Игорь Косенко

Чарльз Дарвин – наверное, один из самых известных людей в науке, внесший неповторимый вклад не только в развитие биологии, но и в другие естественные науки, такие как биогеография, палеонтология, геология. Это исследователь, который перевернул основы естествознания ХIХ века, предопределив путь развития естествознания вплоть до наших дней. Удивительно, что, не имея никаких совершенных приборов, используя в своей работе лишь наблюдения за ныне существующими организмами и анализ палеонтологического материала, этот человек смог построить теорию, которая до сих пор, не смотря на нападки со стороны противников, является надежным стержнем современной палеонтологии и эволюционной биологии. Изумительно и то, что большинство новых находок древних существ превосходным образом дополняет фактическую основу теории Дарвина, а не идет в разрез с нею. Это заставляет восхищаться его могучим интеллектом, сумевшим предугадать в своей книге будущие находки, не имея в свой век достаточного количества фактического материала.

Здесь я хотел бы немного поразмышлять над геологическими главами его трактата, ибо они имеют непосредственное отношение к моей исследовательской работе (изучению систематики, филогении юрско-меловых устричных моллюсков бореальных бассейнов Сибири).

Первая глава «Происхождения видов…», касающаяся непосредственно геологии – «О неполноте геологической летописи». Дарвин затрагивает весьма интригующий вопрос о том, почему мы не находим бесчисленное число переходных форм от одного вида к другому. «Я старался также показать, что промежуточные разновидности, численность которых меньше тех форм, которые они связывают, мало-помалу вытесняются и истребляются, по мере того, как идет дальнейшее изменение и усовершенствование. Однако главная причина того, что бесчисленные промежуточные звенья не встречаются теперь в природе, лежит в самом процессе естественного отбора, благодаря которому новые разновидности непрерывно вытесняют свои родоначальные формы и становятся на их место. Но ведь в таком случае количество существовавших когда-либо промежуточных разновидностей должно быть поистине огромным в соответствии с тем огромным масштабом, в каком совершался процесс истребления. Почему же в таком случае каждая геологическая формация и каждый слой не переполнены такими звеньями? Действительно, геология не открывает нам такой вполне непрерывной цепи организмов, и это быть может, наиболее очевидное и серьезное возражение, которое может быть сделано против теории. Объяснение этого обстоятельства заключается, как я думаю, в крайней неполноте геологической летописи». Эти слова говорят нам о том, что Дарвин был крайне дальнозорким человеком. В своей книге он не просто описал свою теорию, но также сам затронул все основные гипотетические слабые ее моменты. Думаю, что Чарльз Дарвин обладал потрясающей научной интуицией, которая помогала ему при отсутствии конкретных фактов строить логичные правдоподобные объяснения буквально на кончике пера. Время и труд ученых следующего столетия подтвердили во многом гипотетические тезисы теории эволюции.

Современная геология и палеонтология в достаточной мере доказала тезис Дарвина о неполноте геологической летописи. Действительно, за многомиллиардную историю жизни на Земле в осадочных породах должны были сохраниться мириады окаменелостей древних организмов, населявших планету. Однако лишь в исключительных случаях мы можем проследить достаточно полно какую-либо филогенетическую цепочку живых организмов. И этому есть логичные объяснения. Для сохранения останков организмов в осадочных толщах необходима масса условий, выполнение которых достигается крайне редко. В настоящее время в палеонтологии выделилась целая наука, занимающаяся изучением условий захоронения организмов – тафономия. Приведем простой пример. Для захоронения скелета, скажем какого-нибудь морского ящера, допустим ихтиозавра, необходимо, чтобы он погиб в не слишком мелкой и не слишком глубокой зоне моря, с достаточно высоким темпом осадконакопления, отсутствием вокруг животных-трупоедов. В таком случае у тела есть возможность успешно захорониться. Однако, это еще полдела. Погребенное под рыхлыми осадками тело со временем фоссилизируется и становится частью осадочной породы. Но под действием времени эта порода может оказаться. Например, частью скалистого побережья какого-нибудь острова, скажем Великобритании. И можно считать большой удачей, если какой-нибудь исследователь или просто прохожий вовремя заметит торчащую из берегового уступа челюсть доисторической рептилии. Тогда мы получим очень ценную для науки находку. В большинстве же случаев волновая эрозия разрушит вмещающую окаменелость породу, и природа предаст останки этой рептилии вечному забвению. Еще вероятней, что труп ящера будет съеден какими-нибудь рыбами-падальщиками или послужит питательной средой для множества бактерий.

