В этой книге палеонтологи И. Яковлева и В. Яковлев знакомят своих читателей с наукой палеонтологией и открытиями, которые сделали ученые. Перед читателями пройдут картины далекого прошлого нашей планеты.Одна из лучших научно-популярных книг по палеонтологии. Несмотря на то, что за тридцать лет, прошедших с момента ее публикации, многое было уточнено и пересмотрено, книга представляет несомненный интерес. Палеонтология - наука, погруженная, казалось бы, в недра планеты, служит окном в космос,...
Красный цвет — цвет пустынь и засухи. Ни в один период не откладывались соли так мощно, как в триасе. А это уже в свою очередь наталкивает на мысль о том, что Землю тогда покрывали мелководные моря и было их великое множество. Наша поваренная соль, которую мы сегодня в пачках покупаем в магазинах, — тоже не что иное, как соль древнего триасового моря.
Мысль о больших мелководных пространствах подтверждают и многочисленные отпечатки беспозвоночных, таких, как морские лилии, и аммониты — обитатели мелководий, и следы ног рептилий, что навеки отпечатались на древних морских пляжах.
Почему же образовались в конце перми — начале триаса эти мелководные моря-лагуны? Почему покрыли они большую часть древней суши? Геологи считают, что причиной тому было горообразование и поднятие суши вообще. Теплый, на редкость сухой климат превратил Землю в бескрайнюю идеальную пустыню, где некому было жить.
С концом перми кончается палеозойская эра — эра древней жизни. С триаса начинается эра средней жизни, мезозой, — настоящее биологическое Средневековье, которое длилось около 175 миллионов лет.
Триасовый период был самым первым и коротким в мезозое. Он длился около 45 миллионов лет. За ним последует 58 миллионов лет юрского периода. И завершит мезозой меловой период — самый продолжительный из них. В 70 миллионов лет оценивают специалисты его длительность.
Мезозой и впрямь сродни Средневековью. Как вторжение варваров разрушило античные цивилизации, приведя к застою в жизни человечества, так ящеры стали на пути буквально всех прогрессивных групп животных, на миллионы лет задержали их развитие. Жесток и страшен мезозойский театр жизни. На протяжении трех долгих действий в ролях варваров выступают ужасные ящеры-драконы.
У нас в Советском Союзе работу по изучению пермских животных возглавил Иван Антонович Ефремов. Именно его богатырский размах, неукротимая энергия, огромные и разносторонние знания нужны были, чтобы продолжить дело Амалицкого. Он начал с главного — с организации планомерных раскопок пермских отложений во всех районах СССР. Открыты были целые комплексы фаун, и более древние, чем Северодвинский, и более молодые. И вскоре в залах палеонтологического музея Северодвинская коллекция стояла уже в окружении множества других находок. А по всему музею разносился гулкий веселый бас Ивана Антоновича Ефремова, дарившего очередную идею своим ученикам: Вьюшкову, Чудинову, Татаринову. Все они решили заниматься зверообразными.
Древние пресмыкающиеся парейазавры, дальние родственники черепах, жили 240 миллионов лет назад. Они были с быка величиной и обитали, подобно бегемотам, в болотах и речных заводях. Они могли зарываться в ил до самых глаз, словно лягушки. Это спасало их от главного врага — хищной зверообразной рептилии иностранцевии. Питались парейазавры сочными растениями, которыми изобиловали и берега и дно водоемов. Десятки скелетов парейазавров, добытых выдающимся русским палеонтологом Владимиром Прохоровичем Амалицким в конце прошлого века на берегах Северной Двины, составили основу знаменитой «Северодвинской галереи» — предшественницы современного Палеонтологического музея Академии наук СССР.
Пермский период продолжался примерно 45 миллионов лет, и примерно половину его можно назвать бесконечной зимой. В этот период высоко поднимается суша. Никогда — ни до, ни после пермского периода — на земном шаре не было больших площадей суши. И никогда климат на Земле не был так суров, как в то далекое время.
