Эти азойские, или архейские, пласты покрывают другие, также очень древние и эрозивные, но в которых уже содержатся признаки жизни. Следы этих древнейших организмов очень просты: это либо остатки простейших растений - водорослей, либо отпечатки, напоминающие след червеобразного существа в морском иле. Этот второй слой отложений получил название протерозойского (протерозой - эпоха начала жизни). Он образует достаточно долгий период в истории мира.
Выше протерозойских отложений идет третий уровень, в котором можно обнаружить уже значительное количество и разнообразие следов живых организмов. Здесь появляются признаки панцирных рыб, крабов и подобных им ползающих существ, червей, водорослей и так далее, а затем большое разнообразие рыб и первых наземных растений и животных. Эта геологическая эпоха называется палеозоем (древняя жизнь), за время которой жизнь постепенно распространялась и развивалась в морях нашей планеты, а затем вышла на сушу.
В нижнем палеозое наибольшее распространение получили так называемые трилобиты. Они ползали по морскому дну, как большие морские улитки. Настоящими властителями морей того времени были ракоскорпионы (эвриптериды), представители их отдельных видов достигали в длину трех метров. Они представляли собой наивысший уровень развития ранней жизни. Во множестве водились также различные панцирные рыбы и брахиоподы (плеченогие моллюски).
Но не разнообразие форм жизни поражает наше воображение. В те времена не было ничего, что могло бы бегать, летать или хотя бы плавать сравнительно быстро и умело. Если не принимать во внимание размеры некоторых существ, жизнь той поры походила на ту, которую можно наблюдать сейчас под микроскопом в капле воды, взятой из любой летней лужицы, - и была, пожалуй, даже менее разнообразна.
Такой была жизнь морского мелководья в раннем палеозое, продолжавшемся несколько сотен миллионов лет. Суша в тот период, по всей очевидности, была пустынной - мы не находим ни следов, ни признаков наземной жизни. Все живое в те дни проводило свою жизнь, либо большую ее часть, под водой. На протяжении немыслимо долгих веков это и была вся земная жизнь, а до этого времени еще миллионы и миллионы лет наша огненная и безжизненная планета вращалась в пространстве.
Между эпохой образования этих нижнепалеозойских пород, эпохой господства морских скорпионов и трилобитов, и нашим временем - неисчислимые века, которые представлены слоями и напластованиями осадочных пород. Первыми идут слои верхнего палеозоя, а над ними геологи различают еще два значительных уровня. Следом за палеозоем идет мезозой (средняя жизнь), второй обширный слой отложений, в котором также находят ископаемые остатки. Этот период продолжался около сотни миллионов, более быстрых, чем наши, лет, от которых до нас дошло Удивительное множество окаменелых остатков и костей ископаемых рептилий, о чем вскоре пойдет речь. А над ними находятся геологические отложения, принадлежащие эпохе, называемой кайнозоем (новая жизнь). Это - третий великий том в истории жизни, том неоконченный. Его последняя страница писалась уже в совершенно недавнее время, буквально "вчера", когда "вчерашние" реки смывали во "вчерашние" моря пыль и песок, под которыми оказались погребены кости, чешуя и тела, ставшие сегодняшними окаменелостями.
Следы и окаменелости в породах, как и сами породы, являются историческим документом. Их можно назвать Летописью Окаменелостей, но не следует забывать, что в этой летописи нет никакого намека на организованность и порядок. Это лишь следы того, что происходило в прошлом. Если мы достаточно разумны, то сумеем прочитать эти следы.
Доступные нам породы не похожи на страницы библиотечной книги, они разорваны, разбросаны, рассеяны в разные стороны, исковерканы, словно небрежно построенный дом после того, как он последовательно пережил бомбардировку, вражеское нашествие, потоп, землетрясение и пожар. И так они пролежали долгие века под ногами у ничего не подозревающих людей. Ископаемые остатки древних животных были известны ионийским грекам в VI в. до н. э., о них спорили в Александрии в III в. до н. э. Эратосфен и другие ученые. Итог этой дискуссии подвел в своей "Географии" Страбон (64 до н. э. - 24 н. э.).
Об окаменелых остатках неведомых существ знал латинский поэт Овидий, считая, что это были первые неуклюжие попытки творческой силы. На них обращали внимание арабские писатели X в. Леонардо да Винчи, живший совсем недавно, в начале XVI в. (1452–1519), был одним из первых европейцев, кто догадался о подлинном значении окаменелостей. И только в последние полтора столетия человек начал серьезно и последовательно работать над разгадкой этих ранних страниц истории своего мира, так долго находившихся в забвении.
