До и после динозавров

Немного о трилобитоведах

Приземистый трилобит медленными шажками передвигался по мягкому илистому дну ордовикского моря, куда проникал лишь тусклый свет. Он сворачивался с приближением опасности, снова распрямлялся и продолжал поиск спрятавшихся в иле червей…

В этой на первый взгляд простенькой фразе выразились годы исследований, проведенные в экспедициях (поле), лабораториях и за письменным столом. Однако нужно ли было тратить столько сил и средств, чтобы узнать, что по илистому дну какого-то моря ползали какие-то трилобиты? Прочтите книгу до конца и решите сами.

Особенности полевого сезона

Пятиминутная прогулка от дверцы комфортабельного джипа, который полчаса катил по ровному, без малейшей выбоины шоссе от ближайшей гостиницы с туалетом, ванной и спутниковой антенной в каждом номере, — вот и весь полевой сезон где-нибудь в Америке, Австралии или Европе. Вожделенным объектом изысканий, как правило, оказывается выход горных пород размером 2 х 2 метра в выемке того же шоссе.

То ли дело у нас. При научно-изыскательных работах выбор кажется обширным, но наделе сводится к горным хребтам и отдаленным районам Сибири. Ветер дальних странствий навеян отнюдь не таежной или горной романтикой, а расчетом. Нужен результат, и добиться его можно, лишь имея перед собой обширные выходы горных пород (разрезы). Их-то и приходится искать в горах и по берегам сибирских рек.

Сначала на складе скрупулезно отбирается полевое оборудование. Чайник должен отличаться от дуршлага. Раскладушка не должна захлопываться словно капкан сразу после попадания в нее любого предмета. Надувная лодка призвана дотянуть хотя бы до противоположного берега. И так далее.

Переброска даже в случае летной погоды занимает сравнительно немного времени. К тому же часть груза свалилась с плеч (в прямом смысле этого выражения) — объемистый багаж сдан. После нескольких пересадок наступает мгновение, когда мы покидаем последнее транспортное средство (вертолет, «кукурузник» или баржа), оно взлетает (отходит) обратно, и полевой отряд остается наедине с местной «геологией».

Теперь, если повезло с погодой, надо поскорее накачать лодки и отплывать. Во-первых, посреди реки комары не так сильно кусают. Во-вторых, потому что лето в Сибири короткое. Если же с погодой не повезло, делать надо то же самое. Место для лагеря выбирается так, чтобы ночью его не затопило и не засыпало. Когда это происходит днем, не так страшно, поскольку в лагере никого нет: все работают.

От успеха полевых работ зависит решение любой научной задачи. Поэтому каждый разрез должен быть подробно изучен, то есть послойно описан, зарисован и сфотографирован.

Из каждой разности пород отбираются образцы, а по всему разрезу выискиваются окаменелости (например, трилобиты.) У образцов необходимо помечать верх и низ, иначе потом не разобраться, что куда росло и что на что накладывалось. Каждый из них должен иметь номер, соответствующий номеру в описании и на рисунке. Конечно, сидя под дождем на мокрой холодной скале, меньше всего хочется рвать карандашом размокшую бумагу полевого дневника и этикетки. Единственное желание — распихать камни по карманам и быстрее вниз, к лагерю, пока совсем не стемнело. Авось потом не забудется, что бралось и откуда. «Потом» редко хоть что-то вспоминается в точности.

Если в разрезе, что нередко случается на речных берегах и в горных ущельях, обнажается поверхность пласта или нескольких пластов, такой счастливый случай упустить нельзя. Ведь эта поверхность когда-то была самым настоящим дном водоема. На ней отпечатались волны и течения, следы животных и катившейся гальки. По всем этим мгновенным «отпечаткам» прошлого можно определить, в каком направлении переносились осадки, и глубину бассейна.

Вес образцов постепенно начинает превышать вес тушенки и сгущенки, и когда надувная лодка проседает до бортов, а из продуктов остаются только крупная соль и мелкая крупа, пора брать весла в руки и возвращаться кратчайшим путем (километров триста вниз по реке на веслах — попутка — «кукурузник» — большой самолет — автобус — метро) домой. Только тогда, когда образцы распакованы, разложены и подготовлены для дальнейшей лабораторной обработки, можно считать полевой сезон оконченным. Это означает, что уже нужно думать о следующем поле.

Настольные игры

Пока голова думает, можно немного поработать руками. Разложить образцы и привести их в порядок. Помыть, почистить, убрать ненужную породу, протравить кислотой или щелочью, в зависимости от состава породы, и подавать на стол. Точнее, на столик микроскопа, светового или сканирующего (буквально — обшаривающего) все ямки и закоулки образца с помощью пучка электронов.