Совпадение всех требуемых для захоронения условий – большая редкость, и именно поэтому, на мой взгляд, мы лишены возможности пронаблюдать в каменной летописи Земли всю нескончаемую череду переходных форм от одного известного организма к другому. Другая причина заключается в том, что даже в наше время еще не все доступные разрезы изучены, а огромные площади распространения тех или иных пород скрыты под более молодым осадочным чехлом. Однако, с каждым годом палеонтологи мира свершают все новые и новые открытия, которые приоткрываю нам завесу тайны переходных форм. Так, в последнее время было открыто большое количество оперенных меловых динозавров из семейства дромеозаврид. В Китае и Монголии найдены остатки не только мелких юрких оперенных хищников, но и отпечатки перьев полуторатонного хищного динозавра. В прочем нельзя сказать, что эти открытия упрощают картину эволюции органического мира. До сих пор идут споры о том, какое место в эволюционном ряде рептилий и птиц занимают покрытые перьями динозавры. Ряд исследователей связывает их с современными птицами напрямую или косвенно, однако, на мой взгляд, более правдоподобна точка зрения сотрудника ПИН РАН д.б.н. Курочкина, который считает, что оперение независимо развилось у достаточно далеких друг от друга групп животных и является скорее конвергентным сходством, нежели подтверждением происхождения птиц от мелких динозавров. Решающим фактом, как мне кажется, здесь является кардинальное различие строения тазового пояса птиц и динозавров. Дело в том, что пернатые динозавры-тероподы относятся к заурихиям, имеющим рептилийное строение тазовых костей. Среди птицетазовых динозавров оперенных особей пока не обнаружено. Я разделяю точку зрения Курочкина о том, что общий предок динозавров и птиц жил в раннем триасе, а возможно и еще древнее – в перми. По всей видимости, оперенные динозавры являлись совершенно отдельной оригинальной группой рептилий, полностью исчезнувших с лица Земли в самом конце мезозойской эры.

Несмотря на редкость встречаемости переходных форм, практически целые их цепочки все же встречаются. Одним из наиболее детально изученных последовательностей ископаемых форм считается ряд аммонитов рода Kosmoceras, обнаруженный в верхнеюрских оксфордских глинах (Питерборо, Англия). Эти отложения общей мощностью 1300 см откладывались на протяжении 1,5 млн. лет (примерно 1 м за 115 тыс. лет). Всего в этой группе слоев обнаружены многие сотни аммонитов, относящиеся к 2-3 эволюционным стволам и 24 формам. В данном случае мы видим переходные формы между различными видами. Можно также привести пример с бореальными устрицами севера Сибири. В разрезах пограничных юрско-меловых отложений рек Боярка, Большая Романиха и Дябака-Тари встречаются два достаточно четко морфологически обособленных друг от друга вида устриц – Liostrea praeanabarensis (волжский ярус) и Liostrea anabarensis (бериасский ярус). Однако в выборках устриц из популяций как первого, так и второго вида встречается ощутимое количество представителей переходных форм (пример из личной практики), наглядно показывающих происхождение более поздних L. anabarensis от L. praeanabarensis.

«Есть еще подобное же затруднение, еще более серьезное. Это то обстоятельство, что виды, принадлежащие к различным главным отделам животного царства, внезапно появляются в самых нижних из известных нам пород с ископаемыми остатками. Большая часть аргументов, которые привели меня к убеждению, что все ныне существующие виды одной и той же группы произошли от одного прародителя, применимы с одинаковой силой и к древнейшим известным нам видам. Нельзя, например, сомневаться в том, что все кембрийские и силурийские трилобиты произошли от одного какого-нибудь ракообразного, которое должно было существовать задолго до кембрийского периода и которое, вероятно, сильно отличалось от всех известных нам видов животных. Некоторые из наиболее древних животных, например Lingula, Nautilus и др., мало отличаются от нынешних видов, и, согласно с нашей теорией, нельзя предположить, чтобы эти древние виды были прародителями всех относящихся к нашим группам видов, которые появились в последствии, так как они ни в какой степени не являются промежуточными между ними по своим признакам.

