Превращённые в камень
Теперь, откуда мы знаем, на что наши отдалённые предки были похожи, и откуда мы знаем, когда они жили? В основном из окаменелостей. Все фотографии наших предков в этой главе реконструированы на основе ископаемых, но раскрашены благодаря сравнению их с современными животными.
Окаменелости сделаны из камня. Это камни, которые приняли формы мёртвых животных или растений. Большинство животных погибает без надежды превратиться в окаменелость. Весь фокус в том, что если вы хотите быть ископаемым, то вы должны похоронить себя в подходящей грязи или иле, которые могли бы, в конечном счёте, затвердеть в форме «осадочных пород».
Что это значит? Породы, бывают трёх видов: магматические, осадочные и метаморфические. Я не буду принимать в расчёт метаморфические породы, так как они изначально были одним из двух других видов, магматическими или осадочными, и были изменены давлением и/или теплом. Магматические породы (от латинского «огонь», Ignis) когда‑то были расплавленными, как лава, которая сегодня выходит из извергающегося вулкана, и застывает в твёрдые породы, когда охлаждается. Твёрдые породы, любого вида, истираются (‘разрушаются’) ветром или водой, превращаясь в камни, гальку, песок и пыль. Песок или пыль, взвешенные в воде, могут оседать в слои осадочных пород или грязи на дне моря, озера или реки. За очень долгое время отложения могут затвердеть, создавая слои (или 'страты') осадочных пород. Хотя все страты возникают как плоские и горизонтальные, они часто становятся наклонными, перевёрнутыми или деформированными к тому времени, когда мы видим их миллионы лет спустя (как это происходит, см. Главу 10 о землетрясениях).
Теперь представьте, что мёртвое животное оказывается в грязи, скажем, в устье реки. Если грязь позже затвердеет и станет осадочной породой, тело животного может сгнить, оставив в затвердевшем камне полый отпечаток своей формы, которую мы, в конечном итоге, находим. Это одна из разновидностей ископаемых — своего рода «негативный» отпечаток животного. Или полый отпечаток может выступить в качестве формы, в которую оседают новые отложения, позже затвердевая, чтобы сформировать 'позитивную' точную копию поверхности тела животного. Это второй вид окаменелостей. И есть третий вид ископаемых, где атомы и молекулы тела животного, один за другим, заменены атомами и молекулами минералов, находящихся в воде, которые впоследствии кристаллизуются, формируя камень. Это лучший вид ископаемых, потому что, если повезёт, полностью воспроизводятся мелкие детали внутренностей животного, прямо в середине окаменелости.
Окаменелости даже могут быть датированы. Мы можем сказать, сколько им лет, в основном путём измерения радиоактивных изотопов в камне. Мы узнаем, что такое изотопы и атомы, в Главе 4. Вкратце, радиоактивный изотоп — это своего рода атом, который, распадаясь, превращается в другой вид атома: например, атом, называемый уран-238, превращается в атом, называемый свинец-206. Поскольку мы знаем, сколько времени это занимает, мы можем представить себе изотоп как о радиоактивные часы. Радиоактивные часы довольно похожи на водяные и свечные часы, которые люди использовали во времена до изобретения маятниковых часов. Вода из резервуара с отверстием в основании будет вытекать с известной скоростью. Если бак был заполнен на рассвете, вы можете сказать, какая часть дня прошла, измеряя имеющийся уровень воды. То же самое со свечными часами. Свеча горит с постоянной скоростью, так что вы можете сказать, как долго она горела, измеряя, сколько свечи осталось. В случае с изотопными часами, мы знаем, что требуется 4,5 миллиарда лет, чтобы половина урана-238 распалась на свинец-206. Это называется «периодом полураспада» урана-238. Таким образом, измеряя, сколько свинца-206 находится в камне, по сравнению с количеством урана-238, можно вычислить его возраст, так как изначально свинца-206 не было вообще, только уран-238: другими словами, часы были «обнулены».
И когда часы обнуляются? Что ж, это происходит только с магматическими породами, чьи часы обнуляются в момент, когда расплавленная порода застывает, становясь твёрдой. Это не работает с осадочными породами, которые не имеют такого «нулевого момента», и это печально, потому что окаменелости встречаются только в осадочных породах. Поэтому мы должны найти магматические породы рядом с осадочными слоями и использовать их в качестве наших часов. Например, если окаменелость находится в осадке со 120–миллионолетней магматической породой выше неё и 130–миллионолетней магматической породой ниже неё, вы знаете, что окаменелость датируются где‑то между 120 000 000 и 130 миллионами лет назад. Так получены все даты, которые я упоминаю в этой главе. Все даты приблизительны и не должны восприниматься как слишком уж точные.
