Древние динозавры и испытание астероидом

 

Когда я учился во втором классе, наша учительница г‑жа Макгонагл, зачитывая отрывки из большой и увесистой книги, объясняла нам, почему вымерли древние динозавры. В то время, по‑видимому, лучшей идеей относительно причины их гибели было появление млекопитающих. Наши предки каким‑то образом завладели всеми пищевыми ресурсами динозавров или просто съели все их яйца. Даже будучи очень юным, я мог бы сказать, что сама госпожа Макгонагл к такому объяснению явно не склонялась. Я и сам с легкостью представлял себе анкилозавра, рыщущего в поисках какого‑нибудь фрукта на завтрак, который незаметно для самого себя одной левой ногой втаптывает в землю целую семью древних кроликов. Видимо, главной идеей подобной теории было послание о неуязвимости человека к вымиранию, ведь в результате мы явно оказались в победившей команде. Но миссис Макгонагл определенно полагала, что эта идея просто не разумна, и я с ней в этом согласен.

Сегодня мы знаем гораздо больше о вымирании древних динозавров. Мы знаем, что они не были эволюционной ошибкой; неудачные случаи адаптации отсеиваются довольно быстро, а динозавры оставались в истории земли на протяжении примерно 160 млн лет (история человечества недотягивает и до одной тысячной этого срока). Мы знаем, что массовые вымирания являются результатом глобальных изменений окружающей среды. И теперь у нас есть убедительные доказательства того, что древних динозавров выживали с планеты особо экстремальные изменения: не стаи оголодавших млекопитающих, а череда продолжительных и ядовитых вулканических извержений и в придачу к ним гигантский огненный камень, свалившийся прямо с неба.

Давайте повнимательнее посмотрим на астероид, который упал на Землю в конце мелового периода. Десятикилометровый камень может показаться не таким уж страшным, если сопоставить его с нашей планетой, диаметр которой составляет целых 13 тысяч километров. Правда, двигался он, вероятно, со скоростью около 20 километров в секунду, что составляет около 72 000 км/час. При таких скоростях астероид получает энергию тысячи миллиардов (триллиона) тонн в тротиловом эквиваленте. Такие масштабы даже трудно вообразить. Скорее всего, осколки от этого астероида взлетели вверх, в атмосферу, очутившись на высоте 200 тысяч километров – это половина расстояния до Луны. Наша планета была окружена облаком раскаленных камней на протяжении нескольких дней или даже недель. Часть этих осколков осталась в воздухе и продолжала заслонять собой Солнце. Некоторые рухнули вниз, вызывая обширные возгорания на Земле. Морские организмы просто заживо сварились. И древние динозавры либо погибали прямо там, где падали эти осколки, либо спасались, но потом уже не могли найти себе пропитания. А наши далекие‑предалекие предки в это время сидели себе в пещерах и норах, вот так‑то!

Мы во многим схожи с теми дремучими предками. У нас тоже есть волосы. Мы тоже дышим воздухом. Наши женщины выкармливают потомство своим молоком. У нас четыре конечности, на каждой – по пяти отростков, у нас стереоскопическое зрение. Чему тут не нравиться?.. И все это не только благодаря довольно крупному астероиду, расчистившему путь для нас с вами… но также благодаря тому, что мы не столкнулись с другим астероидом, который мог стать для нас таким же адским испытанием.

Обращая свой стереоскопический взгляд в ночное небо, мы часто задаемся вопросом, одни ли мы в космосе. Если кто‑то утверждает, будто ни разу не думал об этом, то он определенно лжет. Каждый хоть раз задавал себе этот фундаментальный вопрос. Как вам такой вариант: может быть, мы никогда не слышали о ком‑то или чем‑то из другого мира, о какой‑то другой цивилизации, потому что живым существам где‑то в далеком космосе просто не удалось пройти испытание астероидом.

Нам с вами посчастливилось жить на планете с большой Луной. Когда‑то, после целого ряда всемирных конфликтов, у нас появились две сверхдержавы. В результате ужасного террористического акта один из лидеров этих держав был убит, а его стратегия по освоению Луны превратилась в одну из генеральных политических линий, заставившую представителей нашего вида начать создание глобальных космических программ. В результате, если появится астероид, который сможет снова разрушить доминирующую форму жизни, эта доминирующая форма (мы с вами) будет готова так или иначе дать отпор этой каменной или ледяной глыбе.