Следовательно, если эта теория верна, не может быть сомнения в том, что прежде, чем отложился самый нижний кембрийский слой, прошли продолжительные или, вероятно, еще более продолжительные периоды, чем весь промежуток между кембрийским периодом и нашими днями, и что в продолжение этих огромных периодов мир изобиловал живыми существами. Здесь мы встречаемся с серьезным возражением, так как кажется сомнительным, чтобы Земля существовала достаточно продолжительное время в состоянии благоприятном для обитания на ней живых существ. Сэр У.Томпсон приходит к заключению, что отвердение земной коры едва ли могло произойти менее, чем за 20 и более чем за 400 миллионов лет назад и произошло, вероятно, не меньше чем за 98 и не больше чем за 200 миллионов лет. Эти очень широкие пределы показывают, насколько сомнительны самые данные, и возможно, что в решение этой проблемы будут введены и другие элементы. М-р Кроль полагает, что около 60 миллионов лет протекло со времени кембрийского периода, но это, судя по малому изменению органических форм со времени начала ледниковой эпохи, кажется очень коротким временем для тех многих и значительных изменений жизни, которые, несомненно, произошли со времени кембрийской формации, и предшествовавшие этому 140 миллионов лет едва ли можно признать достаточными для развития разнообразных форм жизни, которые уже существовали в кембрийский период…

На вопрос, почему мы не находим богатых ископаемыми отложений, относящихся к этим предполагаемым древнейшим периодам, предшествовавшим кембрийской системе, я не могу дать удовлетворительного ответа. Некоторые выдающиеся геологи с сэром Р.Мурчисоном во главе, были до последнего времени убеждены, что мы видим в органических остатках самого нижнего силурийского слоя первую зарю жизни. Другие высоко компетентные судьи, как Лайелль и Э.Форбс, оспаривали такое мнение. Тем не менее, трудность подыскать какое-нибудь подходящее объяснение отсутствию мощных скоплений слоев, богатых ископаемыми ниже кембрийской системы все-таки весьма велика. Кажется маловероятным, чтобы самые древние слои были совершенно разрушены денудацией или чтобы их ископаемые были совершенно уничтожены процессом метаморфизма, потому что, если бы это было так, мы имели бы только незначительные остатки формаций, непосредственно следующими за ними по возрасту, и они всегда оказывались отчасти бы в метаморфизованном состоянии. Однако имеющиеся у нас описания силурийских отложений на обширных территориях в России и в Северной Америке не подтверждают предположения о том, что чем древнее формация, тем более она подверглась процессам денудации и метаморфизма».

Здесь научная мудрость Дарвина поистине удивляет. Не менее удивляет и то, что Дарвин, не будучи профессиональным геологом, гораздо ближе и точнее предвидел будущее объяснение загадки. Поражает и то, как Дарвин с помощью своей теории, являющейся совершенно новой для своего времени, обошел геологов и в вопросе о возрасте Земли. Теория эволюция вместе с палеонтологией творит чудеса!

Действительно, современные методы изотопной геохронологии показали, что возраст Земли далеко превышает отведенные ей сэром Томпсоном 400 миллионов лет и достигает более чем 4,5 млрд. лет. Прав оказался Дарвин и в том, что время от рождения Земли до кембрия составляло в разы больше времени между кембрием и нашими днями. По современным данным нижняя граница кембрийского периода располагается во временном промежутке 540-535 млн. лет назад, таким образом, докембрийская история планеты насчитывает чуть менее 4 млрд. лет.

