Трилобиты: Свидетели эволюции
Шрифт:
В 1876 г. молодой палеонтолог по имени Чарльз Дулитл Уолкотт (1850-1927) впервые приблизился к разгадке. Он увлеченно коллекционировал трилобитов в районе Трентон-Фолз в штате Нью-Йорк и построил свою жизнь с нуля. Он был незаурядным человеком даже на фоне того столетия, когда начинать с нуля и самому строить свою судьбу считалось делом обычным и, можно сказать, модным. Родители его были крепкими фермерами, богобоязненными и без особой склонности к умствованию. Не имея специального геологического образования, Уолкотт смог стать директором Геологической службы США и секретарем Смитсоновского института в Вашингтоне. Трудно подобрать Уолкотту более неподходящее второе имя — Дулитл (в переводе — бездельник). Активно занимаясь административной работой, он был центром притяжения и вашингтонских политиков, и профессоров, а также находил время писать не только о трилобитах, но и о других ископаемых. Его труды заполняют целый книжный шкаф. Он описал десятки трилобитов, которые и по сей день маркируют шкалу кембрийского отрезка геологического времени всего Американского континента. Он обследовал, порой в жесточайших условиях, геологическое строение Большого Каньона, описав последовательность слагающих его свит. Это было еще до того, как в каньоне вырубили тропы, по которым стало относительно удобно добираться до самых нижних слоев, но даже сейчас частенько встретишь сидящих вдоль тропы обессиленных ходоков, безответственно упустивших многочисленные предупреждения о том, что необходимо брать с собой побольше воды. Кто же поверит, что дебри начинаются в часе езды от роскоши Holiday Inn? Самую большую известность принесло Уолкотту открытие знаменитых теперь кембрийских сланцев Бёрджес в Британской Колумбии, но даже и без этого место в истории науки было ему обеспечено. Нынешние исследователи только диву даются, сколько Уолкотт сделал. «Ну да, он не бегал к телефону каждую минуту, — проворчит наш современник и добавит: — В те времена можно было себе позволить жить рядом с работой в центре Вашингтона». А дальше последуют рассуждения о ценах на жилье. Все это, конечно, правда, но правдой будет и то, что в век Уолкотта многие обладали исключительной работоспособностью и поэтому, имея талант, помноженный на силу воли, очень много успевали. Вспомните, например, сэра Вальтера Скотта, выпускавшего один роман за другим (частично чтобы выплатить долг своему издателю Джону Мюррею). Методы работы, безусловно, играли в этом большую роль; я уверен, Уолкотт всегда помнил, куда он накануне положил нужную бумажку. Он наверняка не искал поводов отложить на завтра то, что не хотелось делать еще позавчера. Он даже находил время регулярно вести дневник — занятие, которое на практике чаще всего остается благим намерением. Мне, конечно, хотелось бы, чтобы его дневниковые записи были более интересными, чтобы они давали возможность увидеть личность Уолкотта, но в основном он делал заметки о своих встречах с влиятельными людьми. Лишь однажды он позволил себе эмоции: после трагичной безвременной кончины его первой жены Лары, когда он еще только ждал своего первого служебного назначения. Со временем, добившись известности, его записи становятся все более поверхностными. Но именно в дни острой скорби, когда он с головой ушел в работу, чтобы справиться с болью потери, он и обнаружил загадочные конечности трилобитов. В районе Трентон-Фоллз вдоль дорог или ручьев иногда встречаются выходы известняков. Это те самые породы, которые Уолкотту очень хорошо знакомы. Похожие породы нередко обнажаются в известняковых карьерах или выработках, но у карьеров в современном мире невеселая судьба — их зачастую заполняют отходами, столь характерными для расточительного общества потребления: выкопанная яма может оказаться нужнее, чем то, что было выбрано из нее. Ордовикские известняки выходят плоскими плитами, и по контрасту с изломанными сланцами Уэльса и Корнуолла они протягиваются горизонтально или почти горизонтально. Понятно, что такого слоя не коснулись планетные конвульсии, поднявшие цепи древних гор. В этих известняках запечатлена практически в ненарушенном виде, слой за слоем, череда донных отложений древнего моря, и молодому Уолкотту впервые посчастливилось их исследовать. В некоторых случаях слой толщиной в несколько сантиметров сформировался после шторма, который однажды навсегда забытым полднем смел на дно все живое, а затем вновь настланный слой донного осадка снова заселялся сообществом морских обитателей. Эти породы исключительно богаты ископаемыми даже теперь, после века непрерывного сбора образцов, а во времена Уолкотта количество ископаемых должно было быть ошеломляющим. Порой поверхность камня напоминала пастилу из прессованных орехов и сухофруктов, настолько она была забита трилобитами, брахиоподами, морскими водорослями и множеством других морских существ. Очень хочется их выковырять, но они прочно устроились в камне, светлый известковый налет скрывает мелкие детали. Нужно терпеливо очищать их иголочкой — и тогда открываются превосходные экземпляры. Чарльзу Дулитлу Уолкотту выпало открыть их первому.
