Трилобиты: Свидетели эволюции
Шрифт:
Всегда найдется место для новой мысли или наблюдения. Те, кто жаждет все знать абсолютно точно, пусть лучше не ступают на этот путь: их ожидают разочарование и досада. Любая почитаемая истина подвергнется пересмотру последователями. Да, прогресс налицо, но как мы узнаем, достигли мы конца пути или нет? Подобные вопросы равно подходят и для науки о трилобитах, и для науки об элементарных частицах. Профессор Бичер считал, что он узнал правду о конечностях трилобитов и сохранил эту правду — и свое авторитетное мнение — в виде скульптурных моделей, но работы его последователей выявили новую правду.
Последним пришел к бичеровскому слою Дерек Бриггс. Через сто лет после Бичера открытия и находки все еще ожидали своих исследователей, все те же вопросы и все тот же карьер — хотя его и пришлось заново раскапывать. Дерек, студент Гарри Уиттингтона, как и я, увлекся самым очевидным и одновременно самым загадочным вопросом: как пирит сохранил для нас конечности трилобитов. Ему хотелось понять, почему именно в этом пласте находят великолепные экземпляры с позолоченными ножками, тогда как почти из всех остальных нам достаются только пустые панцири. Вот и моя собственная первая плита из темных глинистых пород, которую я расколол в южном Уэльсе, — вроде такая же, как из слоя Бичера, но где же ножки и почему нет ни одной антенны? Совершенно очевидно, что пиритовое покрытие образовалось очень быстро, иначе ножки успели бы разложиться. Животные, возможно, погибли внезапно и сразу же оказались защищены от падальщиков, которые обычно справляются с добычей быстрее, чем бактерии даже приступают к работе. Понятно, что на ордовикском морском дне, которым некогда был штат Нью-Йорк, в тот момент геологического времени существовали какие-то особые условия.
При изучении сланцев оказалось, что у морского дна в то время содержание кислорода было очень низким, а под слоем мягкого ила кислорода не было вообще. Такие негостеприимные условия хорошо нам известны, их называют анаэробными. Мало кто из животного мира способен выжить в этой среде, но некоторые виды бактерий процветают именно в таких условиях. При почти полном отсутствии кислорода они обучены получать энергию из биохимических реакций. Высокое содержание железа и серы очень типично: сера участвует в их метаболизме. Вполне вероятно, что именно процессы жизнедеятельности этих крошечных бактерий и способствовали отложению железа на конечностях трилобитов. В настоящее время Дерек ставит специальные эксперименты, выясняя, как все это происходило. Эксперименты воспроизводят в лаборатории события, которые разыгрывались в реальном мире миллионы лет назад. Сделать это непросто, но мы знаем достаточно, чтобы нарисовать в воображении картину происшедшего. Бедных Tharthrus накрыло потоком мути, и они погибли, возможно, отравленные внезапным снижением уровня кислорода — без кислорода нечем дышать. Ни один падальщик не рискнул пробраться сквозь отравленную безжизненную толщу. Неподвижные ножки обволакивал мягкий осадок, где в супе, насыщенном серой и железом, благоденствовали только бактерии. Они выкрасили поверхности конечностей быстрее, чем разложение уничтожило их. Так, сохраненные в виде пиритовых слепков, конечности трилобитов победили время.