Прав был Чарльз Дарвин и в том, что в будущем найдутся методы, позволившие проникнуть в глубины древнейшей истории Земли и в том, что в докембрийские времена существовало множество различных организмов, совершенно не похожих на какие-либо ранее известные. Палеонтология докембрия в настоящее время является передовым направлением современной палеонтологии, перед которым стоит еще множество нерешенных задач. Зародившаяся в середине ХХ века эта ветвь палеонтологии уже дала нам массу ответов на ранее совершенно не решаемые вопросы. Открытие представителей мягкотелой вендской макробиоты произвело революцию в современной палеонтологии. Миру были представлены совершенно ни на что не похожие крупные организмы с совершенно иным типом симметрии. У одних это билатеральная симметрия со смещением (сприггина, дикинсония), у других – трехлучевая симметрия (род трибрахидиум, вендоконулярия, иланкерус). Некоторые организмы достигали величин до 1 м. Однако до сих пор ведутся споры о систематическом положении этих организмов, их образе жизни и филогенетическом родстве с кембрийской скелетной фауной. Существует точка зрения о связи кембрийской биоты с вендской. Так, некоторые исследователи считают сприггину примитивным предком трилобитов, другие же считают, что прямой связи между кембрийскими и вендскими организмами нет, а вся вендская биота вымерла, не оставив после себя потомков. Исследования затрудняет то обстоятельство, что вендские организмы не имели скелета, и по этой причине сохранялись крайне редко. Установить связь между кембрийскими и докембрийскими организмами предстоит современным ученым, которые продолжают исследования по докембрийской биоте. Огромный вклад в это дело вносят российские ученые, некоторые из которых являются ведущими мировыми специалистами (Гражданкин, ИНГГ СО РАН, Федонкин, ПИН РАН). Получить ответы на многие вопросы о древнейшей жизни Земли помогает и другое передовое течение палонтологии – микробиальная палеонтология. Современные методы исследования, такие, например, как электронно-сканирующая микроскопия, во многом помогают приоткрыть завесу тайны. Так, в настоящее время уже обнаружены следы бактериальной жизни в архейских и протерозойских породах – древнейших осадочных породах Земли (следы микробиальной жизни обнаружены в породах массива Исуа, Гренландия, возраст около 4 млрд. лет). Сине-зеленые водоросли вовсю процветали в рифее, оставляя после себя рифовые постройки – строматолиты.

Интереснейшее событие в истории жизни Земли – кембрийский взрыв – внезапное возникновение скелетной фауны, практически одновременное появление всех современных таксонов животного царства. Современные гипотезы объясняют это событие резким изменением химического состава среды обитания. Накопление достаточного количества кислорода в воде вследствие жизнедеятельности автотрофного яруса позволило организмам начать строить карбонатный скелет, что и произвело революцию в эволюции биосферы Земли. Здесь современная концепция эволюции биосферы отходит от теории Дарвина. Дарвин уделял главенствующую роль в эволюции организменным взаимоотношениям – естественному отбору, современные теории эволюции биосферы отводят эту роль на ранних этапах истории Земли геохимическим факторам. Однако, Дарвин конечно же не мог высказывать подобные предположения из-за отсутствия каких-либо методов, позволявших проникнуть в древнюю историю Земли и появившихся только в середине прошлого столетия.

В современной концепции эволюции биосферы роль геохимических факторов является главенствующей вплоть до ордовика, когда организмы приспосабливались к условиям окружающей среды, а не к отношениям между собой. В ордовике произошла экосистемная революция, когда стали существовать главные современные экологические ниши мелководья морей. Если в кембрии все гетеротрофные организмы были в основном бентосными детритофагами и илоедами (трилобиты), то в ордовике появились организмы -фильтраторы (брахиоподы), рифообразующие организмы (примитивные кораллы), активные нектонные хищные организмы (наутилоидеи, примитивные рыбы), появился первый зоопланктон (граптолиты, фораминиферы). Начиная с конца ордовика в эволюции организмов главным фактором становится борьба за экологические ниши – то есть на полную мощность начинает работать теория естественного отбора Чарльза Дарвина.