У нас есть технологии для предотвращения еще одного массового вымирания. Мы могли бы как следует наподдать приближающемуся астероиду, и жизнь продолжала бы идти своим чередом. В настоящий момент в разработке находится целый ряд соответствующих технологий. Мы могли бы протаранить астероид ракетой, прикрепить ракету к нему или перенаправить его с помощью бомбы. При достаточном количестве топлива мы смогли бы изменить его траекторию с помощью массивного космического корабля. В Планетарном обществе мы рассматриваем вариант изменения траектории астероида с помощью лазера, работающего на аккумулированной солнечной энергии. Древние динозавры не могли сделать ничего подобного – насколько мы знаем. А мы можем.

Конечно, это размышления в стиле научной фантастики. Но я хочу подчеркнуть, что это далеко не бредовые идеи. Все это вполне обоснованно, хоть и звучит необычно. В результате изучения эволюции и стремлений узнать о том, откуда мы все появились, мы вышли на след этого космического гиганта‑разрушителя. Это часть научного процесса, и он предлагает нам узнать нечто важное о том, как мы развивались, что в результате может помочь нам всем выжить.

Столкновение с астероидом по всем научным подсчетам является единственным предотвратимым стихийным бедствием. Так что, мои коллеги‑земляне, давайте займемся делом и позаботимся о том, чтобы мы больше никогда не получили такого удара.

 

Прерывистое равновесие

 

Если вы еще не были в национальном парке Зайон, то я настоятельно рекомендую там побывать и посетить песчаные каньоны, где перед вами, слой за слоем, словно страницы в книге, раскрывается вся история Земли. Если вы хотите побольше узнать о том, как исчезали старые виды и появлялись новые, – это место отлично подойдет для вас. Местный пейзаж гипнотизирует – словно завороженный ты стоишь и пытаешься подсчитать количество геологических слоев. Слои формации охватывают промежуток от конца пермского периода и до раннего мелового периода. Это порядка 200 млн лет. Если посмотреть внимательно, слои здесь сложены, словно листы бумаги в лотке ксерокса; только эта кипа достигает тысячи метров в высоту.

Когда я смотрел на эти слои в 1997 году, во время съемок «Научного парня», у меня было особое ощущение, будто история Земли – это постоянный труд. Каждый тончайший слой казался уложенным в соответствии с особой системой. Ветер переносил песчинки, формируя огромные дюны. Время от времени все намокало. Время от времени все высыхало. Когда почва была влажной, кальцит – CaCO₃(карбонат кальция) и гематит – Fe₂O₃ (оксид железа, также известен как ржавчина) растворялись в древних водах и цементировали песчинки, укладывая их плотными слоями. Ржавчина давала красивые красные тона. Эта сцена буквально завораживала всю съемочную группу и меня стройным ритмом узоров в песчаных отложениях.

Я не единственный, кто пережил подобные ощущения. Чарлз Лайель, известный геолог XIX века, испытывал схожие чувства. Natura non facit saltum (лат.) – природа не делает скачков – общепризнанная мудрость того времени, и вера в равномерное формирование геологической истории называлась униформизмом. К его чести, Лайель понимал, с каким объемом времени он имел дело. Ведь, по сути, это гораздо больше, чем вы думаете. Большинство из нас даже представить себе такого не может.

Униформизм поразил Дарвина, будучи одним из путей развития природы, геологическим либо каким‑нибудь иным. Он и его современники полагали, что виды появлялись медленно, но неуклонно, и так продолжалось с начала времен. Но действительно ли это так? Оказывается, это очень важный вопрос, необходимый для понимания того, откуда берутся новые виды, с его помощью можно совместить древние ископаемые свидетельства и современные генетические доказательства и провести идеи Дарвина в XXI век.