Энергетика летающих насекомых сильно отличается от энергетики остальных животных. Все позвоночные способны совершать работу «в кредит»: плавать, бегать или летать за счет бескислородных процессов. И только потом им обязательно нужно «отдышаться», окислить накопившуюся в организме молочную кислоту.
А насекомые такой возможности лишены. За всякое усилие они должны платить сразу, наличным кислородом. Активный полет насекомых, их крылья могли возникнуть только тогда, когда содержание кислорода в атмосфере достигло, как минимум, современного уровня. Насекомые появились не случайно. Их породил лес, изменивший атмосферу.
И все же рождение насекомых окружено тайной. О предках насекомых и о том, как развивались крылья, споры продолжаются и по сей день. Это понятно — история позвоночных документирована с древнейших времен. Найдены кистеперые. Найдены переходные формы вроде ихтиостеги. Найдены примитивные амфибии. Предки же насекомых не оставили никаких следов в каменной летописи.
Палеоботаники всего мира, собирающие материалы из этих слоев, сравнивали свои находки и пришли к выводу, что все они удивительно схожи между собой. Поэтому вывод напрашивался сам: в карбоне на всей Земле жили одни и те же растения-гиганты — лепидодендроны, сигиллярии, каламиты и кордаиты.
Удалось полностью восстановить их внешний облик, и вот какая особенность сразу бросилась в глаза. Все они оказались до удивления похожи на растения современных болот — на папоротники, хвощи и плауны, только в сотни раз увеличенные. Такое сходство уже само по себе наталкивало на мысль, что жить эти растения должны были примерно в тех же условиях, что и нынешние потомки, то есть на болоте. Ну, а коли в высоту они достигали тридцати — сорока метров и были двух-трех метров в диаметре — значит, жилось им, по-видимому, привольно.
Ихтиостега была восхитительна! Настоящая рыба, большая и тяжелая. С рыбьей чешуей, рыбьими жабрами, с плоским и перистым сомовьим хвостом. И был у нее рыбий «гидрофон» — боковая линия, чтобы слышать в воде. Несомненно, существо это было создано, чтобы двигаться, есть, дышать и размножаться в воде и только в воде. Но зачем тогда ноги? Не ласты, не плавники, а четыре настоящих лапы сухопутного зверя, с бедром и голенью, плечом и предплечьем, с пятипалой стопой и кистью! Зачем массивные пояса конечностей и крепкий спинной хребет — опора для мышц, поддерживающих и поднимающих голову? За каждой такой конструкцией угадывались миллионы лет отбора и совершенствования. Судя по всему, ихтиостега действительно могла выходить на сушу, непонятно только, для чего это ей было нужно.
Все образованные люди уже знали археоптерикса, найденного в 1861 году. Это звено между рептилиями и птицами наглядно показало, как «рожденные ползать» учились летать. Известен был уже и питекантроп — первое звено над бездной мрака и предрассудков. Мрака, который тысячелетиями разделял мир животных и мир человека.
Ихтиостега, что в переводе с греческого значит «рыбощек», — так окрестил находку Севе-Седерберг, была третьим «недостающим звеном», и, может быть, самым важным. Не будь этой «четвероногой рыбы» — не было бы ни крыла, ни руки. Не было бы прорыва в мир полета и мир разума.
В 1975 году интересную догадку высказал ленинградский физиолог В. И. Лебедев: растения «выманил» из воды угарный газ — СО. Опыты показали, что он усваивается растениями гораздо легче, чем углекислота — С02. Причем для синтеза органических веществ в этом случае расходуется вдвое меньше энергии. Более того, синтез этот из угарного газа возможен даже в темноте. А вот в воде угарный газ почти не растворяется.
Первые животные-колонисты уже могли найти на суше и пищу, и убежище от солнца, и запас воды. Легче всего выйти из воды было членистоногим потомкам трилобитов: ракам-мокрицам, клещам и многоножкам. Они уже носили непроницаемый хитиновый скафандр, имели превосходные средства пешего передвижения и небольшой вес, облегчавший передвижение по суше. За ними двинулись и скорпионы.