Итак, что можно увидеть у трилобита? Он, конечно, каменный. Если даже небольшого трилобита случайно смахнуть с края стола на ногу, то в этом можно легко убедиться. Но этот эксперимент лучше оставить для самых недоверчивых. Если на трилобита капнуть соляной кислотой, то она помутнеет, зашипит и запузырится. Это значит, что остатки трилобита состоят из легко вступающего в реакцию с кислотой минерала — кальцита (карбоната кальция — СаСО₃). Выделяющийся при этом углекислый газ и создает шум и пузыри, будто откупорили бутылку газированной воды.

Пусть наш произвольный трилобит будет не слишком мелким: сантиметров, скажем, десять длиной (большинство трилобитов росло до 3–5 см, очень редко — до 70 см.) Тогда основные его особенности можно разглядеть и без микроскопа. Трилобит — двусторонне-симметричный: его левая половина является зеркальным отражением правой. На продолговатом закругленном панцире легко различить нечто похожее на подкововидную голову (там, где глаза), округло-треугольный хвост (там, где глаз, соответственно, нет) и туловище. Туловище состоит из многочисленных, сходных друг с другом сегментов-члеников, видимых снаружи. Если хорошенько похудеть и посмотреть на себя в зеркало, то можно узреть, что наше туловище тоже членистое, как у трилобита. Только у нас видимость сегментации создают части внутреннего скелета — ребра, а трилобит — членистый снаружи. С головы до хвоста трилобита протягиваются две заметные борозды. Он оказывается расчленен не только поперек, но и вдоль: на осевую и две боковые лопасти. Отсюда и название «трилобит», что по-латыни значит «трехлопастной».

Сравнивая трилобита с различными нынешними животными, можно догадаться, что ближайшие его родственники принадлежат к членистоногим (насекомые, пауки, многоножки, раки.) Более тщательное сравнение трилобита с перечисленными выше организмами наведет на мысль, что на трилобитов особенно похожи раки. Рака можно расчленить на головной отдел с глазами, членистое туловище и хвост — почти тех же очертаний, что и задняя часть трилобита. В отличие от обычного, найденного в поле трилобита у рака, правда, есть членистые антенны, клешни, несколько пар ходных ножек и сложные челюсти.

Если трилобиту не повезло и он был заживо погребен подводным грязевым оползнем или плотным облаком мути, то повезло исследователю. У таких трилобитов можно разглядеть особенности, которые в нормальных условиях совершенно не сохраняются. Оказывается, что при жизни у трилобита были и несколько пар раздвоенных членистых ножек, и пара антеннул, которые исполняли роль антенн, то есть передавали сигнал принимающему устройству (мозгу). Значит, подобно раку трилобит мог семенить по дну на нижних ответвлениях своих конечностей, ощупывая все антеннулами. Верхние ответвления конечностей были похожи на веера и подобно жабрам у раков служили для дыхания. Никаких клешней и челюстей у него не было. Наверное, трилобит удерживал и перемалывал свою пищу, используя шипики на ближних к телу члениках ножек. С помощью этих члеников он мог протолкнуть добычу, изжеванную снаружи до удобоваримого состояния, в рот. Ротовое отверстие находилось под головным щитом. На хорошо наевшихся перед смертью трилобитах виден пищевой тракт, который протянулся от ротового отверстия к заднепроходному, открывавшемуся наружу на одном из брюшных сегментов перед хвостовым щитком.

Некоторые современные крабы (они тоже относятся к ракообразным членистоногим) и омары сжимают клешню с огромной силой. Такому омару палец в клешню не клади — срежет, словно кровельными ножницами. Им давящая конечность необходима, чтобы добраться до мягкого тела лакомых улиток и двустворчатых моллюсков. Поскольку сам деликатес предпочитает при малейшей опасности скрыться в своей раковине и поплотнее прикрыть за собою створки или крышку, приходится орудовать клешней, как консервным ножом. Понятно, что подобная пища была трилобитам не по «зубам» (точнее будет сказано — не по ногам). Да и двустворки с улитками во времена расцвета трилобитов были очень мелкими. Проще было напихать их побольше в желудок вместе с илом, в котором они прятались, залечь в этот ил, чтобы самому не стать чьим-нибудь лакомством, и медленно переваривать. То место, где находился вместительный желудок у трилобитов, бросается в глаза прежде всего. Помещался он под самой большой выпуклостью на головном щите. На первый взгляд трилобит кажется довольно головастым, а на самом деле все — сплошной желудок. В нем иногда можно найти слегка раздавленные раковинки мелких животных и даже крупных, но не имевших прочный покров. На осадке, который оставался на теле ученых, если он вскоре затвердевал, хорошо пропечатываются следы. По ним можно проследить всю «драму на охоте». Вот в илу, пульсируя нежным телом, прорывает прямой ход кто-то, похожий на червяка. Над ним, прижимая к поверхности дна чувствительные антеннулы и оставляя отпечатки членистых ножек, ползет трилобит. Нагнал, взрыхлил подкововидным головным щитом ил, сжал не осознавшего всей опасности неожиданной встречи червя шипастыми ножками — и давай его, еще живого, в рот запихивать. Очертания всего трилобита проступают над перелопаченным более чем обычно осадком.