Изучая все окаменелости, которые только можно было найти, Дарвин и многие более поздние ученые столкнулись с настоящей загадкой. Оказалось, что многие виды животных и растений исчезли. Не хватало очень важных окаменелостей – например, останков древних видов птиц, разных переходных форм. Недостающие окаменелости Дарвин назвал «наиболее очевидным и тягчайшим возражением, которое можно выдвинуть против моей теории…». Это был головоломка, решить которую желали многие ученые, но она оставалась неразгаданной в течение долгого времени. Изысканность решения этой задачи и по сей день сбивает с толку миллионы людей. Креационисты и несведущие люди по всему миру продолжают сомневаться по поводу эволюции, отчасти из‑за озабоченности по поводу недостающих окаменелостей, которая еще тогда владела Дарвином и другими исследователями XIX века.

Одной из проблем была нехватка информации. По сравнению с сегодняшним днем во времена Дарвина было гораздо меньше ископаемых, доступных для изучения. Доступные нам музеи и обширные коллекции тогда еще не существовали. Не было экономических возможностей делиться экземплярами, которые были на тот момент у ученых, не было передачи электронных изображений на портативных экранах и т. д. Большинство окаменелостей, обнаружение которых исследователи прогнозировали на основании своих исследований, еще не были найдены. Это особенно верно в отношении ископаемых останков, которые должны были соединить людей с предком, общим для нас и человекообразных обезьян, бонобо и шимпанзе. Эта единственная гипотетическая окаменелость получила название «недостающего звена». Я хорошо помню, как в детстве неуклюжих, неграмотных или некультурных сверстников называли «недостающим звеном». Мои родители называли одного из приятелей моей старшей сестры «недостающим звеном». Они считали, что в качестве жениха он ей не подходил. Хотя я уверен, что он был человеком, как и каждый из нас, а не «недостающим звеном» палеонтологической летописи. С другой стороны, мой бывший начальник…

На протяжении десятилетий с момента публикаций Дарвина полевые геологи и палеонтологи стали находить в раскопках тысячи и тысячи ископаемых. Они обнаружили удивительное количество останков древних динозавров, огромное многообразие вымерших млекопитающих и бесчисленное множество окаменелостей морских существ. Всего лишь через два года после того, как Дарвин выразил свою озабоченность по поводу недостающих окаменелостей, в Германии, например, была обнаружена знаменитая окаменелость птицеподобного археоптерикса, и это лишь один из примеров. Позднее охотники за ископаемыми смогли обнаружить целый спектр человеческих предков, в том числе сахелонтропа, который на самом деле мог быть общим для человека и шимпанзе предком. Каждого из них можно считать уже найденным «недостающим звеном».

Вопрос о «недостающих звеньях» сохранился главным образом у людей, которые верили (и даже сейчас верят), будто возраст Земли не превышает десяти тысяч лет и что люди уникальны и не имеют никакой связи с древними предками какого‑либо из миллиарда организмов, существовавших до нас. Необоснованно утверждая, будто никакой переходной формы между обезьяной и человеком не существовало, они вводят в заблуждение огромное количество умов.

Даже после обнаружения так называемого недостающего звена одна из самых больших загадок, волновавших Дарвина, осталась неразгаданной. Во всяком случае, заполнение палеонтологической летописи вызывало в нем все большую озабоченность. Во‑первых, казалось, что новые виды появляются в геологической летописи слишком быстро. Размышляя на эту тему, Дарвин писал: «Почему же тогда каждая геологическая формация и каждый слой не наполнены такими промежуточными звеньями…?» Во‑вторых, как только вид укоренялся, он и его потомки укоренялись и в летописи окаменелостей – их останки занимали слои в горных породах, в совокупности соответствующие довольно приличным промежуткам времени. Одни лишь трилобиты выживали в различных перевоплощениях в течение более чем 250 млн лет. Та к или иначе, эволюционные изменения, казалось, происходили очень быстро, но в то же время и очень медленно.

Чтобы понять смысл такого парадокса, необходимо объединить самые современные знания о новых экосистемах с изучением существ, которые жили в далекой древности. Конечно, было непросто заставить говорить каждого из них. Как писал мой коллега и друг Дон Протеро, «в то же время систематики (биологи, изучающие наименования и отношения организмов) были заняты описанием новых видов, но мало думали об эволюционных последствиях своей работы. У них просто не было общей нити, и, казалось, не будет никакого способа показать, что дарвиновский естественный отбор совместим с генетикой, палеонтологией и систематикой».