В девонский период мертвые пустыни континентов превратились в настоящие плодородные почвы, а значит, Земля с тех пор покрылась зеленым океаном растений. Выветривание горных пород, атмосферные осадки, речной сток, состав воздуха, всепланетный баланс воды и живых организмов — все стало похожим на то, что окружает нас сейчас, спустя 350 миллионов лет, и совсем не похожим на то, что было в недавно закончившемся силуре. Это была вторая великая геологическая революция.
«Молчат гробницы, мумии и кости…» — писал некогда Валерий Брюсов, и даже самый ревностный палеонтолог знает, что в печальных этих словах заключена изрядная доля правды.
Семьдесят миллионов лет длился ордовик, выделенный поначалу как буферная зона между кембрием и силуром. В два раза меньше времени приходится на долю мурчисоновского силура. Для неспециалиста периоды эти похожи как близнецы: почти те же кораллы — табуляты, почти те же головоногие — наутилусы, все так же ползут пучеглазые трилобиты, плывут граптолиты и разбойничают в прибрежных водах ракоскорпионы. Черные сланцы продолжают рассказ об отравленных сероводородом морях силура. То там, то здесь заметны следы ледников.
Но всего шесть находок позвоночных, не считая пропавшего старозуба, известно из ордовика, и тысячи — из силура.
Когда в прошлом веке были найдены первые птераспиды, их приняли за каракатиц. Сейчас они кажутся скорее созданиями техники, чем творениями природы.
Взгляните на изображения птераспид, и вам невольно вспомнятся знакомые силуэты батискафов, глиссеров, реактивных истребителей, виденные если не в жизни, то на страницах журналов. Жесткие обтекаемые корпуса, четкие линии стабилизаторов, короткие стреловидные крылья. Короче говоря, весь сегодняшний день техники неожиданно открывается в позавчерашнем дне природы.
Мир Маугли, его друзья и враги, — это мир позвоночных. От этого племени мы получили в дар красную кровь, крепкие кости, сильные мышцы и большой мозг.
Позвоночных не очень много. Сейчас на Земле их около семидесяти тысяч видов. А это всего 0,5 процента всех видов живых организмов.
Семьдесят тысяч линий тянутся через миллионы веков к общему рыбообразному предку, и среди них есть линия человека. Нам очень важно знать эту линию, и не только из законного любопытства. Изучая ее, мы сможем лучше понять законы эволюционного прогресса, законы преодоления тысяч запретов и ограничений, которые ставила природа на пути к разуму.
Все живущие и когда-либо жившие на Земле организмы — это потомки первичных существ, протобионтов, появившихся, как мы теперь знаем, около 4 миллиардов лет назад. Общность тончайших биохимических реакций, одинаковое устройство аппаратов наследственности не оставляют в этом сомнений.
Значит, человек имеет право повторить пароль Маугли — «Мы с вами одной крови, вы и я!» — любому из полутора миллионов ныне живущих видов: и вирусу гриппа, и редиске, и скорпиону. Вот только поймут ли они? Услышат ли? Уж слишком далеко разошлись дорожки за четыре миллиарда лет.
Древнекембрийские представители животного мира были невелики по размерам и питались планктоном — мельчайшими организмами, взвешенными в толще воды, или же поглощали органические частицы из грунта.
Типичными представителями кембрийских сообществ были кишечнополостные, брахиоподы, примитивные моллюски, иглокожие и вымершая ныне обширная группа фильтрующих рифообразных животных — археоциат.
Итак, кембрийский расцвет жизни вовсе не начался мгновенным появлением типов, классов, бесчисленных отрядов животных. Ему предшествовал другой расцвет, другая — докембрийская — вспышка жизни. И лишь одно событие четко и резко разделяет оба эти этапа — появление скелетов.
Наборы разнообразнейших панцирных существ везде появились на одном уровне — 570 миллионов лет назад. Тогда многие ученые обратились к неисчерпаемому арсеналу гипотез «случайного толчка», которые могли бы объяснить случайную «скелетную революцию».
Но большинство ученых сходятся во мнении, что причиной изменения жизни на границе кембрия была сама жизнь. Не внешний толчок, а законы внутреннего развития биосферы.