Уран-238 — не единственный радиоактивный изотоп, который мы можем использовать в качестве часов. Существует множество других, с удивительно широким спектром периодов полураспада. Например, углерод-14 имеет период полураспада, составляющий всего 5,730 лет, что делает его полезным для археологов, изучающих историю человечества. Это прекрасный факт, что многие различные радиоактивные часы имеют перекрывающиеся шкалы времени, поэтому мы можем использовать их для проверки друг друга. И они всегда согласуются.
Часы углерода-14 работают не так, как остальные. Они не связаны с магматическими породами, а используют непосредственно останки живых организмов, например, старую древесину. Это одни из наших самых быстро идущих радиоактивных часов, но 5 730 лет — все же гораздо дольше, чем человеческая жизнь, поэтому вы можете спросить, откуда мы знаем о периоде полураспада углерода-14, не говоря уже о том, откуда мы знаем, что 4,5 миллиарда лет является периодом полураспада урана-238! Ответ прост. Нам не нужно ждать, пока половина атомов распадается. Мы можем измерить скорость распада лишь малой доли атомов и рассчитать полураспад (четверть распада, сотая часть распада и т. д.) исходя из этого.
Поездка в прошлое
Давайте проведём ещё один мысленный эксперимент. Возьмите несколько друзей и войдите в машину времени. Запустите двигатель и вернитесь на десять тысяч лет назад. Откройте дверь и взгляните на людей, которых вы встретите. Если вам случится высадиться там, где сейчас Ирак, они будут находиться в процессе изобретения земледелия. В большинстве большинстве других мест они будут 'охотниками — собирателями', передвигающимися с места на место, охотящимися на диких животных и собирающими дикие ягоды, орехи и корни. Вы не сможете понять, что они говорят, и они будут носить совсем другую одежду (если будут). Тем не менее, если одеть их в современную одежду и постричь их по — современному, они будут неотличимы от современных людей (или не больше отличаться от некоторых современных людей, чем люди отличаются друг от друга сегодня). И они будут вполне способны к скрещиванию с любым из современных людей на борту вашей машины времени.
Теперь, возьмите одного добровольца из их числа (возможно, вашего прапрадеда в 400 поколении, потому что это — приблизительное время, когда он, мог жить) и снова отправьтесь в вашей машине времени назад ещё на десять тысяч лет: до двадцати тысяч лет тому назад, где у вас есть шанс встретить ваших прародителей в 800 поколении. На этот раз все люди, которых вы увидите, будут охотниками — собирателями, но, снова же, их тела будут такими же, как у современных людей, и снова же, они будут вполне способны к межвидовому скрещиванию с современными людьми и производству плодовитого потомства. Возьмите одного из них с собой в машину времени и отправьтесь ещё на десять тысяч лет в прошлое. Продолжайте делать это, прыгая назад с интервалом в десять тысяч лет, на каждой остановке беря новых пассажиров и перевозя их в прошлое.
Дело в том, что в конечном итоге, после долгих десяти тысяч лет перелётов, возможно, когда вы углубитесь на миллионы лет в прошлое, вы начнёте в прошлое, вы начнёте замечать, что люди, которых вы встречаете, когда выходите из машины времени, безусловно, отличаются от нас, и не могут скрещиваться с теми, кто сел с вами в самом начале вашего пути. Но они будут способны к скрещиванию с последними подсевшими пассажирами, почти столь же древним, как они сами.
Я сейчас подчёркиваю ту же мысль, что и раньше — о постепенных изменениях, незаметных, как при движении часовой стрелки — но используя другой мысленный эксперимент. Это стоит объяснить двумя различными способами, потому что это настолько важно и до сих пор — вполне понятно — столь трудно для понимания для некоторых людей.
Давайте продолжим наше путешествие в прошлое и посмотрим на некоторые из станций на пути к этой прекрасной рыбе. Предположим, мы только что прибыли в нашей машине времени на станцию, помеченную как «Шесть миллионов лет назад». Что же мы там найдём? Если мы удостоверимся, что пребываем в Африке, мы встретим наших прародителей в 250 000 поколении (плюс — минус несколько поколений). Они будут человекообразными обезьянами, и они, возможно, будут выглядеть как шимпанзе. Но они не будут шимпанзе. Вместо этого, они будут нашими общими предками с шимпанзе. Они будут слишком отличаться от нас, чтобы спариваться с нами, и слишком отличаться от шимпанзе, чтобы спариваться с ними. Но они будут способны спариваться с пассажирами, которых мы взяли на борт на станции «Пять миллионов девятьсот девяносто тысяч лет назад». И, вероятно, на станции «Пять миллионов девятьсот тысяч лет назад» тоже. Но, вероятно, не с теми, кто присоединился к нам на станции «Четыре миллиона лет назад».