Эта задача была блестяще решена в 1972 году двумя начинающими (но в настоящее время очень хорошо известными) эволюционными биологами: Нильсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом. Они провели убедительные анализы огромного количества ископаемых и пришли к выводу, что, хотя у нас есть очень много окаменелостей, которые демонстрируют длинные ветви потомков, удивляет отсутствие окаменелостей, которые могли бы связать некоторые из этих ветвей с другими линиями. По‑прежнему не было понятно, как именно динозавры стали тем, кого мы считаем современными птицами, хотя в целом курс этой эволюции был ясен. Точно так же не было ясно, как рыба в конечном итоге смогла научиться ходить по земле, или как наземные животные пошли обратным путем и в конечном итоге стали плавать – например, дышащие киты или улыбающиеся дельфины. Некоторые важные трансформации, казалось, происходили так быстро, что просто тонули меж строк (или цифровых битов) палеонтологической летописи. Именно это Элдридж и Гулд намеревались объяснить с помощью удивительно новаторского подхода к идеям Дарвина.

Вы, возможно, слышали определение, которое они придумали для этого феномена: «прерывистое равновесие». Я повстречал Стивена Джея Гулда на небольшом групповом ужине и могу засвидетельствовать, что он имел чертовски отменный словарный запас. Наряду со своим владением английским языком, он, казалось, практически свободно разговаривал на латыни. В любом случае прерывистое равновесие – это характеристика механизма воспроизводства видов. Кто‑то типа меня мог бы назвать это «изоляцией видообразования» или «формированием генетического острова». Для меня это может звучать как: «Все в порядке, пока вода в ручье не поднялась». То есть, говоря по‑биллнайски, «если вода в ручье поднимется, популяция может оказаться в изоляции на генетическом острове» (биллнайская речь подразумевает под собой слова и выражения, сформулированные Биллом Найем).

Какой бы термин вы ни использовали, важно знать, что ответ на загадки Дарвина заключается в размере популяций – в частности, небольших изолированных популяций. Дарвин описывал, как один вид порождает новый. Именно так было в отношении знаменитых «дарвиновских» вьюрков с Галапагосских островов. Важно отойти от униформистского понимания мира, чтобы понять механизм этих процессов. Когда небольшая группа организмов оказывается в изоляции (в изолированном районе леса, на другом берегу ручья, и т. д.), некоторые особи обнаруживают тенденцию к образованию новых видов. В пределах немногочисленной группы любая мутация распространяется быстрее, а успешная мутация выбивается в лидеры.

С момента публикации статьи Гулда и Элдриджа в 1972 году было проведено множество исследований как с реальными популяциями, так и с математическими моделями. Результаты объясняли, почему эволюция может казаться одновременно быстрой и медленной: она действительно и быстрая, и медленная. Большие популяции имеют тенденцию к сохранению своего состояния с генетической точки зрения. Как говорят палеонтологи, большие популяции склонны к застою. Небольшие же, наоборот, могут быстро превращаться в новые виды. Теперь, когда вы прочли такое объяснение, я надеюсь, вы ответите что‑то вроде: «Ну да, это же очевидно…» Сегодня, в начале XXI века то же самое можно выразить всего лишь одним слогом, произнесенным с тенью сарказма «Н‑да…». Судя по всему, это произошло от «Ну, да…» Но тем не менее не забывайте, что многим людям, жившим сто или около того лет назад, это совершенно не казалось очевидным.

Все это имеет огромное значение в контексте всех предыдущих переломов в эволюционном мышлении и в контексте псевдонаучных идей о естественной истории Земли, внушаемых креационистами молодому поколению. Прерывистое равновесие объясняет нехватку очень многих переходных форм в собраниях окаменелостей, хранящихся в научных институтах по всему миру. Представьте себе цепочку островов (Галапагосы), которые образуют архипелаг у западного побережья Тихого океана, – там, где сейчас находится Эквадор. Любая сильная буря может буквально смыть с материка некоторых животных и забросить их на эти острова (позже я расскажу еще кое‑что на эту тему). Эти острова расположены достаточно близко к материку для того, чтобы большая волна или ветер могли перенести сюда организмы, но они слишком далеко для того, чтобы эти животные и их потомки имели возможность встречаться со своими континентальными родственниками уже после того, как они очутились на острове. Их популяции становятся изолированными. Эволюционные биологи часто используют термин «аллопатрические», от греческого словосочетания, означающего «другое отечество» или «другая родина».