И вот 1 марта 1876 г., через месяц с небольшим после смерти Лары, Уолкотт делает в дневнике такую запись: «Разрезал несколько С. ps. довольно удачно. Думаю, смогу определить их внутреннюю структуру». Эта запись ни больше ни меньше как прямое свидетельство того, что в С. ps., возможно, сохранились конечности. Сокращением Уолкотт обозначил Ceraurus pleurexanthemus (понятно, зачем ему понадобилось сокращение!) — трилобита с шипастым хвостом и бугристой глабелью, одного из самых интересных ископаемых, которых можно найти в трентонских породах. К тому моменту он был уже известен более 40 лет, его описал в 1832 г. в монографии «Трилобиты Северной Америки» (Trilobites of North America) [12] Джейкоб Грин.
12
Это весьма своеобразная книга, включавшая не только описание, но и цветные реконструкции трилобитов, которых еще можно найти в коллекциях некоторых из наших старейших научных учреждений. Грин надеялся, что цветные иллюстрации привлекут покупателей. К сожалению, часть реконструкций недостоверна. — Прим. авт.
Ничто не предвещало, что конечности трилобитов будут воссозданы именно благодаря этому виду. Но вот Уолкотт начал отбирать и шлифовать образцы из так называемого «слоя Ceraurus» — это слой толщиной в несколько сантиметров, в котором во множестве встречаются трилобиты данного вида. И их там очень много — такой необычный слой. Сверху и снизу видны прекрасные, целиком сохранившиеся, но пустые панцири — украшение шкафа любого коллекционера, но информации предлагающие не больше, чем тысячи других образцов. Такое впечатление, что животных будто заперло в ловушке внезапным ливнем осадка, возможно, результатом урагана — трагедия местного масштаба для когорты трилобитов, но для исследователя, появившегося через 440 млн. лет, бесценное благодеяние. В середине слоя находились животные, заживо погребенные под слоем осадка; некоторые умерли, пытаясь выбраться на поверхность из своих илистых могил. Представьте себе мирное морское дно, трилобиты в изобилии ползают туда-сюда; и вдруг вода темнеет от ила; ил удушливым одеялом накрывает все живое, и кто-то так и не выбирается на поверхность. Бедняги даже не успевают полностью свернуться, хотя многие уже начали сгибаться, но задохнулись, так и не закончив процесс. Так что идея найти свернутую «временную капсулу» оказалась в конце концов отчасти правильной. Конечности животных, оказавшихся в середине слоя, не разложились сразу же, как это случилось с конечностями тех, кто находился близко к поверхности. Вместо этого их заполнила насыщенная минералами вода. То, что было мышцами, заместилось белым кальцитом. Как при создании мумий, чьим изготовлением в совершенстве овладели жрецы фараонов, божественный ихор [13] наполнил ножки. Раствор минерализовался, и когда окружающие ткани были съедены без остатка, на память о них остался минеральный слепок. Уолкотт догадался, что белые пятнышки на фоне серого известняка на отшлифованном срезе как раз и есть кальцитовые матрицы загадочных ножек. Через несколько дней он повторил наблюдения, исследуя другой вид. «Обнаружил, что у Calymene senaria такой же тип придатков, как и у С р. Описал Ср. после ужина», — лаконично пишет он в дневнике 10 марта 1876 г. Наверное, он практически любое открытие описывал бы именно в такой сухой манере: «В полдень с.д. нашел Святой Грааль; завтра ожидается Эскалибур». С того дня история трилобитов круто изменилась.
13
Ихор — нетленная прозрачная кровь богов в греческой мифологии.