А теперь настал мой черед кратко выступить в этой истории. Оставалась одна тайна, загаданная Tharthrus. Если морское дно в ордовике было таким непригодным для жизни, как же получилось, что там счастливо жили эти маленькие трилобиты, по крайней мере пока не погибли? Очень часто находят их скопления, и, кроме этого вида, там нет никаких других (и никаких других ископаемых в том числе). И подобные скопления не редкость. Triarthrus является самым молодым из целого семейства трилобитов — семейства Olenidae, чья история насчитывает 50 миллионов лет и уходит вглубь кембрийского пласта. Впервые мне попался представитель Olenidae на мрачных берегах Шпицбергена, где они находятся во множестве в темных породах ордовика, внешне похожих, но по возрасту более старых, — и на том древнем морском дне ничто более не выживало. Эти породы настолько насыщены соединениями серы, что каждый скол от удара геологического молотка сопровождался запахом тухлых яиц. Очевидно, трилобитам был известен какой-то секрет, с помощью которого они благоденствовали в серных миазмах. Впрочем, в этом чистилище обитали не только Triarthrus, но и родственные им более крупные трилобиты: одного из них я позже окрестил Cloacaspis по ассоциации с римской Клоакой — так римляне называли свою канализацию — по причинам вполне очевидным. (Клоаку сконструировали при Тарквинии Приске, она уносила нечистоты с улиц Рима в Тибр.) Вскоре мне предстояло исследовать опять же похожие, но еще более древние породы в окрестностях норвежской столицы Осло, где изобиловал предок всех названных трилобитов — сам Olenus. Пахучие желваки с трилобитами, наверное, единственное, что есть зловонного в этом безукоризненно чистом, образцово-показательном городе. Olenus — один из первых известных нам трилобитов, названных в честь мужа Леты скандинавским пионером-геологом Далманом в 1827 г. Боги превратили мужа и жену в камень — первые палеонтологи застолбили самые уместные классические названия! Все трилобиты этого семейства процветали в сернистом, богатом железом осадке, в среде, бедной кислородом, — такие условия заведомо исключают конкуренцию. Только за последние несколько лет ученые сумели в подробностях изучить животных, приспособившихся к подобным условиям. Природа виртуозно делает из нужды добродетель, оборачивая проблемы в преимущества. В наше время в смердящем иле живут некоторые типы моллюсков, которые научились выращивать на жабрах специальных бактерий. Эти бактерии перерабатывают сульфиды, используя ровно то незначительное количество кислорода, которое способны предоставить им моллюски, — слишком много кислорода окислило бы сульфиды, и бактерии остались бы без питания. Наши моллюски — обитатели пограничных условий. Они живут только в бедной кислородом среде, где под мягким осадком кислорода нет вовсе, зато в избытке сернистые соединения и особые бесцветные серобактерии; для их изучения понадобились микроскопия высокого разрешения и современные молекулярные технологии. Ни Бичер, ни Уолкотт не смогли бы даже заподозрить существование этих бактерий. Моллюски получают от бактерий [15] питательные вещества, но есть и другие животные, которые специально «культивируют» этих бактерий в качестве еды. Изучая оленид, я пришел к выводу, что они обитали в придонной среде, «благоухавшей» серой и с низким содержанием кислорода. Затем мне попались работы о современных животных, которые сами себе «выращивают» симбиотических серобактерий, и описание мест их обитания. Вот он, великий миг! Неожиданно многие загадки строения Olenidae оказались разрешимы. Стало очевидным, почему они жили большими сообществами без всякого намека на соседство с другими видами, зато в компании таких малоприятных геологических пород: они специализировались именно на низкокислородных условиях. У оленид было длинное тело с многочисленными сегментами на туловище — им нужно было больше пространства для разведения бактерий. Они, вероятно, даже выращивали для себя бактерий вдоль длинных лепестков дыхательных придатков, примерно так выращивают себе пищу современные моллюски. Панцири у Olenidae тонкие, ведь в отсутствие хищников они чувствовали себя в безопасности. Среда их обитания изобиловала железом, необходимым для замещения конечностей. Все факты сошлись: эти самые трилобиты оказались первыми известными животными, которые приспособились к симбиозу с серобактериями.
15
Для желающих произвести впечатление длинными учеными словами: точное название таких бактериальных сожителей — хемоавтотрофные симбионты. — Прим. авт.