Следует также отметить, что в настоящее время существует гипотеза зарождения хемотрофной жизни в областях гидротермальных источников срединно-океанических хребтов (альтернативная эволюция). Однако современные исследования экосистем черных курильщиков показывают, что эволюция коренных их обитателей далеко не продвинулась – кроме хемосинтезирующих бактерий и трубкообразных прикрепленных хемотрофных организмов других не существует. Остальные же представители экосистем гидротермальных источников, такие как рыбы, ракообразные, моллюски эволюционировали из форм, занесенных из пелагиали океана. Однако следует отметить, что биопродуктивность экосистем такого типа огромна. В заключении геологических глав Чарльз Дарвин пишет: «Я пытался показать, что геологическая летопись в высшей степени неполна; только небольшая часть земного шара тщательно исследована геологами; только некоторые классы органических существ в изобилии сохранились в ископаемом состоянии; число как экземпляров, так и видов, сохраняющихся в наших музеях, совершенно ничтожно по сравнению с числом поколений, сменявших друг друга в продолжение одной формации; так как опускание является почти необходимым условием для накопления осадков, богатых разнообразными ископаемыми видами и достаточно мощных, чтобы противостоять будущему разрушению, то между нашими последовательными формациями должны были протекать большие промежутки времени; вымирание должно было преобладать в периоды опускания, а вариации – в периоды поднятия и что памятники последних периодов сохранились менее полно; каждая отдельная формация не отлагалась непрерывно; продолжительность каждой формации, вероятно, коротка сравнительно со средней продолжительностью видовых форм; миграции играли важную роль в первом появлении новых форм в какой-нибудь области и формации; широко распространены те виды, которые наиболее часто изменялись и наиболее часто давали начало новым видам; разновидности первоначально были локальными; и, наконец, хотя каждый вид и должен был пройти через многочисленные переходные стадии, периоды, в продолжение которых каждый вид подвергался модификации, хотя и многочисленные, и продолжительные, если измерять их годами, были, вероятно, непродолжительны по сравнению с теми периодами, в течение которых каждый вид оставался в неизменном состоянии. Эти причины, вместе взятые, в значительной мере объясняют, почему мы, хотя и находим многие звенья, все-таки не находим тех бесчисленных разновидностей, которые связывали бы вместе незаметными градуальными шагами все вымершие и существующие формы. Следует также постоянно иметь в виду, что могущая нам встретиться связующая разновидность между двумя формами может быть сочтена за новый и самостоятельный вид, если только не удалось восстановить всю цепь переходов, потому что нельзя утверждать, будто у нас есть надежный критерий, по которому можно различать виды от разновидностей.

Кто не согласится признать неполноту геологической летописи, тот вправе отвергнуть и всю мою теорию…»

В основных выводах Дарвина по геологическим главам можно увидеть начала таких наук как палеобиогеография, седиментология, в некоторой степени автор коснулся даже геодинамики. Все это говорит об обширнейшем кругозоре великого исследователя и энциклопедическом складе ума. Многие из проблем, обозначенных в заключении, не решены до настоящего времени. До сих пор для многих организмов существует проблема отнесения к тому или иному виду. Особенно это актуально для организмов, имеющих высокую степень изученности, таких, например, как устрицы. В настоящее время, к сожалению, не существует единой, всеми признаваемой систематики устричных моллюсков, что сильно усложняет таксономические исследования. Наоборот, исследователи, занимающиеся этой проблемой, создают либо свою систематику, либо изменяют уже существующую, таким образом усложняя уже имеющиеся данные.

Затронув вопросы миграции организмов из центра их происхождения и возможные пути переселения в геологическом прошлом, Дарвин, таким образом, формирует один из важных принципов палеобиогеографии актуальный до настоящего времени.

«Происхождение видов путем естественного отбора» – труд, без которого не могла бы существовать такая необходимая для геологии ветвь как биостратиграфия. Все основные принципы биостратиграфии в той или иной мере основаны на теории эволюции Дарвина. Здесь стоит отметить, что, несмотря на развитие в XX веке такого важного метода как изотопная геохронология, биостратиграфия определяет возраст наиболее точно. Без теории эволюции биостратиграфия не могла бы осуществлять и коррелятивную функцию. Вклад в геологию Дарвин также внес, предложив теорию образования атоллов и связав их образование с деятельностью кораллов на вулканических островах.

Если отвлечься от геологии и связанных с ней научных дисциплин, то огромным достижением Дарвина следует считать заложение антропологии. Восхищение вызывает смелость Дарвина, опубликовавшего эволюционную теорию происхождения человека во времена господства теологии. На мой взгляд, это следует считать одним из крупнейших его достижений.

Литература

http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/05_04/DYNO.HTM

Fedonkin, M.A. Vendian faunas and the early evolution of Metazoa // Origin and early evolution of the. — New: Plenum, 1992.

Курочкин Е.Н. // Четырехкрылый динозавр и происхождение птиц.Природа. Москва, 2004.

Еськов К.Ю. Удивительная палеонтология: История Земли и жизни на ней. — Москва: Издательство НЦ ЭНАС, 2007. — 540 с. — (О чем умолчали учебники)