А теперь вообразите, что Уолкотту предстояло сделать. Требовалось сначала расшлифовать — вручную — целую серию срезов. Потом нужно было выяснить, сколько ножек у трилобитов, определить, ветвились они или были простыми суставчатыми конечностями. Известняк, прямо скажем, не самый мягкий материал (постучите по ближайшему викторианскому камину и убедитесь сами), и Уолкотт пользовался проволокой и специальным кругом для разрезания и шлифования срезов — процесс кропотливый. И, что самое трудное, чтобы получить трехмерную картину, следовало соотнести рисунки срезов друг с другом — задача непростая даже для современного компьютера. Можно представить, как Уолкотт, желая приглушить печаль, засиживается допоздна в лаборатории и как любопытство и амбиции приходят на смену горьким мыслям. Так или иначе, он сумел кратко написать о своем открытии: статья было опубликована еще до конца года. Она носила тяжеловесное название: «Предварительное сообщение об обнаружении следов плавательных и жаберных конечностей трилобитов» (Preliminary notice of the discovery of the remains of the natatory and branchial appendages of trilobites). Статья с подобным названием вряд ли шла нарасхват, хотя название и соответствовало сути открытия. В любом случае, Уолкотт продолжал исследования новых шлифов, приготовленных в течение последующих 18 месяцев, и переработал первоначальную реконструкцию. Но уже и в первой версии обозначились некоторые любопытные детали. Уолкотт отметил один важный факт, не опровергнутый и по сей день. На каждом сегменте имелась пара конечностей, и, насколько он мог судить, они были более или менее одинаковыми по всей длине животного. Они свисали под брюшком, в котором размещались внутренности. Вся внутренняя масса располагалась в основном под осевой, средней частью трилобита. Таким образом, ножки со всеми своими придатками функционировали под телом животного, защищенные сверху и прикрытые с боков покатыми плевральными частями. Ближе к середине располагались членистые ножки, типичные для всех членистоногих — от жуков до тарантулов, скорпионов или многоножек. Так, одним росчерком пера решилось биологическое родство трилобитов. Мы говорим о тех частях конечностей, которые Уолкотт назвал «плавательными ножками» — он, очевидно, склонялся приписать им именно такую функцию. Кроме них, на первоначальной реконструкции ножек Уолкотт изобразил еще другие придатки, один из которых отходил от внутренней членистой ножки. Третий, внешний придаток ответвлялся от общего основания всех трех. Он был тонким и имел необычный штопорообразный облик. Такими представлялись дыхательные придатки — жабры, с помощью которых кислород извлекался из воды: в этом трилобиты подобны всем другим членистоногим. Так или иначе, вся структура выглядела вполне правдоподобно.
При реконструкции конечностей Уолкотт обращался к аналогиям с ныне живущими ракообразными. Это подтверждают его дневниковые записи: «Чем больше я изучаю и сравниваю с современными ракообразными, тем яснее я вижу сходство в деталях строения» (12 июля 1877 г.). Хотя ученые убедительно претендуют на независимые наблюдения, даже самые честные неизбежно окажутся в плену предубеждений и предвзятых мнений — для них уже как бы существуют правдоподобные сценарии, созданные из их интеллектуального багажа и опыта. Уолкотт опирался на гипотезу о том, что трилобиты есть родственники ракообразных, — идею, витающую в воздухе. Вспомните описание у Гарди: «Один из примитивных ракообразных под названием трилобит», — а опубликовано это было в 1873 г. Одно и то же предположение породило и рабочую версию [14] Уолкотта, и фантазии Гарди, хотя и по разные стороны Атлантики. Кто знает, не листали ли два таких разных мыслителя одну и ту же книгу?
14
Не прошло и десяти лет, и Уолкотт пересмотрел свое мнение и склонился к мысли, что трилобиты являются родственниками мечехвоста Limilus. — Прим. авт.
Конечности трилобита окончательно перебрались в трехмерный мир благодаря еще одной находке в штате Нью-Йорк. Образцы происходили из пород, совершенно не похожих на известняки, которые изучал Уолкотт. Это были темные сланцы, черные, как шляпа строгого джентльмена. Сланцы откалывались молотком и расслаивались на тонкие пластины. Это сланцы Ютика, которые обнажаются в карьере недалеко от города Рима (этот район штата Нью-Йорк был и остается классической для геологии областью). В некоторых слоях сланцев Ютика во множестве находили трилобитов Triarthrus — животных примерно сантиметровой длины. Трилобитоносная плита выглядела так, будто на нее заползла уйма больших мокриц и там умерла. Разглядывая одну такую плиту, студент-дипломник У. Д. Мэтью заметил нечто выступающее со стороны цефалона трилобита. Это напоминало две немного изогнутые золотые нити. Под лупой у нитей проявились сегменты и сужение к концу. Это были антенны! Уолкотт не увидел их на своих срезах. Антенны являются защитным авангардом на теле членистоногого: это одновременно и нос, и пальцы; они обследуют окружающую среду с поразительной чувствительностью. Детское название «щупики» — от слова «щупать» — до обидного далеко от их действительной эффективности. У трилобитов, как выясняется, есть глаза, чтобы видеть, и антенны для обоняния и осязания; и вот наш трилобит перестает казаться таким уж «примитивным».