Конечности трилобитов находили не только в сланцах Ютика. В Германии на обоих берегах реки Мозель и в прилегающей Рейнской области тоже есть выходы темных сланцев. Сланцем из массива Хунсрюк крыли крыши еще в средние века, и к середине XIX в. в этом районе уже работало множество богатых карьеров. Даже сейчас в открытом карьере в Банденбахе трудятся 30 колыциков сланца. По времени залегания эти сланцы находятся где-то между слоями Ютика и породами каменноугольного периода, с которых мы начали свое повествование; это время раннего девона (примерно 390 млн. лет назад). Их скрутило и сдавило в результате Герцинского комплекса движений земной коры — тех самых отчаянных конвульсий, что создали дикие Пентаргонские скалы на побережье Корнуолла. В определенных слоях Хунсрюкских сланцевых гор ископаемые замещены пиритом, так же как и в Риме из штата Нью-Йорк. Но общая картина другая. В Хунсрюке пиритизирована целиком вся богатая морская фауна: морские звезды, морские лилии, черви, рыбы. Существа с мягким телом оказались застигнуты врасплох, словно на моментальном фото. Если бы эта книга была о морских звездах, я страница за страницей описывал бы чудеса из Хунсрюка. На том девонском морском дне кипела жизнь, кислорода было в достатке и не было никаких особенных условий, к которым приходилось бы приспосабливаться. Множество разнообразных членистоногих ползало по мягкому девонскому илу, среди них попадались и трилобиты: их было больше всех. Сегодня считается, что все пространство морского дна время от времени накрывало потоками мути, достаточно насыщенной железом, чтобы его хватило на всех ископаемых. Профессор Вильгельм Стюрмер отработал технику рентгеновских снимков для оказавшихся внутри породы ископаемых. Да, вполне возможно аккуратно извлечь ископаемое, как это делал Джон Алмонд в обнажениях Ютика, но насколько же лучше заглянуть внутрь камня, сфотографировав захороненное животное с помощью рентгеновских лучей. Пирит менее прозрачен для рентгеновских лучей, чем сланец, поэтому ископаемые появляются на рентгеновских снимках будто обведенные мягким черным карандашом точной рукой художника. Они похожи на призраков: кажется, их вызывали из небытия заклинанием, а не научным инструментом.
Чаше всего в Хунсрюкских сланцах встречается трилобит в несколько сантиметров длиной, называемый Phacops. Передо мной лежит великолепный рентгеновский снимок этого животного (см. приложение рис. 6), конечности видны прекрасно, но на рентгеновском снимке они налегают друг на друга, и похоже, будто трилобит перебирает лапками, словно бредущая фигура на футуристических картинах Умберто Боччоне. Эти снимки приближают нас к живому трилобиту настолько, насколько это вообще возможно, хотя приходится наблюдать за ними сквозь неясные фотографические пластины. Phacops не является близким родственником Triarthrus; тем более поразительно, что их конечности оказались во многом схожи: одинаковые антенны, одинаковые парные конечности на каждом сегменте. Рентген несравненно лучше любой препарировальной иглы выявил тончайшие кончики дыхательных придатков. Вот вам реальное доказательство того, что ископаемые способны сохранить для нас и кружевную изощренность деталей, и эфемерную тонкость структур.
