В середине начал
Кембрийский период охватывает этап земной истории примерно между 550 и 490 млн лет назад. Впервые кембрийские отложения были обнаружены в Уэльсе, который ранее назывался Кембрией. Можно приехать в Уэльс и поселиться у подножия Кембрийских гор в «Кембрийском отеле», где консьержка продает газету «Кембрийские новости».
К сожалению, настоящие кембрийские события не освещаются газетой. А какие были бы заголовки — «Есть ли жизнь на суше?», «Что ждет позвоночных?», «Моря терроризирует крупнейший за всю четырехмиллиардолетнюю историю планеты хищник: его длина превышает полметра!», «Пройдет ли мода на скелетный покров?». Последние два вопроса, по-видимому, были самыми насущными. Ведь они волнуют нас, далеких потомков тех животных, по сей день. Более того, эти вопросы взаимосвязаны. Связь уловили не сразу. Прежде научный мир чего только не придумал о внезапном появлении скелетных организмов в начале кембрийского периода. Гораздо больше, чем о гибели динозавров.
Напомню, что кембрийский период вместе с несколькими более поздними периодами составляет палеозойскую эру. Палеозойская эра, в свою очередь, является начальной эрой фанерозоя (или явной жизни). Почти четыре миллиарда, предшествовавших фанерозою, названы криптозоем (скрытая жизнь). Эти названия были предложены в конце XIX века, чтобы отделить земные слои, в которых ничего не видно, от слоев, набитых окаменел остями. Такое разделение обусловили организмы с минерализованным скелетом (раковиной, панцирем, чешуями, иголками-спикулами и так далее), остатками которых сложены многие фанерозойские слои.
Скелетные организмы заметны в породе и известны людям с доисторических времен. В Северной Америке живет племя индейцев, почитающее давно вымершего трилобита как тотем. Чертовы пальцы издревле пугали людей всей Европы. На самом деле они служили частью внутреннего скелета белемнита (родственник современного кальмара), а свое название получили от греческого «белемнон» (стрела). Раковины других ископаемых головоногих, аммонитов (названных в честь египетского бога Аммона, изображавшегося со спирально-свернутыми рогами), из-за своей скрученной формы прозваны у многих народов змеевиками. Они казались окаменевшим змеиным ядом и использовались для приготовления магических блюд.
Чуть более ста лет назад, пока сложная техника не стала обиходной, криптозойские слои представлялись «немыми». Заметная насыщенность более молодых слоев окаменелостями отразилась в научной литературе как кембрийский «взрыв» разнообразия организмов. Чарлз Дарвин посвятил знаменательному переходу от криптозоя к фанерозою раздел в своем непревзойденном научном труде. Согласно Ч. Дарвину, для развития любого вида требовалось значительное время. Он не мог смириться с внезапным и одновременным появлением представителей почти всех современных типов животных. Естествоиспытатель предположил, что осаждению древнейших кембрийских слоев предшествовал длительный этап в истории Земли. Тогда моря и наполнились плавающими, ползающими по дну или просто лежащими на нем созданиями. А затем он «спрятал концы в воду», точнее, в Мировой океан. Достаточная емкость для пород, которые должны были бы накопиться за столько времени, могла быть только на дне океана.
Теперь нам известно, что современные океаны являются относительно молодыми образованиями. Ничего древнее остатков первых морских ящеров на дне океанов нет. С другой стороны, на многих континентах были найдены непрерывные или почти непрерывные последовательности слоев, переходных от криптозоя к фанерозою. Великолепно представлены эти слои в Сибири, по берегам рек Лены и Алдана, где их открыли Всеволод Владимирович Хоментовский и Владимир Владимирович Миссаржевский. Они же доказали, что возникновение первых скелетных организмом было массовым и в геологическом масштабе времени — внезапным событием.
После Чарлза Дарвина и другие пытались решить проблему кембрийских организмов решительным образом. Предполагали, например, что они развивались в реках или на больших глубинах и освоили мелководные моря только в начале кембрийского периода. Но случилось как раз обратное. Сначала животные освоили морское мелководье. Далеко не от хорошей жизни они забрались в менее привлекательные во многих отношениях континентальные водоемы и океанические глубины. Туда их со временем вытеснили более совершенные соперники.