Профессор Бичер из Колумбийского университета сразу понял важность находки. Место, откуда появились чудесные трилобиты, получило название Бичеровский трилобитовый слой, и уже к концу 1893 г. он опубликовал известие об этой находке. Затем он отыскал и остальные конечности на брюшной стороне Triarthrus, но не в виде неясных пришлифовок, а целые конечности, как на выставке, обведенные золотым контуром. Как раз золотая пленка и привлекла поначалу внимание к антеннам; она заместила их тонкую внешнюю кутикулу: на самом деле, это было не настоящее золото, а «золото дураков» — пирит. Что за чудо сохранности — как если бы небывало сноровистая рука напылила блестящий консервант на самые эфемерные анатомические части до самых мельчайших шипиков. Некоторые экземпляры оказались перевернутыми на спинку, будто прикрепленные булавкой в ожидании исследователя-биолога. Эти экземпляры, наконец, помогли разобраться с неясными вопросами анатомии трилобитов: здесь заканчивается путь, который начался с «плоской рыбы» Эдварда Ллуйда. Стало видно, что тонкие ножки, состоящие из большого числа члеников, находились под другим придатком конечности. Эти две части — ножка и ее придаток — не разделялись совершенно, а соединялись, что в целом соответствовало схеме Уолкота, только проще устроено. Внешний (верхний) придаток прикреплялся к членистой ножке у основания или близко к нему (поэтому такая конечность описывалась как двуветвистая, т.е. с двумя ветвями) и представлял собой тонкую, похожую на перышко щеточку из нитей или лепестков. К каждому сегменту по всей длине животного прикреплялась пара одинаковых ветвистых конечностей. Таким образом, снизу трилобит представлял собой серию повторяющихся модулей с конечностями более или менее одинакового строения, по паре на сегмент; в общей сложности в туловищном отделе их было десяток или около того.
Даже сегменты пигидия, похоже, имели по паре конечностей, которые становились все меньше по мере приближения к задней части животного. Под головным щитом находились три пары конечностей похожего устройства, а перед ними — пара антенн, но из одной ветви, немного загибающейся наружу. Профессор Бичер сделал серию моделей брюшной части Triarthrus, воплотив свое видение анатомии трилобита в скульптурной форме. Я держу в руках одну из этих моделей: эта выполненная из парижского гипса фигура вдвое больше натуральной величины. Изображение настолько правдоподобно, что меня не однажды просили выставить его в качестве «настоящего».
Изображение, конечно, не настоящее. Примерно каждые 30 лет со времени первой публикации Бичера кто-нибудь смотрит на Tharthrus из Ютики свежим взглядом и замечает новые подробности. Последним таким ученым оказался скрупулезный Гарри Уиттингтон, который в начале 1980-х предложил молодому исследователю Джону Алмонду отпрепарировать пиритизированные конечности воздушно-абразивным методом, когда специальный инструмент обрабатывает каменную поверхность струей тонкого порошка. Порошок тверже камня, но мягче, чем материал конечностей, так что конечности вытачиваются из камня без повреждений (по крайней мере, теоретически). Уиттингтону и Алмонду удалось рассмотреть структуру членистых придатков так же ясно, как если бы перед ними были ноги омара на обеденной тарелке — они даже разглядели щетинки на кончиках «ступней». Верхний придаток, тот, что аккуратно причесан, они посчитали органом дыхания — жаброй. Он отходил почти горизонтально под плевральной долей; действительно, такие «расчесочки», располагаясь последовательно, могли накладываться друг на друга. У многих членистоногих — гофрированные органы дыхания, которые абсорбируют растворенный в воде кислород через увеличенную за счет складок поверхность. Выходит, гипотеза Уолкотта о дыхательных конечностях почти через сто лет была подтверждена фактически Уиттингтоном и Алмондом. Но, кроме того, Уиттингтон и Алмонд заметили и кое-что новое: например, то, что базальные членики ножек и некоторые другие их членики были снабжены удивительно крепкими шипами. Наш Triarthrus оказался более колючим созданием, чем предполагал Бичер.
В палеонтологии не бывает твердой и окончательной истины. Каждый новый наблюдатель привносит что-то свое: новую технологию, новое понимание, даже новые ошибки. Прошлое видоизменяется. Ученый постоянно исследует прошлое, о котором до конца мы никогда не узнаем, так что нет конца и процессу познания. Эту мысль прекрасно выразил Джон Драйден:
Круги обыденной тщеты — вот их удел: Как низкому познать высоты? Иль бесконечность смертному познать?