Земная кора – обширный музей, но его естественные коллекции собирались очень несовершенным образом и лишь через долгие промежутки времени.
Чарльз Дарвин. Происхождение видов История жизни на Земле начертана на камнях. Да, эта книга изодрана и покороблена, и клочья отдельных ее страниц беспорядочно разбросаны, но она есть, и существенную часть текста все еще можно разобрать. Палеонтологи без устали трудятся, чтобы свести воедино осязаемые исторические доказательства эволюции – палеонтологическую летопись.
Когда мы восхищаемся поразительными ископаемыми, например гигантскими скелетами динозавров, украшающими наши музеи естественной истории, легче легкого забыть, сколько трудов потребовалось, чтобы обнаружить их, извлечь из земли, подготовить и дать им научное описание. Для этого зачастую приходится совершать долгие, дорогостоящие, опасные экспедиции в далекие и негостеприимные уголки земли. Например, мой чикагский коллега Пол Серено изучает африканских динозавров, а многие самые интересные ископаемые залегают в самом сердце пустыни Сахары. Пол и его коллеги не побоялись политических волнений, болезней, бандитов и, разумеется, сурового климата пустыни ради того, чтобы открыть замечательные новые виды, скажем, Afrovenator abakensis и Jobaria tiguidensis, которые помогли переписать эволюционную историю динозавров.
Подобные открытия требуют истинной преданности науке, многих лет упорного труда, настойчивости и мужества, но также и везения. Однако многие палеонтологи ради подобных находок готовы рискнуть даже жизнью. У биологов ископаемые окаменелости ценятся на вес золота. Без них в нашем распоряжении был бы лишь приблизительный абрис эволюции. Нам пришлось бы ограничиться изучением ныне существующих биологических видов и пытаться установить их эволюционные взаимоотношения, исходя из сходства их форм, развития и нуклеотидной последовательности ДНК. Например, мы бы знали, что млекопитающие состоят в более близком родстве с рептилиями, чем с амфибиями. Но мы бы понятия не имели, как выглядели их общие предки. Мы бы даже отдаленно не представляли себе гигантских динозавров, отдельные виды которых были размером с грузовик, или наших дальних предков-австралопитеков, обладателей крошечного мозга, однако уже прямоходящих. Значительная часть того, что нам хотелось бы знать об эволюции, оставалось бы неразрешимой загадкой. К счастью, прогресс в области физики, геологии и биохимии, а также отвага и упорство ученых-палеонтологов всего мира обеспечили нам прекрасную возможность заглянуть в далекое прошлое.
Создание палеонтологической летописи
Ископаемые известны людям еще с античных времен: о них писал Аристотель, а ископаемые останки динозавра Protoceratops, имевшего клюв, возможно, породили древнегреческий миф о грифоне. Однако подлинную значимость ископаемых человечество оценило значительно позже. Даже в начале XIX в., обнаружив окаменелости, их объясняли просто действием сверхъестественных сил, объявляли, что это животные, погибшие во время Потопа, или же ныне существующие, но диковинные и редкие звери из неисследованных частей света.
Однако эти окаменелые останки хранят в себе историю жизни. Как нам расшифровать историю? Первым делом, конечно, нужны сами ископаемые, и побольше. Затем эти ископаемые нужно расположить в определенном порядке. А потом необходимо точно установить, когда именно они образовались. И каждая из этих стадий работы предъявляет исследователю свои задачи.
Процесс формирования ископаемых прост, но для него требуется особое сочетание обстоятельств и факторов. Во-первых, останки животного или растения должны каким-то образом оказаться в воде, опуститься на дно и затем быстро покрыться осадком, чтобы их не тронуло разложение или падальщики. Мертвые растения и животные, обитающие на суше, редко оказываются на дне озера или океана. Вот почему большая часть ископаемых, которые удается обнаружить, относится к морским организмам: они или живут на дне океана, или естественным путем опускаются на дно после смерти.
Как только ископаемое оказывается надежно покрыто осадочными отложениями, его твердые части пропитываются или заменяются растворенными минералами[10]. В итоге остается слепок животного или растения, который вдавливается в породу под тяжестью покрывающего его осадка. Поскольку мягкие части животных и растений плохо сохраняются в ископаемом состоянии[11], это обстоятельство сильно сужает нашу базу данных о вымерших видах. Ученые обнаруживают множество костей и зубов, а также раковин и панцирей насекомых и ракообразных. Но черви, медузы, бактерии и хрупкие создания наподобие птиц встречаются в ископаемом виде гораздо реже, точно так же как и сухопутные виды встречаются реже, чем водные. Более 80 % времени существования жизни на Земле все живые существа были мягкотелыми, поэтому о самых ранних и наиболее интересных этапах эволюции у нас есть лишь туманное представление, а о зарождении жизни – тем более.
После того как ископаемое сформировалось, ему предстоит выдержать бесконечные сдвиги, складкообразование, нагревы и разломы земной коры, и в ходе этих процессов большая часть ископаемых безвозвратно утрачивается. Затем ископаемое нужно обнаружить. Большая часть ископаемых таится так глубоко под поверхностью земли, что нам они недоступны. Только когда осадочные породы поднимаются на поверхность и подвергаются выветриванию под воздействием ветра и дождя, до них может добраться геологический молоток палеонтолога. Но тут палеонтологу важно не опоздать, поскольку, оказавшись на поверхности, ископаемое быстро разрушается под воздействием того же ветра, дождя и иных погодных факторов.
С учетом всех этих обстоятельств понятно, что палеонтологическая летопись наверняка далеко не полна. Но насколько неполна? По приблизительным подсчетам, общее число видов, когда-либо существовавших на Земле, составляет от 17 млн (возможно, это число сильно занижено, учитывая, что ныне здравствующих видов по меньшей мере 10 млн) до 4 млрд. Поскольку ученым удалось обнаружить около 250 000 разных видов ископаемых, можно предположить, что у нас есть ископаемые доказательства примерно для 0,1–1 % всех видов – вряд ли этого достаточно для изучения истории жизни! Множество поразительных существ, которые, возможно, когда-то существовали на Земле, для нас навек утрачены. Тем не менее в нашем распоряжении достаточно ископаемых останков, чтобы мы могли составить четкое представление о ходе эволюции и определить, как основные группы отделялись одна от другой.