Хорошо, когда остаются следы. Чаще о том, чем питались давно вымершие животные и кто были их микроскопические современники, приходится догадываться по «следам» следов. Такими «следами» являются изотопы и биомаркеры.

Слово «биомаркер» буквально означает «след живого». Сам биомаркер — это почти неразложимый участок молекулы, которая когда-то была частью живого организма. Он представляет собой простое соединение углерода и водорода с кислородом, серой, азотом или без них. Наиболее интересные молекулы (например, белки) очень неустойчивы. Зато некоторые углеводы и жиры сохраняются бесконечно долго. Потеряв со временем некоторые кусочки, органическая молекула превращается в биомаркер. Обнаружив его в горной породе, можно восстановить всю цепочку распада до исходной сложной молекулы. А потом определить, кому она принадлежала. Ведь разные организмы (бактерии, водоросли, грибы) хоть чуточку отличаются по набору органических соединений. Так биомаркеры помогают узнать о тех, кого в горной породе уже давно не видно да и при жизни трудно было разглядеть.

Если биомаркеры в ископаемых остатках присутствуют, как правило, свои, то изотопы могут быть и чужие. Животные накапливают в тканях, включая кости, изотопы тех, кем они питались. Изотопы в переводе с греческого «равные по месту». Называются они так потому, что являются атомами одного и того же химического элемента и занимают одну и ту же клеточку в периодической системе элементов. Однако если число протонов в них одинаковое, то число нейтронов разное. Как следствие — они различаются по весу. Например, среди устойчивых изотопов углерода есть более тяжелый углерод, содержащий в ядре 13 элементарных частиц (6 протонов и 7 нейтронов). Он обозначается как 13С. И есть более легкий углерод с 6 протонами и 6 нейтронами (12С). Среднее соотношение устойчивых изотопов углерода, серы, азота и других элементов в земной коре неизменно. Лишь живые существа, сами не отличающиеся особым постоянством, способны нарушить его. Происходит сдвиг в первичном соотношении изотопов во время фотосинтеза и хемосинтеза. Но об этих явлениях — немного позже.

Исследуя изотопные соотношения и биомаркеры из трилобитового скелета, можно узнать, при какой температуре воды он жил (по изотопам кислорода) и что ел на обед (по биомаркерам).

Древнейшие трилобиты были хищниками с хорошо развитыми органами зрения. Глаза трилобита отличаются от рачьих и более всего напоминают сложные, состоящие из многочисленных глазков-фасеток лупешки стрекоз (или других насекомых). Каждая фасетка, а их могло быть до 15 000 в каждом глазу, представляла собой самую настоящую двояковыпуклую или плоско-выпуклую линзу, но не стеклянную, а кальцитовую. Такие глаза были прекрасно приспособлены для жизни при тусклом освещении. Поскольку по мере роста трилобита глаза увеличивались, угол зрения постепенно менялся от 30 до 90 градусов. Располагались линзы так, что собирали свет в единый пучок на определенном участке в голове трилобита, где, вероятно, располагался светочувствительный орган. У некоторых трилобитов каждая глазная линза была в десять раз совершеннее целого глаза современной лягушки. Кроме того, соседние линзы могли использоваться для получения объемного изображения. Многократно засекая один и тот же объект парой соседних линз, трилобит измерял расстояние и скорость его передвижения. Выполнение подобных расчетов подразумевает относительно сложную нервную организацию трилобитов.