Я сейчас подчёркиваю ту же мысль, что и раньше — о постепенных изменениях, незаметных, как при движении часовой стрелки — но используя другой мысленный эксперимент. Это стоит объяснить двумя различными способами, потому что это настолько важно и до сих пор — вполне понятно — столь трудно для понимания для некоторых людей.
Давайте продолжим наше путешествие в прошлое и посмотрим на некоторые из станций на пути к этой прекрасной рыбе. Предположим, мы только что прибыли в нашей машине времени на станцию, помеченную как «Шесть миллионов лет назад». Что же мы там найдём? Если мы удостоверимся, что пребываем в Африке, мы встретим наших прародителей в 250 000 поколении (плюс — минус несколько поколений). Они будут человекообразными обезьянами, и они, возможно, будут выглядеть как шимпанзе. Но они не будут шимпанзе. Вместо этого, они будут нашими общими предками с шимпанзе. Они будут слишком отличаться от нас, чтобы спариваться с нами, и слишком отличаться от шимпанзе, чтобы спариваться с ними. Но они будут способны спариваться с пассажирами, которых мы взяли на борт на станции «Пять миллионов девятьсот девяносто тысяч лет назад». И, вероятно, на станции «Пять миллионов девятьсот тысяч лет назад» тоже. Но, вероятно, не с теми, кто присоединился к нам на станции «Четыре миллиона лет назад».
Давайте продолжим наши десятитысячелетние прыжки назад до станции «Двадцать пять миллионов лет назад». Там мы найдём, ваших (и моих) прародителей в полуторамиллионном поколении — по приблизительным оценкам. Они не будут человекообразными обезьянами, поскольку у них будут хвосты. Мы назвали бы их обезьянами, если бы встретили их сегодня, хотя они связаны не более близким родством с современными обезьянами, чем они с нами. Хотя они весьма отличаются от нас и неспособны спариваться с нами или с современными обезьянами, они будут успешно спариваться с почти идентичными пассажирами, присоединившимися к нам на Станции «Двадцать четыре миллиона девятьсот девяносто тысяч лет назад». Постепенное, постепенное изменение, на всем пути.
Продолжаем двигаться назад и назад на десять тысяч лет за раз, не обнаруживая заметных изменений на каждой остановке. Давайте остановимся, чтобы посмотреть, кто встречает нас, когда мы достигнем станции «Шестьдесят три миллиона лет назад». Здесь мы можем пожать руки (лапы?) нашим прародителям в семимиллионном поколении. Они выглядят примерно как лемуры или галаговые (семейство лориобразных приматов), и они действительно являются предками всех современных лемуров и галаговых, а также предками современных обезьян, включая нас. Они связаны столь же близким родством с современными людьми, как и с современным обезьянами, и более близким с современными лемурами или галаговыми. Они не были бы способны спариваться с любыми современными животными. Но они, вероятно, могли бы спариваться с пассажирами, которых мы подобрали на станции «Шестьдесят два миллиона девятьсот девяносто тысяч лет назад».
Давайте поприветствуем их на борту машины времени и двинемся дальше.
На станции «Сто пять миллионов лет назад», мы увидим нашего прародителя в 45–миллионном поколении. Он также является прапредком всех современных млекопитающих, за исключением сумчатых (в настоящее время обитающих в основном в Австралии, а также в Америке) и однопроходных (утконосы и ехидны, обнаруженные сегодня только в Австралии/Новой Гвинее). На рисунке он показан с его любимой пищей, насекомым, во рту. Он связан одинаково близким родством со всеми современными млекопитающими, хотя может быть немного больше похожим на одних, чем на других.
Станция «Триста десять миллионов лет назад» знакомит нас с нашей прапрабабушкой в 170–миллионном поколении. Она является прапредком всех современных млекопитающих, всех современных рептилий — змей, ящериц, черепах, крокодилов — и всех динозавров (в том числе птиц, потому что птицы происходят из числа динозавров). Она связана одинаково отдалённым родством со всеми современными животными, хотя больше похожа на ящерицу. Это означает, что ящерицы изменились меньше с того времени, чем, скажем, млекопитающие.
Опытным путешественникам во времени, какими мы являемся в данный момент, осталось не так далеко до рыбы, упоминавшейся ранее. Давайте сделаем ещё одну остановку в пути: на станции «Триста сорок миллионов лет назад», где мы встретимся с нашим прапрадедом в 175–миллионном поколении. Он выглядит как тритон и является прапредком всех современных земноводных (тритонов и лягушек), а также всех других наземных позвоночных.
И так до станции «Четыреста семнадцать миллионов лет назад» и вашего прапрадеда в 185–миллионном поколении, рыбы. Оттуда мы можем идти ещё дальше назад во времени, встречая более отдалённых прародителей, включая различные разновидности рыб с челюстями, потом без челюстей, затем… что ж, затем наши знания начинают скрываться в своего рода тумане неуверенности, поскольку это очень древние времена, в которых начинают исчерпываться окаменелости.
