Дж. Д. Макдугалл - Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед
Даже геологам приходится иногда сделать паузу и поразмышлять над тем, что означают такие слова, как «быстрый» и «быстро», встретившиеся нам в предыдущем параграфе. Если для начала кембрийского периода нарисовать диаграмму (или график), на которую для различных значений времени нанести количество различных форм мелких раковистых ископаемых, как это делают палеонтологи, то она покажет, что в действительности означают такие выражения, как «внезапное появление» и рост и столь же быстрое исчезновение. Возвышение и падение образуют на графике маленький резкий скачок, или пик. Но этот маленький пик занимает в ширину по крайней мере 10 миллионов лет. Как «быстрый рост» численности, так и быстрое распространение этих организмов по всему земному шару продолжались, вероятно, свыше миллиона лет. Миллион лет — это долгое время. Несколько миллионов лет назад в северном полушарии только начинался современный ледниковый период (который все еще продолжается, но подробнее об этом будет рассказано дальше), а собственный наш вид, Homo sapiens, еще не существовал. Десять тысяч лет назад, что составляет всего 1/100 миллиона лет, огромные клыкастые мамонты заполняли Северную Америку. Требуется постоянное усилие, чтобы удерживать геологическое время в правильной перспективе.
Поэтому быстрое распространение по всему земному шару животных, которые оставили нам маленькие раковистые окаменелости, не так уж и впечатляет, если принять во внимание подлинную огромность того отрезка времени, который для этого понадобился. Очертания суши в начале кембрия также очень отличались от современных. Хотя реконструкция мировой географии для такого отдаленного прошлого — дело нелегкое, есть достаточно данных для разумной уверенности в общих очертаниях суши. Многие из ныне отдельных континентов — Африка, Индия, Австралия, Южная Америка — были объединены в один массив суши, что, возможно, облегчало распространение мелких морских животных вдоль мелководий континентальных окраин. Но Северная Америка и нынешняя Сибирь были, очевидно, совершенно отдельными материками. На рис. 7.1 показана картина мира в начале кембрийского периода, что позволяет определить перспективу дальнейшего развития суши.
Рис. 7.1. Карта мира, показывающая приблизительное расположение континентов в начале кембрийского периода. Многие из современных континентов были в то время объединены в гигантский массив суши, называемый Гондваной, за исключением Северной Америки. Приводится с изменениями по рисунку 1 из статьи В. С. Мак-Керроу и др. в журнале Journal of the Geological Society of London, том 149,1992, стр. 600.
Появление и распространение мелких раковистых окаменелостей Томмотианской фауны было всего лишь первым ударом пульса кембрийского взрыва. Вскоре после него появляется большинство главных групп беспозвоночных животных. Сюда входят такие животные, как губки и характерные для кембрия ископаемые животные трилобиты. Хотя они давно вымерли, в кембрийских морях они обитали во множестве. Они представляли собой большей частью очень небольшие плоские существа; почти все их разновидности ползали по морскому дну, обычно оставляя за собой характерные следы в мягком иле. Эти следы нередко встречаются в виде отпечатков. У трилобитов был твердый известковый внешний скелет, который, без сомнения, защищал мягкие части их тел от хищников; они хорошо сохранились во многих осадочных породах кембрия. Встречаются они настолько часто, что мелкие образцы можно дешево купить в магазинах, специализирующихся на продаже образцов минералов, горных пород и других природных диковинок. На рис. 7.2 изображены два типичных кембрийских трилобита. Многие годы мы использовали мелких трилобитов с приклеенными к ним магнитиками для пришпиливания к дверце холодильника газетных карикатур, детских рисунков и других артефактов. Какой позорный конец для обитателя кембрийских морей!
Рис. 7.2. Два обычных трилобита из кембрийского периода. Показанные здесь трилобиты, срисованные с подлинных окаменелостей, имели длину около 20 (левый) и 5 (правый) сантиметров. По рисункам 137-1а и 164-2 из книги «Курс палеонтологии беспозвоночных», часть О, под ред. Р. С. Мура, издательство Геологического общества Америки и Университета штата Канзас, 1959. Используется с разрешения.
