Глобальные катастрофы и эволюция жизни

Глобальные катастрофы и  эволюция жизни.

Несколько лет назад ученые, изучая микроструктуру органической материи, сделали поразительный  вывод: возникновение и развитие жизни на нашей планете, если считать  по Дарвину, потребовало бы много  больше времени, нежели действительная история, охватывающая период от первых на Земле живых молекул до вершины  природы – человека. И тут пришлось вспомнить основоположников палеонтологии  – науки о развитии жизни на Земле: Жоржа Кювье (1769–1832) и Жоффруа Сент-Илера (1772–1844).

В 1812г. Кювье опубликовал первые итоги  изучения своих находок под названием  «Исследования об ископаемых костях». Ученый обратил внимание на то, что  в земных слоях идет чередование: слои, богатые останками доисторических животных, сменяются горизонтами, бедными  на эти находки. При этом Кювье  обнаружил, что в каждом новом  богатом костями слое останки  принадлежат животным других разновидностей, а не тем, что найдены в предыдущем и последующем слоях, т. е. не тем, которые обитали на Земле раньше или позже, разумеется, в геологическом  понимании времени.

Следующая книга Кювье – «Рассуждения о  переворотах на поверхности Земного  шара и об изменениях, какие они  произвели в животном царстве». Само название уже говорит о точке зрения ученого. Кювье считал, что ископаемые формы – это либо прямые предки нынешних животных, в сущности от них не отличающиеся, но сумевшие пережить все природные перевороты, либо останки окончательно вымерших в результате этих переворотов форм, ничего общего с ныне живущими не имеющих. Кювье полагал также, что развитие четырех типов животных (по его классификации – позвоночных, членистых, мягкотелых, лучистых) происходило изолированно.

Однако, отстаивая свои выводы, Кювье не смог уверенно показать, какие же силы вызывали на Земле столь грандиозные  перевороты, что они были способны оборвать ту или иную линию развития жизни. Он только написал: «Какие-то силы раздробили, приподняли слои Земли  и опрокинули их на тысячу ладов».

Заметил чередование  ископаемых останков и Жоффруа. Но выводы о причинах этого, сделанные Кювье и Жоффруа, расходились настолько, что их многолетний спор привлек к себе внимание ученых всего мира. В Париже не раз в те годы проводились диспуты соперничающих ученых, за которыми следил весь образованный мир. Когда в 1830 г. к Гете пришел гость с возгласом: «Великое событие в Париже!..», Гете нетерпеливо прервал пришедшего: «Кто же одержал верх – Кювье или Жоффруа?». Гость же принес весть о революции в Париже, об уличных боях...

Жоффруа считал, что гибель господствовавших в определенные периоды видов животных еще не означала повсеместной гибели жизни вообще. Некоторые виды, занимавшие ранее подчиненное место, выживали. Наделенные свойствами, помогавшими им противостоять силам природы, которые уничтожали большую часть животного мира, они получали простор для своего дальнейшего развития. В отличие от Кювье Жоффруа видел единство организации и развития животного мира.

В одном лишь были едины Кювье и  Жоффруа: какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате такого вмешательства появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию таинственного ускорителя. Впрочем, такую же роль может сыграть и тормоз. Представим себе, что этот тормоз замедляет или вовсе сбрасывает с «конвейера эволюции» какие-то виды, например, владевших миллионы лет землей динозавров, мешавших развитию других видов, а именно – млекопитающих, так возникает больше простора для развития видов более жизнестойких, «перспективных», с точки зрения природы. О действии некоего тормоза по существу говорит и палеонтология. Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонтами, скудными на них (на что первыми обратили внимание Кювье и Жоффруа), сегодня есть истина, подтвержденная всей историей науки об ископаемых. Но что же могло послужить ускорителем или замедлителем эволюции? Мы не будем рассматривать вмешательство в дела развития природы ни инопланетян, ни провидения. Ограничимся известными науке естественными силами. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздействия, способные, например, в короткий срок уничтожить могучее и многочисленное стадо динозавров, насчитывающее несколько сот видов — среди них были малютки весом в единицы килограммов и гиганты — в десятки тонн. Динозавры господствовали на суше, в воде и воздухе.

В последние годы все новые гипотезы пополняют арсенал природных  сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них  принадлежит метеоритной гипотезе. Три исследователя — бельгиец Жан-Георг Казье и американские геохимики Ф. Клейс и С. Марголис недавно опубликовали гипотезу, которая, на их взгляд, пересматривает ход эволюции. В ее основу положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле.

Начнем  с того, что жизнь зародилась в  океане. Растения первыми переместились на сушу, по прошествии долгого времени за ними потянулись амфибии, а затем сушу захватили животные, получающие кислород из воздуха. Но еще на уровне амфибий произошло расслоение животного мира. Одни дали направление развитию ящеров и иных пресмыкающихся, других — их назвали териодонтами, или зверообразными, — можно рассматривать как группу, связывающую нынешних млекопитающих с этими древнейшими наземными позвоночными.