ДНК говорит нам, что мы все родственники
Хотя нам может не хватать окаменелостей, чтобы сказать точно, на что были похожи наши очень древние предки, у нас нет абсолютно никаких сомнений, что все живущие существа — наши родственники, и родственники друг друга. И мы также знаем, какие современные животные связаны более близким родством друг с другом (как люди и шимпанзе, или крысы и мыши), а какие являются дальними родственниками друг для друга (как люди и кукушки, или мыши и крокодилы). Откуда мы это знаем? Систематически сравнивая их. В настоящее время самые сильные свидетельства получены благодаря сравнению их ДНК.
ДНК — генетическая информация, которую все живые существа несут в каждой из своих клеток. ДНК расписана по буквам вдоль спиральных 'лент' данных, называемых 'хромосомами'. Эти хромосомы действительно очень напоминают перфоленту для старомодного компьютера, потому что информация, которую они содержат, является цифровой и нанизана на них по порядку. Они состоят из длинных последовательностей кодовых «букв», которые вы можете посчитать: каждая буква или есть, или её нет — без полумер. Вот что делает её цифровой, и почему я говорю, что ДНК «расписана по буквам».
Все гены, в каждом животном, растении и бактерии, которые когда‑либо рассматривались, кодируют сообщения о том, как построить существо, написанные стандартным алфавитом. Алфавит состоит только из четырёх букв на выбор (в отличие от 26 букв английского алфавита), которые мы пишем, как A, T, C и G. Одни и те же гены встречаются во многих различных существах, с несколькими показательными различиями. Например, есть ген FoxP2, общий для всех млекопитающих и многих других существ. Ген представляет собой строку более чем из 2000 букв. Внизу этой страницы представлен короткий отрезок из 80 букв откуда‑то из середины FoxP2 на участке от буквы номер 831 до буквы номер 910. Верхний ряд — ДНК человека, средний ряд — шимпанзе и нижний ряд — мыши. Цифры в конце нижних двух строк показывают, сколько букв во всем этом гене отличаются от букв во всем человеческом гене FoxP2.
Можно сказать, что ген FoxP2 одинаков у всех млекопитающих, потому что большинство кодовых букв одинаковы, и это верно для всего гена, а не только на протяжении 80 букв. Не совсем все буквы у шимпанзе одинаковы с нашими, и у мыши их ещё меньше. Различия выделены красным цветом. Из общего числа 2076 букв в FoxP2, у шимпанзе девять букв, отличных от наших, тогда как у мыши 139 отличающихся букв. Эта картина имеет место и для других генов. Это объясняет, почему шимпанзе очень похожи на нас, а мыши — в меньшей степени.
Шимпанзе — наши близкие родственники, мыши — наши более дальние родственники. «Дальние родственники» означает, что наш общий предок жил давным — давно. Хвостатые обезьяны нам ближе, чем мыши, но дальше от нас, чем шимпанзе. И бабуины, и макаки резус — хвостатые обезьяны, близкие родственники друг друга, и с почти идентичными генами FoxP2. Они ровно настолько далеки от шимпанзе, как и от нас, и количество букв в ДНК FoxP2, которые отделяют бабуинов от шимпанзе, почти точно такое же (24), как и количество букв, отделяющих бабуинов от нас (23). Все сходится.
И, только чтобы завершить эту небольшую мысль, лягушки — намного более дальние родственники всех млекопитающих. Все млекопитающие имеют примерно одинаковое количество букв, отличающихся от лягушки, по той простой причине, что все они — в точности одинаково близкие родственники: все млекопитающие разделяют друг с другом более позднего общего предка (около 180 миллионов лет назад), чем с лягушкой (около 340 млн. лет назад).
Но, конечно, не все люди одинаковы, и не все обезьяны, и не все мыши. Мы могли бы сравнить ваши гены с моими, буква за буквой. И каков результат? У нас, оказалось бы, ещё больше общих букв, чем у любого из нас по сравнению с шимпанзе. Но мы все ещё найдём несколько букв, которые отличаются. Не много, и нет никаких особых причин выделять ген FoxP2. Но если бы вы подсчитали количество букв, общих у людей во всех наших генах, их было было бы больше, чем каждый из нас разделяет с шимпанзе. И у вас больше общих букв с вашим родственником, чем со мной. И у вас ещё больше общих букв с вашими матерью и отцом, и с вашей сестрой или братом (если они есть). Фактически вы можете определить, насколько близким родством связаны любые два человека, подсчитав число букв ДНК, которые они разделяют. Интересно произвести такой подсчёт, и, вероятно, мы услышим об этом больше в будущем. Например, полиция будет способна разыскать кого‑либо, если у них будут «отпечатки пальцев» ДНК его брата.