Чувствительные антеннулы служили трилобитам для поиска жертвы, а глаза, наоборот, позволяли избежать участи оной. У некоторых трилобитов органы зрения возвышались на стебельках. Сам зверек мог полностью врыться в ил, выставив их наружу словно перископы. Другие трилобиты с помощью глаз точно рассчитывали время, когда нужно свернуться в плотный шипастый клубок. Далеко не каждый хищник мог его распутать. Особенно важны были зрительные органы в период линьки. Поскольку у трилобитов, как у всех членистоногих, скелет находился снаружи и мешал расти, его время от времени приходилось скидывать. Это расставание с прежним скелетом, который распадался по всем швам (это действительно были швы, и они прекрасно видны на панцире), и называлось линькой. Подавляющее большинство смертных случаев у членистоногих приходится на время линьки, когда они становятся совершенно беззащитны перед хищниками. Поэтому на время смены «одежки» они скрывались в пустых трубках червей и раковинах улиток. Линяли разные трилобиты в течение своей жизни от 8 до 30 раз, каждый раз удлиняясь на один-два туловищных членика, а в целом вытягиваясь в 1200 раз.

Если расположить трилобитов по возрасту от самых первых (им 530 млн. лет) до самых последних (им ок. 250 млн. лет), то можно заметить, что улучшение зрения и способов высвобождения из тесного, поношенного скелета были важными вехами в их долгой истории. Эти усовершенствования и создали все огромное разнообразие трилобитов.

Вот так после тщательных полевых и лабораторных исследований строения панциря, устройства органов зрения, осязания и движения в омертвелом камне постепенно начинают проступать черты пусть несовершенного, но по-своему необычного и неповторимого во времени животного. Теперь можно сесть и написать: приземистый трилобит медленными шажками передвигался по мягкому илистому дну ордовикского моря, куда проникал лишь тусклый свет. Он сворачивался с приближением опасности, снова распрямлялся и продолжал поиск спрятавшихся в иле червей…

Сходным образом восстанавливается облик других современников трилобитов — тех, кого они ели, тех, кто, наоборот, гонялся за ними, и просто соседей. Постепенно воссоздается все сообщество — то есть сами организмы в их взаимоотношениях друг с другом и со средой обитания в некотором пространстве и в определенный момент времени. За пределами этого пространства и времени были другие сообщества, прямо или косвенно связанные друг с другом. Прослеживая во времени смену сообществ и преобразования в любом из них, можно понять, по каким законам развивалась жизнь на планете от ее зарождения до наших дней и какие условия необходимы для существования устойчивого сообщества или общества.

Маленькое отступление

Подобно настоящей летописи летопись земных слоев писалась разными, часто неизвестными авторами. Многие слои были образованы мельчайшими бактериями и простейшими одноклеточными организмами, от которых последующие геологические изменения мало что оставили.

Этнограф Лев Николаевич Гумилев отмечал, что летописцы часто завышали значимость отдельных событий. Засушливый год мог показаться самым дождливым, поскольку каждый долгожданный дождь обязательно заносился в летопись. Наоборот, никто не обращал внимания на ливень, который зарядил с утра в понедельник и шел до воскресного обеда, причем каждую неделю. Подобным же образом гигантские кости какого-нибудь зверя, значимого лишь для отдельного сообщества, имеют больше шансов уцелеть, чем остатки бактерий. А ведь они, влияя на состав газов в атмосфере, были во все времена намного важнее для всех обитателей планеты.

Более удачливым авторам, от которых сохранились следы (например, норки) или скелетные остатки, даются условные названия, состоявшие из латинских букв. Это дань средневековой этике ученых. В те времена исследователи разных стран выражались исключительно на мертвом латинском языке. Ни один живой язык не имел преимущества, и шансы разных школ уравнивались.

Употребление латинских и греческих слов, конечно, несколько усложняет текст. Но мне кажется, что лучше пользоваться латинскими и греческими терминами, чем писать вроде «это животное с ушами, как лопухи, жило до животного с хитрой мордой, но после животного с большими зубами и ело все зеленое». (Термины и их латинские (лат.) и греческие (греч.) корни по мере возможности объясняются прямо в тексте.

Совсем без названий ископаемых организмов обойтись невозможно. Многие из давно вымерших существ не имеют даже отдаленных родственников в современном мире. Образуются их имена по правилам особых кодексов, чтить которые — святая обязанность каждого биолога, ботаника и палеонтолога. Эти названия имеют латинские или латинизированные греческие корни, но в последнее время среди них все чаще встречаются фамилии ученых (например, сприггина, эрниетта, клаудина) и географические привязки (например, чуария, лонгфенгшания, халкиерия). Начало научному словотворчеству положил шведский естествоиспытатель XVIII века Карл Линней, назвавший жабу обыкновенную «буфо-буфо» в честь своего французского современника Жоржа Бюффона. Подобным образом поступал и французский палеонтолог XIX века Жоаким Барранд. Проживая в Праге, он описал более трех с половиной тысяч ископаемых видов, и в дело пошли простые чешские слова (например, «бабинка» и «паненка»).