Еще в давние времена (до эры динозавров) высшие териодонты — терапсиды — приобрели многие черты строения и физиологические особенности, характерные для млекопитающих: лактация, способ дыхания и питания, обоняние... Но вдруг терапсиды исчезают. В геологических слоях более поздних, чем триасовый период, палеонтологи не находят останков терапсид. У филогенетического древа оказались обломанными крупные ветви. Однако какие-то ветви терапсид, видимо, ставшие предками млекопитающих, выжили, ускользнув от уничтожающего удара природы. Но тем не менее палеонтологи несравненно чаще встречают в поздних слоях обширные кладбища динозавров.

Эти пресмыкающиеся, если судить по раскопкам, владели планетой примерно 150 млн лет. Однако эра динозавров неожиданно заканчивается 64,5 млн лет назад. Возникает вопрос: почему так стремительно исчезло с лица Земли обширное сообщество динозавров? Было выдвинуто множество гипотез. Вот основные из них. Повышенная активность вулканов: газы и выброшенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечную радиацию — динозавры не вынесли похолодания. Вспышка близкой к Земле Сверхновой звезды — и животные не выдержали облучения.

Некоторые ученые, изучающие эволюцию биосферы, придерживаются такой точки зрения: Земля — дитя Космоса — находится в окружении космических сил, многие из которых время от времени кардинально влияют на развитие земной жизни.

Примечательно, что два величайших в истории Земли вымирания живого не совпадают по времени с крупными метеоритными ударами, хотя в одном из случаев речь идет о гибели 90% всех видов. Возражением против того, что лишь космические факторы ответственны за формирование жизни на Земле, служит следующее наблюдение. В позднем девоне отмечена массовая гибель морских животных, но в то же время на суше ничего подобного в тот период не наблюдалось. Может быть, сходный удар биосфера суши получила в конце девона, когда доминировать стали лиственные растения. Так называемый листьевой индекс появившейся наземной растительности увеличил эффективность поглощения солнечной энергии в сотни раз – в смысле производства зеленой массы. Травоядные получили изобилие корма, безмерно размножились, все съели, тогда пищи стало не хватать, и масса животных погибла от голода.

Сходную ситуацию пережили и наши предки. Когда  первобытным людям охота в  изобилии приносила мясо разнообразных  животных, включая мамонтов, обилие пиши сделало племена многолюдными, и вскоре им уже не на кого стало охотиться. Страшный голод опустошил тогда землю, выжили лишь те, кто начал обрабатывать землю, приручать животных. По мнению другой группы ученых, биосфера в целом подвергалась крупным воздействиям и сопровождалась катастрофическими вымираниями. Катастрофы в биосфере зарождались в ней самой, т. е. имели земное происхождение.

К сожалению, все это лишь гипотезы. Прямых доказательств вмешательства  в земные дела космических воздействий  у нас нет, как и нет убедительных фактов влияния внутрипланетарных сил на ход эволюции. В этом смысле современные ученые не так далеко ушли от Жоржа Кювье, первым сказавшего о вмешательстве катастроф в эволюцию жизни на Земле. Многие десятилетия эти его выводы отрицались наукой, как, впрочем, отрицаем мы и сейчас его представления о многократных возникновениях животного мира, ничего общего с предшественниками не имеющего. Что же делать? Видимо, последовать совету того же Гете: «Не надо застывать в сомнении, оно, напротив, должно двигать дух к дальнейшему исследованию и испытанию, и, если они проходят на более совершенной и широкой базе, – истина одержит победу». Тогда нескончаемому спору будет положен конец.

История возникновения теории эволюции Дарвина

В 1831 году, отправляясь в кругосветное плавание, молодой англичанин Чарлз Дарвин прихватил с собой только что вышедший первый том «Основ геологии» Лайеля, а через пять лет привез из плавания огромное количество материалов, подтверждающих правоту его основополагающей идеи. Но это не все: Дарвин привез и нечто большее – убежденность в том, что виды живого изменчивы, что то животное и растительное царство, каким мы его знаем сегодня, – результат постепенного, очень длительного развития сложного органического мира.

Проблемой эволюции Ч. Дарвин начал вплотную заниматься в 1836 г. после возвращения из кругосветного  путешествия на корабле «Бигль». Он обсуждал ее с немногими своими коллегами, в том числе и в переписке. Поэтому многим казалось, что он целиком погрузился в изучение и классификацию усоногих раков и исполняет обязанности секретаря Геологического общества. Коллеги советовали ему опубликовать свою гипотезу, но он не последовал их совету. И вот 14 июня 1858 г. Дарвин получил письмо от Альфреда Рассела Уоллеса (1823–1913) из Тернате на Молуккских островах. В письме находилась статья, которую Уоллес просил передать сэру Чарлзу Лайелю, известному геологу и другу Дарвина. В ней кратко излагалась сущность теории эволюции путем естественного отбора.

