На заре жизни. Органический мир докембрия

Изменения животного мира планеты на нижней границе кембрия

Итак, постепенно двигаясь снизу вверх по геологическому разрезу — от древних к более молодым слоям, мы подошли к нижней границе кембрия, к основанию фанерозоя. На этом рубеже буквально как из рога изобилия появляется огромное количество скелетных остатков, принадлежащих животным из самых различных групп и типов. Впрочем, слово «появляется» в этом случае не очень точно. В предыдущем разделе мы говорили, что животных было довольно много уже в вендских морях, но они не сохранялись на страницах геологической летописи, так как не имели твердых скелетных образований. А на границе кембрия представители самых разных групп органического мира пережили однотипное и, по-видимому, практически одновременное изменение: у них появляется скелет. Организмы эти находились явно на разных уровнях эволюционного развития, и сами скелеты у различных групп животных резко отличаются друг от друга. У одних — это наружная раковина, у других — внутренний скелет. Значительно отличаются эти образования и по химизму — у одних кальцитовые раковины, у других — фосфатные, у третьих — кремневые, у четвертых — хитиновые панцири.

Объяснение этого явления волнует и геологов и биологов вот уже несколько десятков лет. В прошлом веке подобные события связывались с актами божественного творения живых существ. Но для серьезного научного разговора эти аргументы не подходят.

Многие специалисты стали высказывать сомнение в том, что вообще было такое явление — массовое и одновременное появление скелетных организмов. Я уже упоминал о работах профессора Томского политехнического института К. В. Радугина, который много лет доказывает, что вся эта проблема является надуманной, что остатки и археоцеат и других скелетных организмов в изобилии встречаются в заведомо докембрийских слоях. Но проверки таких находок не дали точного и однозначного подтверждения их древнего возраста. Они могут быть и более молодыми, кембрийскими. Одно за другим были тщательно проверены и отвергнуты все сведения о находках скелетных остатков в докембрии различных частей планеты. Не брахиоподы, а гальки прихотливой формы или стяжения кристаллов, не кораллы, а водорослевые образования типа строматолитов, не ракоообразные, а трещины на поверхности дна пересыхавших водоемов.

Выдвигались предположения, что скелетные остатки животных докембрия имели микроскопические размеры и их просто не видно невооруженным глазом. Они тоже были отвергнуты: изучение древних толщ под микроскопом было проведено во всех странах. Я уже писал и о маловероятных предположениях, что древние животные, в том числе и скелетные, в докембрии прятались в недоступных глубинах Мирового океана.

Наконец, ставилось под сомнение то, что появление скелетных остатков на нижней границе кембрия было внезапным и одновременным для всей планеты. В капитальном сводном труде по кембрийским отложениям Советского Союза есть такие строки:

«При определении точной границы кембрия принимается, что указанный выше комплекс скелетных организмов появился более или менее одновременно. Наоборот, соображения теоретического порядка подсказывают, что скелетные организмы не могли появиться в разных точках земного шара одновременно»[4]. Однако фактов, противоречащих этим соображениям, становилось все больше.

В последние годы в Геологическом институте АН СССР были проведены исследования древнейших кембрийских организмов с применением методики «химического препарирования», разработанной польскими палеонтологами. Из пограничных слоев докембрия и кембрия очень детально (буквально с каждого сантиметра) отбирались образцы карбонатных пород, которые погружались в слабую уксусную, монохлоруксусную, муравьиную и другие кислоты. Камень растворялся, а более плотные раковинки выпадали на дно стакана. Число таких раковинок, полученных из одного образца, измеряется иногда сотнями.

Если бы скелет (в данном случае внешний, раковинка) у тех или иных видов появлялся случайно и неодновременно, то наборы таких ракушек в разных частях планеты были бы совсем различными. Однако комплексы древнейших скелетных организмов оказались в общем одинаковыми не только для всей Сибири, но и для Австралии, Марокко и Европы. Результаты этих исследований (они были темой кандидатской диссертации молодого исследователя В. В. Миссаржевского) позволили выделить в основании нижнего кембрия самостоятельный ярус, который А. Ю. Розанов предложил назвать томмотским (от поселка Томмот на реке Алдан)[5]. Образование скелетов у археоциат, губок, брахиопод и моллюсков произошло чуть раньше, у членистоногих и гидроидных — чуть позже, но в течение кембрия почти все группы организмов обзавелись твердым скелетом. Вчерашние невидимки одели костюмы. Для объяснения причин этого события выдвинут целый ряд разнообразных гипотез, которые в общем можно разделить на три большие группы.