Количество трилобитов с сохранившимися конечностями все увеличивалось; в основном конечности оказывались одинаковыми по всей длине тела животного, каждая состояла из спаренного двигательного и дыхательного придатков. У трилобитов в отличие от других членистоногих каждая ножка не развивалась на особый лад, т.е. не специализировалась. Вспомните, например, клешни омара или хоботок мухи. У трилобитов конечности выполняли сравнительно единообразные движения; зато панцирь в ходе эволюционного развития принимал самые фантастические формы. Так карнавальный поезд бахвалится своими пышными цветастыми декорациями — и тем удивительнее, когда вся эта мишура снимается и под ней обнаруживается все тот же старый добрый «форд». Мы узнали наконец, как устроена изнанка трилобита, что у него под корпусом. И теперь мы можем полюбоваться на карнавальный парад трилобитов, шествующих на своих двуветвистых ножках: и, как и положено на карнавалах, пройдут перед нами существа наистраннейшие. Одни гладкие, как яйцо, другие — колючие, как мины; мимо нас промаршируют гиганты и карлики; слепые и пучеглазые; плоские, как блин, и круглые, как булочки. Их тысячи видов. Их такое разнообразие, что некоторые называют трилобитов «жуками палеозоя», так как жуки невероятно многообразны в видовом отношении — у биологов дух захватывает от их числа. И при том мы не учли те виды, которые нам еще предстоит обнаружить в каменных толщах. В нашем параде участвуют только случайные представители из случайной выборки. И 300 млн. лет их истории придется уложить в несколько страниц. Иллюстрации намного лучше покажут то поразительное разнообразие форм, которого удалось достичь трилобитам. Давайте представим себе участников нашего парада в хронологическом — геологическом — порядке: от старшего к младшему Следующую главу я посвящу тому, каким образом трилобитам удалось стать столь многообразными; трилобиты же, описанные здесь, так или иначе станут персонажами следующих глав этой книги. Для меня все они близки, все родные. Первым выступает Olenellus (см. приложение рис. 10) — самый обычный из ранних кембрийских трилобитов (535 млн. лет). Его нашел в середине XIX в. пионер-палеонтолог Джеймс Холл родом из штата Нью-Йорк; после этого Olenellus стали находить повсюду до самой Шотландии. Хотя животное это чрезвычайно древнее, у него на длинной голове уже сидят выпуклые глаза. Голова шире туловища, и углы головного щита вытянуты в шипы. Туловище постепенно суживается к заднему концу, состоит из плоских кольцевых сегментов, кончики которых тоже оканчиваются шипами. Один из сегментов туловища, расположенный ближе к голове, крупнее остальных, так что плевральные шипы на нем выступают дальше других. Из осевой части ближе к хвосту поднимается еще один шип, очень длинный, а за ним сегменты становятся совсем маленькими, так что пигидий становится совсем миниатюрным. Его внешний вид наводит на мысли о примитивности. Так, у него отсутствуют лицевые швы, которые помогают успешно перелинять его более развитым родичам. Суживающаяся глабель четко разделена бороздами на сегменты, а впереди она вспучена, как шишак на щите.
За Olenellus шагает исполин размером с хорошего омара. Это животное быстрое, оно бросается, перебирая ножками, за всякой мелочью, которую приметит своими блестящими глазами. Это Paradoxides (см. с. 256), который был уже представлен читателю как носитель забавного имени, вполне соответствующего его необычной внешности. Впервые, в начале XIX в., его нашли в Швеции, а сейчас находят чуть ли не везде. У него тоже много туловищных сегментов, но нет такого, который сильно бы выделялся по размеру. Устрашающе выглядят его щечные шипы: будто две выставленные назад сабли. Плевральные шипы у заднего конца животного вытянуты вдоль тела и выдаются даже дальше хвоста животного — что-то вроде вислых усов у злодеев в вестернах. Хвост, хотя и побольше хвоста Olenellus, но все равно ничего особенного. А вот бороздчатая глабель на голове так вздута, что выдается сильно кпереди, под ней, вероятно, размещался внушительный желудок — все приспособлено к тому, чтобы заглотить добычу побольше. По возрасту Paradoxides моложе Olenellus на 15 млн. лет, он происходит из среднего кембрия: можно сказать, все еще только начинается, a Paradoxides уже на высоте.
Далее мы попадаем в кишащую толчею — трилобитов ли? Это крошечные живые горошинки размером всего в несколько миллиметров. Их команда, словно танцующие водяные блохи, пролетает мимо (скорее «протекает мимо»). Они такие маленькие, что придется сильно прищуриться, чтобы разглядеть, насколько они отличаются от своих кембрийских сородичей. Некоторые из них кажутся плотно свернутыми. С Paradoxides они настолько разнятся, насколько вообще можно представить, и не только по размеру; у этих животных туловищных колец всего ничего — только два точно подогнанных друг к другу сегмента с тупыми концами, будто вырезанные малюсеньким скальпелем.