Предположение о том, что виды могут изменятся, Уоллес опубликовал в одной из своих работ раньше – в 1855 г. Такая идея получила развитие после прочтения им в 1858 г. труда английского ученого Томаса Мальтуса (1766–1834) «Опыт о законе населения». Мальтус полагал, что каждая популяция стремится максимально размножиться без учета средств к существованию, и когда она достигает некой предельной численности, зависящей от условий жизни, дальнейшему росту начинает препятствовать нищета: излишняя численность популяции должна гибнуть. Это может происходить трагически и внезапно или в результате возрастания смертности с приближением к пределу возможного роста. Мальтус специально не занимался вопросом, кто выживет, а кто погибнет. Догадка Уоллеса состояла в том, что выживать будет не случайная выборка из популяции, а особи, которые лучше приспособлены к условиям существования. Если их приспособленность выше среднего уровня для всей популяции и она хотя бы частично наследуется, то вид в целом будет изменятся в направлении большей приспособленности, т. е. более высокой адаптации к среде обитания. Интересно, что Дарвин пришел к таким же выводам, прочитав труд Мальтуса.

Уоллес, в то время малоизвестный натуралист, занимался сбором тропических насекомых. Однако в сложившейся ситуации его  сообщение нельзя было игнорировать. Посоветовавшись со своими друзьями, прежде всего с Ч. Лайелем и Джозефом Гукером (1817– 1911), известным ботаником, Дарвин решил, что нужно объединить выдержки из письма, которое он незадолго до этого отослал американскому ботанику А. Гресо, резюме неопубликованной статьи, написанной еще в 1844 г., и сообщение Уоллеса. Все это было оформлено в виде доклада, представленного 1 июля 1858 г. Линнеевскому обществу. Книга Дарвина «Происхождение видов» вышла в свет в ноябре 1859 г., и все 1250 экземпляров ее были распроданы в первый же день.

Большой интерес к идее естественного  отбора был обусловлен вовсе не тем, что Дарвин и Уоллес постулировали  превращение одних видов в  другие, т. е. сам факт эволюции. Об этом и раньше говорили многие, и прежде всего Ламарк во Франции, Эразм Дарвин – дед Ч. Дарвина и, наконец, Анаксимандр  в Древней Греции. Интерес определялся  в основном тем, что был предложен  механизм «конструирования» живых  существ без участия Творца. Такой  механизм вполне устраивал противников  утверждения: если что-то сотворено, то должен быть и Творец.

Идея  эволюции путем естественного отбора позволяла объединить множество, казалось бы, не связанных друг с другом фактов. И Дарвин, и Уоллес сумели использовать богатейший материал палеонтологии, биогеографии и других наук, который указывал на то, что наиболее вероятной движущей силой эволюции является естественный отбор.

Некоторые видные ученые, современники Дарвина, тем не менее остались весьма активными антиэволюционистами. К их числу принадлежали английский зоолог Р. Оуэн (1804–1892), швейцарский естествоиспытатель Л. Агассис (1807–1873), работавший долгое время в Гарварде. Даже великий геолог Чарльз Лайель поверил в теорию эволюции не сразу. Основываясь на данных палеонтологии, они признавали появление новых видов, но полагали, что это – результат каких-то пока непонятных естественных процессов, а не постепенного превращения одного вида в другой. В то же время идеи Дарвина поддерживали Т. Гексли (1825–1895) в Англии, Э. Геккель (1834–1919) в Германии, К.А. Тимирязев (1843–1920) в России.

Для тех, кто требовал от теории эволюции полной , убедительности, оставалась одна серьезная непреодолимая трудность, связанная с природой наследственности. В то время ни Уоллес, ни Дарвин, ни многие другие ученые еще не знали законов наследования признаков. Правда, известно было, что иногда признаки могут проявляться не во всех поколениях подряд. Этот таинственный феномен, названный позднее атавизмом, состоит в том, что у потомков вдруг снова появляются признаки более или менее отдаленных предков. Полагали, однако, что наследственность в целом основана на принципе смешивания, за исключением отдельных случаев. Например, у какого-то растения могли быть либо белые, либо красные цветки. При механизме смешивания у гибрида цветки должны быть розовыми, а при скрещивании красного цветка с розовым – темно-розовыми и т. д. Во многих случаях так и бывает. Из этого следовал важный вывод: новый признак, появившийся у какого-то индивидуума как мутация, со временем должен исчезнуть, раствориться в популяции, несмотря на естественный отбор, как стакан молока во многих бочках воды.

Анализируя  механизм усреднения признаков, британский инженер и физик Ф. Дженкин, обладая математическим складом ума, в 1867 г. на основании строгих элементарных арифметических выкладок доказал, что в случае усреднения признаков при скрещивании естественный отбор работать не будет. Дарвин так и не нашел убедительного ответа на такое доказательство. Промежуточное проявление признаков у потомков означало, что все генетические различия в популяциях должны быстро нивелироваться, и тогда вся популяция становится однородной, состоящей из весьма сходных индивидуумов.