ПАЛЕОНТОЛОГИЯ

Древняя биосфера развивалась без кислорода. Появление скелетной фауны

ПОЧЕМУ «НЕВИДИМКАМ» ПРИШЛОСЬ ПРИОДЕТЬСЯ

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. Тогда стоит ли уделять столько внимания ничтожным ракушкам, названия и приметы которых известны только специалистам? Такой вопрос иногда задают те самые люди, которые с уважением и интересом читают заметки об открытии новых элементарных частиц.

Увы! Мы еще не привыкли к тому, что ракушки и букашки могут нести не меньше информации о великих событиях в мире, чем потоки нейтронов. Не привыкли и к тому, что события прошлого Земли касаются нас ближе, чем вспышки сверхновых звезд и «черные дыры» Вселенной. «Великая скелетная революция» кембрия несомненно была таким событием.

С самого начала ученых насторожила повсеместность и одновременность появления скелетной фауны. Настолько насторожила, что многие из них потратили годы и десятилетия жизни, чтобы доказать обратное: не было никакой революции, все происходило постепенно и разные группы скелетных организмов возникали в свое время и на своем месте. Такая реакция понятна, ведь новые факты угрожали сложившимся уже представлениям о равномерном развитии живой природы. А сложились такие представления не только из векового опыта биологии, но и под влиянием той картины мира, которую рисует нам физика.

В физическом микромире события происходят мгновенно и случайно — именно так перескакивают с орбиты на орбиту электроны в квантовой модели атома. Но к макромиру это отношения не имеет. Земля, планеты и само Солнце, состоящие из таких атомов, равномерно движутся по своим извечным путям. Разумеется, ни о каких случайных скачках тут не может быть и речи. Примерно так же рассуждают и биологи. Пусть в микромире эволюции, то есть в молекулах наследственного вещества ДНК, скачкообразно происходят элементарные случайные процессы — мутации. Но большинство из них уравновешивается и не проявляется в развитии организма. А те, что остались, вышли на поверхность как новые признаки, вовлекаясь в медленный и равномерный процесс приспособления и отбора. В длительном ходе эволюции жизни не предполагалось резких скачков.

Как это ни странно, так думал и Владимир Иванович Вернадский, подаривший миру науки одну из самых революционных идей — идею самой большой биологической системы — биосферы. Он доказал, что живая оболочка Земли (в это понятие он включал совокупность всех организмов) обладает огромной геохимической мощью, превосходящей мощь всех остальных геологических процессов. Но эта сила оставалась, по его мнению, постоянной с начала времен. Она не возрастала, не убывала, не менялась в своих проявлениях, как бы не менялись организмы, составляющие биосферу.

И вот всему этому противоречили факты, добытые собирателями раковин. Сходные 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».

Были перебраны почти все гипотезы, которыми пытались объяснить и более поздние революционные ситуации, возникавшие в биосфере Земли. Тут и вспышка сверхновой звезды, вызвавшая массовые мутации, и возможный старт Луны из недр Тихого океана, повлекший за собой появление отливов и приливов. Во внезапной круговерти воды бесскелетным пришлось бы туго. Для объяснения использовалась и возможность усиления гравитационного поля Земли.

Но у всех этих остроумных догадок имелись одни и те же общие недостатки. Те из них, которые можно было проверить, не соответствовали фактам, а те, что проверить нельзя, бесполезны для науки.

Вполне строгого объяснения «скелетной революции» нет и сейчас. Но большинство ученых сходятся во мнении, что причиной изменения жизни на границе кембрия была сама жизнь. Не внешний толчок, а законы внутреннего развития биосферы.

В первобытном океане не было кислорода. Значит, первые живые существа не могли жить так, как современные нам животные, потому что они не могли окислять пищу. А ведь окисление — сегодня главный источник энергии для живых существ. Древним животным этот способ не годился. Они сбраживали органические вещества — так, как сбраживают сегодня сахар хорошо всем знакомые дрожжи. Для этого кислорода не нужно, зато энергия получается в 10 раз меньше, чем при нормальном окислении.

Первыми к кислородному дыханию перешли водоросли. Они же стали первыми зелеными растениями на Земле. Они не только поглощали кислород при дыхании, но и выделяли его в воду как продукт процесса фотосинтеза. Однако насыщение воды кислородом шло очень медленно. Ведь воды в океанах громадное количество, а тут еще многие вещества, как органические, так и неорганические, начали активно вступать в реакции с кислородом.

Жесткое ультрафиолетовое излучение не позволяло растениям жить на поверхности океана. Им приходилось держаться на глубине не меньше 10 метров. Там мало света, а значит, мало и кислорода. Поэтому растения еще не могли как следует развернуть свою созидательную работу. В этих условиях животным не было смысла переходить на потребление дефицитного кислорода. Ведь гораздо проще сбраживать вещества, накопленные растениями. Выходит, что на Земле существовали две формы жизни, и обе они были маломощными. Растениям не хватало света, а животным — кислорода. Они все делали медленнее, чем теперь: медленно двигались и росли, медленно размножались. Жизнь текла словно замедленные кадры кинофильма. Морские осадки докембрия накапливались в десять раз медленнее, чем в кембрии. Так продолжалось до начала кембрия.

По мнению геологов, большинство древнейших осадочных пород могло образоваться только в бескислородных условиях.

Перелом готовился долго, а произошел быстро. Когда содержание кислорода достигло одного процента от современного, в атмосфере возник надежный озоновый экран, закрывший дорогу самым опасным ультрафиолетовым лучам. Теперь ничто не мешало растениям подняться к самой поверхности воды, где света в сотни раз больше, и вырабатывать кислород в любых количествах. Так возник «кислородный бум». Жить и преуспевать стали кислородолюбивые организмы. А любителям брожения пришлось уйти глубоко на дно, в толщу ила.

Теперь, в кембрии, кислородная энергетика стала всеобщим достоянием. Все био- и геохимические процессы пошли в десятки раз быстрее.

Отсюда видно, что равномерная жизнь биосферы порой срывается, как стрела с натянутой тетивы лука, от совсем ничтожных причин. Что осталось от бескислородных существ, которые прожили одну вечность и намеревались прожить другую? Ну, например, дрожжи… А ведь началось все с одного ничтожного процента кислорода!

Отсюда видно, что к биосфере надо относиться бережно. Планеты действительно движутся без скачков. Но звезды и галактики иногда взрываются. В этом биосфера похожа на звезду.

Ну, а при чем же здесь скелеты? Да при том, что их строительство как раз и требует большого расхода энергии. В кембрии же, как мы говорили, значительно ускорились все био- и геохимические процессы, и многие животные поначалу просто не успевали избавиться от избытка минеральных солей и органических полимеров. Так возник скелет. Он стал как бы неизбежным приложением к новой жизни. Но очень скоро выяснилось, что скелет — это, как говорится, «надежно, выгодно и удобно». Эволюция животного мира подхватила новинку и пустила ее на конвейер отбора и приспособления.