Иногда с названиями происходят удивительные истории. Один австралийский палеонтолог нашел в кембрийских слоях раковинку моллюска в виде колпачка, но со странной трубкой, торчащей из-под макушки. Он был большим поклонником фантастического сериала о профессоре (конечно, сумасшедшем) и его роботах-далеках. Далеки выглядели точь-в-точь как кембрийский моллюск — коническое туловище и длинный щуп на голове. Ног нет. В честь их колпачок с трубочкой и получил свое видовое имя. Но и автор книги, по которой сняли сериал, имя позаимствовал. В те далекие уже 60-е годы XX века по всему миру прославился советский танцевальный ансамбль «Березка». Девушки-«березки» в ниспадающих юбках плавно, казалось, без ног, скользили по сцене. При этом они напевали что-то вроде «далеко-далеко». Так появились далеки — роботы-юбки.

Карл Линней не только придумал правила для наименования живых и ископаемых организмов. Для пущего удобства он стал сводить похожие существа в группы. Практически неотличимые друг от друга особи он предложил называть видами. Наиболее похожие виды объединялись в роды, сходные роды — в отряды, а далее — в классы. Потом добавили еще две категории: семейства и типы.

Например, человек относится к виду «сапиенс», принадлежащему к роду «гомо», также как вид «эректус» (питекантроп.) Последний вместе с родом австралопитеков включается в состав семейства гоминид. Это семейство, а также мартышки и лемуры, входит в отряд приматов (лат. «первенствующие» — человеку свойственно переоценивать свою значимость в природе). Приматы являются одним из отрядов в классе млекопитающих наряду с хищными, китообразными, рукокрылыми грызунами и другими. Млекопитающие вместе с пресмыкающимися, птицами, костными рыбами и даже совершенно непохожими на всех них морскими спринцовками объединяются в тип хордовых. (Морская спринцовка напоминает небольшой кожистый бочонок, который выстреливает струей воды, если вытащить его из моря и коснуться пальцем.)

Данные палеонтологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, генетики и молекулярной биологии позволили понять, что все эти линнеевские группы представляют собой объединения организмов, связанных определенной степенью родства. У каждой науки своя особая роль в познании мира, но палеонтология позволяет воочию увидеть, как выглядели далекие общие предки и какие именно органы более всего переменились при превращении одних организмов в другие.

Обычно, чем ближе родство и чем короче временной промежуток, отделяющий от общего предка, тем больше общности между организмами. Связь между видами одного рода теснее, чем между видами одного семейства, и так далее — вплоть до типов. В последнее время приходится употреблять и более общие категории — царства и империи.

Империй всего три — эубактерии, архебактерии и эукариоты. Среди эукариот принято выделять четыре царства — простейшие, грибы, растения и животные. Правда, многие простейшие и низшие растения (водоросли) по внутреннему строению менее похожи между собой, чем высшие растения и животные. Поэтому все чаще предлагается разделить эукариот на большее число царств (7 или даже 19.) Подробнее особенности этих империй, царств и типов будут перечислены дальше, по мере их появления в ископаемой летописи и на страницах книги.

Подобно тому как настоящие летописные свитки именуются по месту их нахождения, получают названия страницы каменной летописи. Вся она подразделяется на два очень неравных по продолжительности интервала — криптозой (3900 — 550 млн. лет назад) и фанерозой (550 млн. лет назад — современный период.) Иногда условно выделяется предшествовавшая криптозою прискойская эра (лат. «прискус» — «предшествующий»), но соответствующих ей отложений (4,6–3,9 млрд. лет назад) на Земле не существует. В криптозое выделяются архей (грен, «древний»; 3,9–2,5 млрд. лет назад) и протерозой (2500 — 550 млн. лет назад.) Последний закончился вендским периодом (605–550 млн. лет назад).

Фанерозой включает три эры — палеозойскую (550–248 млн. лет назад), мезозойскую (248 — 65 млн. лет назад) и кайнозойскую (65 млн. лет назад — современный период). Каждая эра состоит их нескольких периодов. Палеозойская — из кембрийского, ордовикского, силурийского, девонского, каменноугольного и пермского; мезозойская — из триасового, юрского и мелового; кайнозойская — из палеогенового, неогенового и четвертичного.