Сторонники химического, геохимического или биохимического толкования этого явления считают, что химизм вод докембрийских морей просто не давал возможности организмам строить твердые скелеты. Предполагается, что морские воды могли быть перенасыщены или хлором, или аммиаком, или углекислым газом, что в них был неустойчивый солевой режим, ненормальные соотношения различных элементов и т. п. Подчиняясь часто химическим законам, раковинки просто не могли возникнуть. А если и возникали, то тут же растворялись. Но ведь, несмотря на это, в докембрии отлагались мощнейшие толщи карбонатных пород, а водоросли строили мощные рифоподобные постройки-биогермы. Кроме того, в начале кембрия у животных появились не только карбонатные, но и кремневые, и фосфатные скелеты.

Многие биологи склонны объяснять появление скелета чисто «внутренними» для органического мира причинами, например, тем, что в кембрии впервые появились хищники и всем организмам срочно пришлось искать способы защиты. Но ведь и сейчас в морях живет большое количество животных без скелета! Другие биологи считают, что в кембрии животные, ранее плававшие в приповерхностных водах, впервые «открыли» для себя морское дно. Пришлось срочно обзавестись скелетами, чтобы не смывало течением и волнами. Американские исследователи Д. Ламар и П. Мерифельд связывали появление скелета у организмов с образованием Луны. В морях возникли приливы и отливы, значительно усилилась динамика прибрежных морских вод — и скелеты стали абсолютно необходимы[6]. Эти гипотезы подкупают логичностью рассуждения, но немного смущают попытками искать в эволюционном процессе какую-то логику, или, если хотите, добрую волю организмов. Звучит что-то вроде: они поняли, что без скелета не проживешь, — и приобрели скелет.

Было бы, конечно, заманчиво, если бы развитие органического мира происходило именно таким образом. Но, к сожалению, современная биология скорее показывает, что изменения в строении и внешнем облике организмов происходят более или менее хаотически, а внешняя среда в этом процессе играет роль не столько режиссера-постановщика, сколько цензора. Она беспощадно вычеркивает, выбраковывает животных, не отвечающих ее изменяющимся требованиям, и сохраняет организмы, которые лучше приспособлены к жизни в существующих условиях.

Вот мы и подошли к третьей группе гипотез, которую можно назвать «мутационной» и которая мне представляется более предпочтительной. Одновременное появление скелета у многих групп означает значительную перестройку их организмов и должно быть связано с какими-то внешними явлениями. Известный немецкий палеонтолог О. Шиндевольф связывает подобные скачки в развитии живого мира нашей планеты с резкими увеличениями уровня космической радиации. Где-то по соседству с Солнечной системой вспыхивает сверхновая звезда, и возросший поток космических лучей обрушивается на Землю, вызывая массовые мутации у самых различных организмов. Но обычно мутации, связанные с облучениями организмов, бывают крайне незакономерными. Поэтому трудно представить, каким образом излучение могло вызвать у самых разнообразных организмов одно и то же изменение — возникновение скелета.

Не менее мутагенны, чем излучение, и некоторые химические вещества. При этом они действуют более направленно, нарушают определенные участки хромосом, и чаще повторяются однотипные мутации. Здесь мы снова можем вернуться, уже на новой основе, к «химическим» гипотезам. На организмы могли влиять и соли, и газы, могло сыграть роль, скажем, изменение газового состава атмосферы, например, накопление кислорода до какого-то определенного предела, критического рубежа, который и знаменует нижнюю границу палеозоя. Могли, наконец, быть и комбинации факторов, поскольку с появлением кислорода и с образованием озонового щита резко уменьшилась ультрафиолетовая радиация.

На первый взгляд, подобные предположения и догадки мало чем отличаются от предыдущих гипотез, которые казались нам умозрительными и надуманными. Однако «химические» гипотезы можно и проверить. Если на нижней границе палеозоя произошли какие-то резкие изменения химизма окружающей среды, они обязательно должны были бы отразиться на составе осадков — песка и ила, опускавшихся на дно моря. Осадочные породы пограничных слоев кембрия и докембрия должны, следовательно, иметь характерные геохимические особенности. Наблюдаются ли они в действительности? Сейчас мы можем уверенно ответить на этот вопрос. Не только наблюдаются, но и могут иметь большое практическое значение.

Исследования последних лет, и в первую очередь уточнение возраста пограничных слоев кембрия и докембрия, позволяют совсем по-новому взглянуть на проблему фосфатонакопления и на размещение месторождений «камней плодородия» — фосфоритов, этого ценнейшего сырья химической промышленности.