В предыдущем разделе мы не дали четкого определения, что же такое жизнь. Пожалуй, стоит просто перечислить некоторые общие сведения об этом явлении, которое завоевывало себе место в теплых водах и приливном иле раннего палеозоя и которое, возможно, во всей бесконечности космоса можно встретить только на нашей планете.
Представители живой природы в наши дни поразительно отличаются друг от друга, однако все живые существа прошлого и настоящего обладают определенной силой роста, все живые существа нуждаются в питании, все живые существа движутся, когда они растут и питаются, хотя это движение может быть не более чем распространение корней в почве или ветвей в воздухе.
Более того, живые существа размножаются, они дают начало другим подобным существам, либо вырастая и затем разделяясь, либо с помощью спор, семян или яиц, или другими способами размножения. Воспроизводство себе подобных - это тоже одна из неотъемлемых характеристик жизни.
После того как особь какое-то время живет и производит потомство, она стареет и умирает.
Это происходит в силу определенной необходимости. Для жизни существуют такие же природные ограничения, как и для роста, и это относится как к животным, так и к растениям. Однако это не применимо к тем объектам, которые мы называем неживыми. Неживые предметы, например кристаллы, тоже растут, однако у них нет установленных пределов роста или величины, они не могут самостоятельно двигаться, и внутри у них отсутствует обмен веществ. Кристаллы, однажды сформировавшись, могут сохраняться без изменений миллионы лет. У неживых предметов также отсутствует размножение.
Рост, умирание и воспроизводство живых существ приводят к удивительным последствиям. Молодые особи, которых производят на свет живые существа - или сразу, или после некоторых промежуточных стадий и изменений (таких, как превращение гусеницы в бабочку), - становятся похожи на своих родителей. Однако они никогда не повторяют в точности родителей или друг друга, всегда есть небольшие отличия, которые мы называем индивидуальными признаками. Тысяча бабочек может дать в этом году значительное потомство, на следующий год их будет еще больше. Они могут казаться нам в точности такими же, как и их предшественники, но у каждой из них будет свое небольшое отличие.
Нам тяжело заметить индивидуальные отличия у бабочек, поскольку мы обычно не наблюдаем за ними очень уж пристально. Иное дело с людьми. Все мужчины и женщины на свете произошли от мужчин и женщин, живших в 1800 г., но ни один из нас не повторяет в точности кого-либо из этого ушедшего поколения.
То, что справедливо по отношению к людям и бабочкам, справедливо и по отношению к любому другому типу живых существ - как животных, так и растений. В каждом поколении каждого биологического вида проявляются свои индивидуальные особенности. Это не менее справедливо и по отношению ко всем тем крошечным существам, которыми кишели археозойские и протерозойские моря, и к современному человеку.
Каждый из видов живых существ постоянно умирает и снова возрождается во множестве новых особей.
Рассмотрим, что должно произойти с только что родившимся поколением живых существ какого-либо из видов. Некоторые из особей будут сильнее или определенным образом приспособленное к жизни, чем остальные, которые окажутся слабыми и менее жизнеспособными.
На длительность жизни отдельного организма может оказать влияние любая случайность или выгодное совпадение обстоятельств. Однако в целом более приспособленные особи будут жить, развиваться и производить потомство, обгоняя более слабых. Те, в свою очередь, окажутся менее приспособленными добывать пищу, отбиваться от врагов и выживать в трудных условиях. И так в каждом поколении будет происходить своеобразный отсев, отбор самых слабых и неприспособленных в пользу сильных и приспособленных. Этот процесс называется естественным отбором или выживанием более приспособленных.
Из самого факта, что живые существа растут, питаются и умирают, следует, что все виды, до тех пор, пока условия их существования остаются неизменными, с каждым новым поколением все больше и больше приспосабливаются к этим условиям.
На деле же природные условия никогда не остаются неизменными и все живые существа постоянно оказываются в чем-то неприспособленными. Адаптация к новым условиям всегда бывает в чем-то неполной, а иногда она оказывается слишком неполной. Однако в критическом положении на помощь живым существам приходит способность к резкому проявлению новых признаков, новых особенностей в их строении и функционировании, которая называется мутацией, в том числе возникновению особенностей более значительных, чем обычные индивидуальные различия.