Загадка кембрия, загадка внезапной и мощной вспышки жизни не была решена. Миллиард лет густо зеленели у берегов водорослевые луга и пастбища. Миллиард лет тянулись к солнцу жесткие буроватые ветви подводных лесов-строматолитов.
А где же обитатели этого океанского рая? Где предки кембрийских животных? Ведь в теплой, насыщенной планктоном воде многоклеточные организмы должны были расти и множиться «как на дрожжах». У них еще не было врагов. Они еще не научились пожирать друг друга, да и нужды в том пока не было.
В поисках «лучшей жизни» клетки «попробовали» объединяться в сообщества. Это и открыло перед ними невиданные раньше возможности.
Раньше клетка должна была заботиться обо всем сама. Она добывает пищу, спасает свою жизнь, дышит, движется и размножается. За такой «кучей дел» была ли у нее возможность «думать» еще и о совершенствовании? Конечно, нет! Теперь же, когда был создан многоклеточный организм, каждая клетка могла специализироваться в своем деле, не заботясь о других делах.
По устройству клетки все живые существа следует разделить на организмы «безъядерные» — прокариоты — и «ядерные» — эукариоты.
В группу прокариот попали все бактерии и часть водорослей — сине-зеленые. В группу эукариот — все остальные растения и животные.
Клетки всех «ядерных» похожи наличием «центра управления» — ядра с его хромосомами.
В каждую клетку эукариот вмонтированы одинаковые и очень сложные «энергетические агрегаты» — митохондрии. Именно в них совершается главный цикл, обеспечивающий клетку энергией, — цикл окисления лимонной кислоты. Все клетки «ядерных» организмов очень высоко организованы, могут производить большую энергию и специально приспособлены к потреблению кислорода.
А прокариоты очень просты и сохраняют черты глубочайшей древности. Ядра и митохондрий у них нет, а энергетика крайне разнообразна. Для многих из них кислород — смертельный яд, зато некоторые могут «дышать» смесью углекислоты и водорода, или, при помощи той же углекислоты, окислять сероводород.
В «темных веках» криптозоя произошло самое главное: появились живые существа, появились клеточные формы. Царство животных отделилось от царства растений, и, наконец, возникли многоклеточные существа.
На все это понадобилось примерно 3,5 миллиарда лет.
А для нас пока самое важное вот что: жизнь, какой мы ее знаем сейчас, начинается с памяти, со взаимодействия трех блоков. ДНК хранит память, РНК «читает программу» и ведет сборку белков. Белок взаимодействует со средой и, в свою очередь, участвует в сборке ДНК и РНК. Именно это единство и есть тот самый крепкий орешек, который еще не разгрызла современная наука, чтобы окончательно решить проблему биогенеза. Понятно, как собирались детали блоков. Почти понятно, как складывались сами блоки. Но все еще не очень понятно, как они сложились в существо.
Память жизни хранят нуклеиновые кислоты. Сценарий, по которому разворачивается великое действо клетки, записан четырехбуквенным кодом нуклеотидов на бесконечной спиральной ленте ДНК.
Но как природе удалось собрать эти кирпичики в сложные молекулы белка? Сейчас выяснилось, что для этого нужно по крайней мере два условия. Во-первых, энергия для сборки. Во-вторых — сборочный конвейер, который облегчил бы соединение молекул в определенном порядке.
Энергии хватало во всех ее видах: тепло лав, электричество гроз и могучий катализатор химических реакций — ультрафиолетовые лучи Солнца.
Не было нехватки и в сборочных агрегатах. По-видимому, на Земле работало сразу несколько конвейеров по сборке белковых полимеров: горячая поверхность лав, глина морских прибрежий и, наконец, сама поверхность пептидов, плавающих в первичном бульоне.
Все три способа сборки ученые испробовали в лабораториях, и все они действовали. Особенно хорошо «работал» глинистый ил. На нем из раствора оседали упорядоченные белкоподобные полипептиды почти неограниченной длины. Причем без нагревания. Значит, первичный белок мог рождаться почти везде — в воде, в грязи и в огне.