По сравнению с материковыми птицами островные вьюрки образуют довольно немногочисленное племя, точнее, стаю. Если одному из них посчастливится вылупиться с клювом, который будет чуть более удобным при раскалывании орехов, чем клюв соседа, то это даст везунчику шанс на более сытую и привольную жизнь. Очень важно здесь то, что гены, отвечающие за появление более удобного клюва, в этой популяции в процентном соотношении будут составлять большую часть генофонда, чем если бы они встретились в многочисленной материковой популяции. Соответственно, гены потомков счастливчика, обладающих модифицированными клювами, также составят большую часть генофонда на этом острове. Как я уже сказал, это кажется очевидным, как только вы узнаете ответ. Наглядно мы можем пронаблюдать эти процессы на математических моделях. В них мы можем ускорить процесс эволюции посредством электронной компьютерной симуляции. Сразу же в глаза бросается эффект прерывистого равновесия. Это причина, почему мы просто не можем увидеть многие из переходных форм. Их, по сути, значительно меньше, а изменения происходят быстро. Очень немногие из этих промежуточных организмов сохранились до нашего времени, чтобы мы могли найти их, спустя миллионы лет после их исчезновения.

Если небольшая популяция получает хотя бы небольшое преимущество, то может получить и большее. Поскольку популяция, о которой мы ведем речь, оказывается изолированной, она может развить достаточно заметные отличия от своего родового племени или стаи, и в результате ее представители утратят способность успешного размножения с партнерами из прежней компании. Эти представители станут новым, отдельным видом. Если посмотреть на окаменелости особей, принадлежащих к довольно большой группе организмов, мы не сможем увидеть свидетельства промежуточных изменений, поскольку для такого количества представителей их было слишком мало. Осознав механизм формирования генетических островов и прерывистого равновесия, едва ли можно допустить, что все могло происходить иначе. Недостаток «недостающих звеньев» на самом деле является очередным доказательством эволюции. Это именно то, что мы ожидаем найти в природе. Будь палеонтологическая летопись идеальной – вот это была бы загадка!

Кстати, покуда я пишу здесь о несовершенстве палеонтологической летописи, имейте в виду, что это несовершенство с каждым часом становится все менее и менее несовершенным. Каждую неделю или около того палеонтологи открывают новое удивительное животное, обнаруживая его останки, заточенные в скалах. Недавно произошло открытие окаменелости двух с половиной метровой многоножки карбонового периода, то есть жившей около 300 млн лет назад. Окаменелость достаточно хорошо сохранилась, так что исследователи могут увидеть, что это животное было вегетарианцем – об этом свидетельствует его очень длинный кишечный тракт, а точнее, его отпечаток в фрагменте скалы. Я был в Государственном парке Эшфол в Небраске и видел семена, сохранившиеся в желудках двухтонных, давно вымерших северо‑американских носорогов. Мы продолжаем искать новые окаменелости, чтобы узнать больше о нашем прошлом, но у нас уже есть достаточное количество информации – и мы работаем с ней.

До этого момента я в основном говорил об изменениях (ну ведь это самое интересное…), однако застой – это также одна из важнейших характеристик эволюции. Популяции в экосистемах, как правило, стремятся оставаться в равновесии. Действительно, почему бы и нет? Если они остаются в одной местности и получают то же самое количество солнечного света и продовольственных ресурсов в течение многих лет, то их представители рождаются и умирают, но при этом общая картина остается примерно одинаковой. Время от времени можно услышать термин «живое ископаемое». Даже я использую это словосочетание. Несмотря на то что значение этого выражения мне нравится, само оно по сути совершенно бессмысленно. Ископаемое – это то, что откопали. Если организм жив, стало быть, он не может быть мертв и закопан… Тем не менее такое выражение является употребительным и, скорее всего, обозначает организмы, в течение долгого, долгого геологического или эволюционного времени остававшиеся неизменными.