Эти мутации могут затруднять борьбу за выживание, или помогать в этой борьбе, или вообще не влиять на дальнейшую судьбу организма. В первом случае они отбрасываются естественным отбором, во втором - приветствуются и сохраняются, в последнем случае они могут сохраниться внутри вида, не принося ни пользы, ни вреда, как результат непроизвольного искажения.
Сама по себе мутация кажется процессом совершенно случайным, действующим наугад. Она может оказаться своевременным ответом на необходимость, может быть бесцельным и тупиковым вариантом развития или абсурдным отклонением. В последнем случае она создает "монстра", который погибает. В первом же случае такая мутация распространяется на весь вид.
Представим, к примеру, маленькое животное со светло-коричневым мехом, живущее в очень холодной местности, к тому же почти всегда покрытой снегом. Те из особей, у кого окажется самый плотный и самый белый мех, будут меньше всего страдать от холода, наименее заметны для врагов и сами не будут на виду во время охоты. Каждая мутация в этом направлении будет полезной. Мех этих особей будет уплотняться и становиться белее с каждым новым поколением, пока не станет наиболее подходящим для данных условий.
Теперь представим, что климат изменился, в этой местности стало теплее, снег исчез. Белые зверьки станут отчетливо видны большую часть года, а густой мех в новых условиях - только помеха. Теперь в преимущественном положении окажутся те из них, у которых более темная окраска и менее густой мех, а самые белые и пушистые окажутся в затруднительном положении. Каждая благоприятная мутация будет подхватываться и закрепляться в процессе естественного отбора весь этот неблагоприятный период.
Если это изменение климата наступит слишком быстро и не случится никакой благоприятной мутации, особи этого вида могут быть истреблены. Но если мутация окажется полезной и хватит времени, чтобы она могла широко распространиться, эти животные смогут пережить трудное время и адаптироваться, поколение за поколением, к новым условиям. Этот процесс приспособления к меняющимся условиям называется изменчивостью видов.
Вернемся к нашему примеру. Возможно, что эта перемена климата не затронет всей территории, на которой обитает данный вид, скажем, произойдет на одной стороне обширного морского залива или горной гряды, или любой подобной естественной преграды, и не случится на другой. Какое-нибудь теплое океаническое течение наподобие Гольфстрима может изменить направление, неся с собой тепло только на одну сторону такого барьера, оставляя другую по-прежнему холодной. Тогда с холодной стороны у животных одного вида мех будет становиться, по возможности, все более густым и белым, тогда как с другой стороны мех у того же вида животных будет изменяться в сторону более коричневой окраски и меньшей густоты.
Одновременно с этим будут происходить и другие видоизменения, например, появление различий в строении лапы, потому что одним животным - представителям этого вида - придется разгребать лапами снег в поисках пищи, в то время как другие большую часть года будут бегать по голой земле. Скорее всего разница в климате повлечет за собой отличия в питании, что в свою очередь отразится на зубах и пищеварительных органах этих животных. Кроме того, могут измениться вслед за изменением меха потовые и сальные железы, а это повлияет на строение выделительных органов и всего обменного процесса в организме.
И так - во всем строении организма. Может наступить момент, когда два отдельных представителя прежде единого вида будут настолько непохожи друг на друга, что их со всей определенностью можно будет отнести к разным видам. И причина этому - накопление индивидуальных и мутационных признаков. Подобное ветвление видов на протяжении нескольких поколений на два вида или более называется разделением видов.
В том юном мире, когда пылающее солнце поднималось и садилось за треть нынешнего дня, когда теплые моря огромными приливами накатывались на песчаные и илистые берега каменистых земель, а воздух был плотным от испарений и облаков, ранняя жизнь неизбежно должна была видоизменяться, и появление новых видов происходило с большой скоростью. Жизнь, вероятно, была такой же быстрой и короткой, как те дни и годы. Новые поколения, отсеваемые естественным отбором, чередовались друг с другом в более высоком темпе, чем в нашу эпоху.
У людей естественный отбор происходит значительно медленнее, чем у любого другого существа. Чтобы вырасти и обзавестись потомством, среднему западноевропейцу требуется двадцать и более лет. В животном мире в большинстве случаев потомство появляется уже через год после рождения и даже менее. Однако у простейших живых организмов, которые появились в первобытных морях, рост и размножение были делом нескольких коротких часов или даже нескольких коротких минут. Соответственно видоизменение и разделение видов также было исключительно быстрым. Жизнь уже успела сложиться во множестве разнообразных форм к тому моменту, когда она смогла оставить первые следы на ископаемых породах.
