировали до середины XX в., когда геохронологическая шкала была уже достаточно хорошо откалибрована, чтобы бесспорно доказать тот печальный факт, что порой даже в благополучных экосистемах могут происходить ужасные катастрофы. Теперь мы знаем, что с начала кембрийского периода произошло по меньшей мере пять крупных массовых вымираний и множество менее масштабных. После каждого из них животное царство на Земле постепенно восстанавливалось, но безвозвратно менялось, поскольку оставшиеся представители видов, выживавшие порой не столько благодаря своей приспособляемости, сколько по счастливой случайности, не подходили на роль основателей новой биосферы в изменившемся мире.