Почему у животных вдруг развился минерализованный скелет и твердые щитки именно в кембрии? И почему они появились в таком ошеломляющем разнообразии? Даже у тех, кто специализируется на исследовании этих вопросов, нет однозначного ответа. Конечно, животные с твердым панцирем имели больше шансов выжить среди хищников. А скелет; наряду с твердым внешним покрытием, облегчал передвижение. Минералы, осаждаемые из раствора для образования твердых частей тела, представляли собой карбонат кальция и фосфат кальция. Было высказано предположение, что на границе между протерозоем и кембрием произошло изменение химического состава морской воды, которое облегчило образование именно этих минералов. Тем не менее трудно представить себе обстоятельства, которые могли бы привести к таким изменениям, но не появлялись на Земле множество раз на протяжении предшествующих нескольких миллиардов лет земной истории. Кажется вероятным, что у кембрийского взрыва была не одна причина; свою роль здесь сыграло совпадение многих
СЛАНЦЫ БЕРДЖЕСС-ШЭЙЛ
Интересной стороной кембрийской истории, относящейся к обсуждаемому вопросу, является то, что быстрое увеличение разнообразия животного мира не ограничивалось животными с твердым панцирем. Если изменившийся состав воды в океанах имел значение для развития скелета и раковин, то это только одна из возможных причин удивительного разнообразия жизни. Хотя традиционное представление об эволюции жизни в кембрии основано на минерализованных остатках организмов, в последнее время большое внимание уделялось более редким остаткам мягкотелых животных. Они сохранились в ряде мест, где геологические обстоятельства мешали их размыву. Вероятно, самой знаменитой является находка в Берджесс-Шэйл, в Скалистых горах, в южной части Британской Колумбии. В одном-единственном карьере в этой толще сланцев были найдены десятки тысяч окаменелостей, демонстрирующих поразительное разнообразие очертаний и телесных форм. Их изучение дало палеонтологам ценнейшую информацию о процессе биологической эволюции. Два примера таких странных существ показаны на рис. 7.3.
Увлекательнейшей истории открытия и изучения окаменелостей в Берджесс-Шэйл посвящена книга, давшая название главе 3: «Чудо жизни». Ее талантливый автор, уже упоминавшийся С. Дж. Гулд, гарвардский палеонтолог, с энтузиазмом пишет на тему, явно близкую его сердцу. Его книга весьма рекомендуется для всякого, у кого есть пылкое желание узнать больше о разнообразных мягкотелых животных кембрия и их роли в эволюции. Многое из далее приводимого материала основывается на этой книге.
Геологи дают собственные имена толщам пород, которые имеют постоянные или почти постоянные физические свойства и облик и могут быть надежно прослежены и закартированы на большой площади. Сланцы Берджесс-Шэйл (или берджесские сланцы), в сущности, представляют собой всего лишь небольшой набор пород с условным названием в пределах такой толщи (Толща Стивен) в Скалистых горах штата Британская Колумбия. Слой осадочных пород, в котором первоначально были открыты берджесские окаменелости, имеет мощность всего два с половиной метра; в свое время утверждалось, что эта маленькая группа выходов горных пород заключает в себе большее разнообразие типов строения тела животных, чем все современные океаны! Подобно всем сланцам, берджесские сланцы состоят в основном из уплотненных и затвердевших тонкозернистых глин и ила. Первоначально эти породы отложились вдоль западного побережья Северо-Американского континента приблизительно в середине кембрийского периода.
Рис. 7.3. Два представителя удивительных мягкотелых существ, найденных в окаменелом виде в сланцах Берджесс-Шэйл. У опатинии (верхний рисунок) было странное длинное «рыло» и пять вытаращенных глаз, а галлуцигения (Hallu-cigenia) (нижний рисунок) умела «стоять» на морском дне, опираясь на свои семь пар «ног». Эти две иллюстрации представляют собой репродукции оригинальных рисунков Мэриан Коллинз из книги Стивена Дж. Гулда «Чудо жизни: Сланцы Берджесс-Шэйл и сущность истории». Перепечатано с разрешения издательства «В. В. Нортон энд Компани», авт. право © 1989 г., Стивен Джей Гулд.
Поскольку они хорошо обнажены на почти безлесных склонах, первоначальная геологическая обстановка сланцев Берджесс-Шэйл была установлена довольно детально при картировании, включая протяженность и взаимоотношения с окружающими типами пород. Содержащиеся в них окаменелые животные жили, очевидно, в относительно мелких прибрежных водах на илистых отмелях, выходящих в открытый океан. Эти отмели граничили с высокими, сложенными карбонатом кальция рифами, В свое время образованными водорослями. Некоторые из этих рифов достигали в высоту до 200 метров — своеобразный кембрийский эквивалент коралловых рифов, которые тогда еще не появились. Однако это ставит проблему перед исследователями сланцев Берджесс-Шэйл: если бы мягкотелые существа просто умирали на илистых отмелях, их бы целиком пожирали хищники или же они быстро разлагались бы. Более того, судя по их морфологии, многие из этих организмов, должно быть, ползали по илистому дну или зарывались в него, но никаких следов такого рода их деятельности не найдено.