Летопись окаменелостей, таким образом, не начинается с какой-либо группы тесно связанных форм, от которой произошли все последующие существующие формы живых существ. Она берет свое начало в Море, в котором уже представлены почти все основные деления животного царства. Растения уже в то время были растениями, а животные - животными.
Брахиоподы, которые питались в основном той же пищей, что и современные мидии и устрицы, уже успели обзавестись панцирем; огромные водяные ракоскорпионы ползали среди водорослей; прятались, спасаясь от опасности, в свои раковины трилобиты. В те древние времена прибрежная тина так же кишела инфузориями и другой микроскопической живностью, как и любая нынешняя лужа. В океане, как и сейчас, обитало великое множество крошечных прозрачных, зачастую фосфоресцирующих живых существ.
Но суша за линией приливов по-прежнему оставалась каменистой пустыней без каких-либо признаков жизни.
Глава третья
Жизнь и климат
1. Жизнь и вода: водные растения.
2. Появление наземных животных.
3. Почему жизнь должна постоянно изменяться
1
Повсюду, куда доходила береговая линия, была жизнь, и эта жизнь продолжалась в воде, около воды и с водой - ее домом, ее средой обитания и основополагающей потребностью.
Первичные формы жизни, студенистые и незащищенные, погибали, оказавшись вне воды, как высыхает и погибает медуза, выброшенная волной на пляж. Высыхание в те дни было фатальной угрозой для жизни, от которой поначалу у нее не было защиты. Но в мире дождевых заводей, мелководья и приливов любые отклонения и проявления изменчивости, которые помогали организму продержаться на время отлива или пересыхания водоема и сохранить жидкость в своей структуре, сохранялись и усиливались с течением времени. В те времена в любой момент живые существа рисковали быть выброшенными на берег или оказаться в пересыхающем водоеме. Но, с другой стороны, им приходилось держаться поблизости от берегов и отмелей, потому что им необходим был воздух (конечно, растворенный в воде) и свет.
Без воды ни одно живое существо не может дышать, не может переваривать пишу. Мы говорим, что для дыхания необходим воздух, но в действительности для дыхания всему живому необходим кислород, растворенный в воде. Воздух, которым мы с вами дышим, сначала должен раствориться в жидкости внутри наших легких; также и пища, которую мы съедаем, прежде разжижается, а затем усваивается. Водные животные, которые всегда живут в воде, дышат посредством свободного колебания открытых жабр, которыми они извлекают воздух, растворенный в этой воде.
Но животное, которое в любой момент может оказаться вне воды, должно каким-то образом защитить свое тело и дыхательный орган от пересыхания. Прежде чем морские водоросли смогли выбраться из раннепалеозойских морей на приливную линию побережья, им пришлось создать более плотный внешний покров для сохранения жидкости. Прежде чем предок ракоскорпиона смог выжить, оказавшись на берегу после отлива, ему пришлось приобрести свой защитный панцирь. Трилобиты же обзавелись плотной оболочкой и научились сворачиваться в первую очередь для защиты от пересыхания и уж потом - друг от друга и от врагов. И когда вскоре (как мы заметим, поднимаясь вверх по напластованиям палеозойских отложений) появились рыбы - первые из позвоночных животных, некоторые из них уже успели приспособиться к риску временно оказаться на суше, защитив свои жабры жаберными покрышками и обзаведясь примитивным плавательным пузырем.
В это же время водоросли и другие растения, которые пытались адаптироваться к приливной среде, также подбирались и к области более яркого света. Свет для растений имеет первостепенную важность. Любое изменение в их строении, которое удерживало и направляло бы их к свету вместо того, чтобы во время прилива бесформенным комком катиться обратно в воду, было бы огромным преимуществом. И мы обнаруживаем, что у растений начинают появляться корневая система и волокнистая структура, а затем и древесная кора.
Ранние растения размножались спорами, которые выпускались в воду, разносились водой и могли прорастать только под водой. Они, подобно большинству современных низших растений, были привязаны условиями своего жизненного цикла к водной среде. Но и здесь огромную выгоду принесло появление у спор защитной оболочки, предохранявшей их от пересыхания. Теперь растения могли размножаться в воздушной среде, не рассевая споры непосредственно в воду. Как только эта способность закрепилась у растений, они расстались с мелководьем и начали освоение суши, купаясь в солнечном свете, далеко от морских штормов и волнений.