Позднее ученые обратили внимание на то, что в кембрийских породах не столько появились сколько проявились ранние представители современных типов животных (губки, моллюски, членистоногие, иглокожие, брахиоподы и многие другие). Случилось так потому, что эти самые ранние представители практически одновременно приобрели минерализованные (известковые, фосфатные или кремневые) скелетные покровы.
В большинстве скелеты состоят из карбоната кальция. Так, наверное, сложилось неслучайно. Без ионов кальция клетки не стали бы слипаться и многоклеточные организмы рассыпались бы, как кирпичная стена, сложенная без раствора. Без них клетки не могли бы двигаться, а мышцы сокращаться. Без них клетки не смогли бы «общаться» друг с другом. (Большинство органических молекул несут отрицательные заряды. Поэтому положительные, легкодоступные ионы кальция стали использоваться как носители информации.) Но избыток ионов кальция в клетке опасен сам по себе, как любая чрезмерность в еде или лекарствах.
Первые скелеты могли быть не чем иным, как свалкой кальциевого металлолома, обезвреженного углекислотой. То же верно и для фосфатного (точнее, карбонат-фосфатного) скелета. Без органических фосфатов, обеспечивающих накопление и передачу энергии, не выживет ни одно существо. Но излишки фосфата губительны для организмов, и подобно кальцию он выводится в скелет (как у позвоночных). Этот запас на черный день иметь нелишне. Впрочем, решение проблемы построения известкового скелета требует условий, несовместимых с возникновением фосфатного скелета. Поэтому «схимичить» с происхождением скелета не удается.
Несколько необычное расположение континентов на рубеже криптозоя и фанерозоя тоже не было оставлено без внимания. Материки тогда были сосредоточены в экваториальном поясе и залиты мелководными, но обширными морями. Подобные условия могли ускорить эволюцию. Суть происходящего — отнюдь не в теплом климате. В мелководных морях из-за неоднородности грунта, а также разницы солевого и температурного режимов нарушаются связи между отдельными группами особей одного и того же вида. Происходит сбой в обмене наследственной информацией. В итоге возрастает вероятность появления нескольких видов вместо одного старого.
Сходным образом развивается культура. Андрей Донатович Синявский отмечал в «Иване-дураке», что после раскола в России наблюдался стремительный рост православно-христианских сект. Причиной тому стали гонения на раскольников и уничтожение старообрядческих книг. Тексты по памяти восстанавливались в разрозненных поселениях. Возникшие разночтения еще больше разделяли старообрядцев. Потеря единого информационного поля привела общее некогда движение к неизбежному распаду на многочисленные самостоятельные общины.
Углубившись из истории в палеонтологию, обнаружим, что кембрийское расположение материков не было столь исключительным, чтобы вызвать изрядный рост разнообразия организмов. Позднее, в начале ордовикского периода, общее разнообразие животных возросло еще сильнее при совершенно иной карте мира.
Однако определенное положение материков могло вызвать минерализацию скелета и по другой причине. Воды, обогащенные фосфатом, выносятся из глубины на поверхность океанов в средних широтах, у западной береговой линии континентов. При кембрийском низком стоянии материков фосфат, как в ловушке, мог накапливаться на обширных мелководьях. Являясь основой удобрений, это вещество могло способствовать приросту водорослевой массы и массы ее потребителей. В свою очередь… В общем, оказалось, что все это тоже неверно, а почему — читайте ниже.
Силурийские морские животные 1 — рыба-акантода; 2 — бесчелюстное телодонт; 3 — ракоскорпион; 4 — бесчелюстные остеостраки; 5— граптолит; 6— кораллы-ругозы; 7— моллюск-хитон; 8 — строматопоратная губка
В стране Гондов
Не только кембрийскую, но и ордовикскую (490 млн лет назад) вспышку разнообразия организмов часто объясняют повышенным притоком питательных веществ, которые якобы и способствовали умножению видов.
Хорошо бы было перенестись куда-нибудь в начало кембрийского периода и посмотреть, как там было на самом деле. К сожалению, машина времени так и осталась изобретением писателей-фантастов. Да и попади она нам в руки, все равно ни один наблюдатель, даже все человечество, учитывая непродолжительность его существования (всего каких-то триста тысяч лет), не способны отследить до конца событие, о котором пойдет речь. Длилось оно более пяти миллионов лет.