Месторождения осадочных фосфоритов в верхнем докембрии и в палеозое — не новость, они были известны уже много десятков лет. Но казалось, что в их распространении трудно найти какие-нибудь закономерности. В Казахстане фосфориты имели среднекембрийский возраст, в Алтае-Саянской области — раннекембрийский, в Китае они еще древнее и залегают в самых верхних слоях докембрия, на Дальнем Востоке они казались гораздо более молодыми, и их образование относили к девонскому периоду. Из этого явно следовало, что возраст пород не имеет к накоплению фосфора никакого отношения.

В последние годы были проведены исследования, которые значительно уточнили возраст толщ, содержащих фосфориты. В первую очередь это коснулось крупнейшего в нашей стране месторождения Каратау в Южном Казахстане. Осадочные фосфориты здесь были найдены еще в 30-х годах, и их возраст определялся как среднекембрийский. Ниже фосфоритов залегала мощная, в несколько тысяч метров толща известняков, песчаников и сланцев, так называемая каройская серия, которая относилась к нижнему кембрию. В 1958 г. И. К. Королюк получила несколько образцов строматолитов из каройской серии, но ее мнению, докембрийских. Проверяя эти выводы, фрунзенский геолог В. Г. Королев и его сотрудники собрали большую коллекцию строматолитов из этих толщ и прислали ее в Геологический институт АН СССР. К этому времени в ГИНе уже были детально изучены строматолиты Урала и многих районов Сибири. Сравнение коллекций дало однозначный ответ: слои, подстилающие фосфоритовую толщу, старше, чем думали геологи. Их можно сравнивать только с докембрийскими, рифейскими отложениями Урала и Сибири. А это значит, что и фосфориты могут оказаться древнее, чем это принято считать.

Несколько лет подряд ездят геологи из Москвы и из Фрунзе в Каратау. Детально изучается слой за слоем. И вот профессор Б. М. Келлер, В. Г. Королев и их сотрудники находят прямо над фосфоритами несколько отпечатков трилобитов. Специалисты уверенно говорят: нижний кембрий, а не средний! В Казахстан отправляется крупнейший специалист по трилобитам И. В. Покровская. Она посещает основные разрезы кембрийских отложений Каратау и просматривает в Алма-Ате и во Фрунзе коллекции, собранные другими геологами. Сомнений нет, фосфориты Каратау древнее, чем предполагалось. Вероятнее всего, это — ровесники сибирских и китайских фосфоритов, и приурочены они как раз к пограничным слоям кембрия и докембрия.

Более древними оказались и дальневосточные фосфориты. Исследования там еще не закончены, но кембрийский возраст охотских фосфоритов можно считать доказанным. Любопытно, что повышенное содержание фосфора показали и образцы, собранные из тех же по возрасту толщ на Крайнем Севере, на склоне Анабарского массива. Таким образом, намечается своеобразная «фосфоритовая эпоха», когда на огромных пространствах, где больше, где меньше, но повсюду отлагались соединения фосфора. Вот достаточно яркий пример, как чисто научная и, казалось бы, отвлеченная от задач практики проблема дает совершенно неожиданный и очень ощутимый «выход» в народное хозяйство.

Но вернемся к проблеме появления скелетов. Связаны ли между собой эти два явления — изменения в органическом мире планеты и вспышка фосфоритообразоваиия? Я не берусь утверждать, где причина и где следствие, но такое совпадение кажется довольно интересным, особенно в связи с мутационными гипотезами. Работы советских геологов, проведенные в последние годы, показали связь фосфатообразования с вулканическими процессами. Не вызвана ли великая кембрийская мутация массовым поступлением в морские воды огромных количеств вулканогенного фосфора? Впрочем, вполне вероятен и обратный случай. Как известно, фосфор — один из главных элементов живых существ. В мясе животных его содержится до нескольких десятых долей процента при общем содержании в земной коре всего 0,08 %. Не могло ли массовое отложение фосфоритов на границе кембрия и докембрия указывать на катастрофическое вымирание мягкотелых докембрийских организмов? Ведь некоторые, более молодые месторождения фосфоритов приурочены как раз к скоплениям остатков некогда существовавших животных.

Но, может быть, на современной стадии исследований не так важно придумать объяснение всем этим деталям, как выяснить во всех деталях сам ход процесса преобразования органического мира на границе протерозоя и палеозоя. В частности, определенные изменения на этой границе претерпевают и растительные остатки. Первые известковые водоросли (не синезеленые, а эпифитоны, ренальцисы и другие растения с настоящим карбонатным «скелетом») появляются несколько раньше, чем первые археоциаты или моллюски. Изменяются на границе кембрия и другие группы органических остатков — строматолиты, онколиты, акритархи. Выяснение всех закономерностей — очень интересная задача ближайшего будущего.