Вы наверняка видели, а может быть, у вас даже есть раковина моллюска наутилус. Эти замечательные морские существа по мере своего роста выстраивают все новые камеры своей раковины, которые в результате образуют логарифмическую спираль. У них есть то, что мы могли бы назвать камерой обскура для глаза. И это было у них последние 500 млн лет. Животные, живущие сегодня, не могут быть ископаемыми. Но ведь они точно такие же, как и их предки, которые вымерли. Возможно, вы видели изображения целаканта. Эта рыба считалась вымершей. У исследователей были только ее окаменелые останки, пока в 1939 году у южного побережья Африки не была обнаружена популяция, живущая так, как жили их предки в течение последних 65 млн лет. Кстати, наутилус и целакант находятся под угрозой исчезновения – и все из‑за человека. Мы убиваем их ради ракушек и нашего любопытства. Мы действительно рискуем в ближайшее время превратить этих живых животных в мертвые ископаемые, а это весьма удручающее и безнадежное состояние.

Для таких существ, как наутилус и целакант, жизнь без изменений, происходящих от поколения к поколению, служит свидетельством неизменности условий существования, которое сохраняется на протяжении длительного времени. Эти животные продолжают накапливать мутации в генах, но стабильность окружающей среды не дает преимущества этим изменениям. И совсем не случайно эти животные обитают в океане. Именно в океане шансы на статичность окружающей среды гораздо выше; по крайней мере, так и было до того, как появились люди. Вы наверняка не раз использовали выражение «экологический баланс», или «равновесие в природе». Но когда речь идет о крупных изменениях – скажем, по соседству произошло извержение вулкана или огромная буря снесла вас в море, и вам повезло очутиться на необитаемом острове, – популяции становятся изолированными. Вот тогда все происходит быстро.

Я жил на северо‑западном побережье Тихого океана довольно долго. Я до сих пор частенько туда приезжаю. Один только запах вызывает во мне прилив воодушевления, не говоря уже об альпийских просторах и плодородных бухтах и заливах. Так вот в какой‑то момент в отношении одной птицы, не представлявшей особой экономической и какой‑либо иной ценности для людей, намеревавшихся спилить старинные деревья и пустить их на пиломатериалы, велись ожесточенные споры. Предки этих птиц долгое время жили в хвойных лесах и питались полевками и мышами. Затем появились люди и начали как оголтелые рубить деревья. Людям нужна была древесина для постройки домов и разных сооружений. Старый строевой лес – это лучшие пиломатериалы из всех возможных. Бревна получаются гладкие, мелкозернистые, с небольшими выщерблинами. Они великолепны с эстетической стороны и идеально подходят для строительства крепких домов – достаточно плотные, чтобы противостоять сильным ветрам и в то же время вполне эластичны, чтобы сохранить конструкцию во время мощных землетрясений.

Итак, если вы одна из пятнистых сов, Strixoccidentaliscaurina, то для вас это плохая новость… Кое‑кто хочет уничтожить ваш дом. Вам либо придется смириться с этим и продолжать размножаться, приспосабливаясь к новым условиям, либо вас ждет вымирание, которое действительно очень скоро постигнет северо‑западную пятнистую сову. Мы меняем окружающую среду по всему миру. Мы меняем климат Земли. Мы провоцируем вымирания огромного числа видов. Вглядываясь в толщу веков, мы, конечно, можем предположить, что на освободившиеся места придут новые виды, но только появляться они будут в масштабах геологического времени. А мы – единственное животное, которое может предотвратить эти быстрые изменения.

Популяции живых организмов, как правило, стремятся сохранять равновесие, но экосистема и так работает с горящим табло «Внимание, опасность!»; на некоторых представителях и популяциях уже можно ставить точку. Это может очень быстро изменить привычное положение вещей. История эволюции – это история равновесий, прерываемых большими изменениями. Нам очень важно минимизировать эти «точки», сохранив «бессоюзное повествование» жизни, ради всех живых существ, которые пока не настолько эволюционировали, чтобы самим влиять на сохранность и здоровье мира – нашего и наших потомков.