Летопись окаменелостей и эволюция

В начале XIX века геологи, и среди них — Родерик Мурчисон и Адам Седжвик, обнаружили, что окаменелые остатки древней жизни встречаются не только в молодых горных породах, лежащих на поверхности, но и в более древних глубоких пластах. Ясно, что вымирания происходили не один раз за историю Земли, а многократно. Мысль о том, что причиной вымирания был один-единственный Всемирный потоп, была отброшена, а вместе с ней — и христианская теория о том, что возраст Земли достигает всего-навсего нескольких тысяч лет.

Археоптерикс, найденный в верхнеюрских известняковых отложениях Зольнгофена, Германия, имеет черты сходства и с птицами, и с рептилиями (длинный хвост и перья).

ПРЕВРАЩЕНИЕ ВИДОВ

Ученые накапливали все больше доказательств того, что отдельные виды и целые группы растений и животных в различные периоды то появлялись в геологической летописи, то исчезали из нее. Естественно, возникал вопрос: обладает ли каждый вид собственным неизменным обликом? Если человек своим вмешательством может создавать новые разновидности живых существ — например, выводить путем скрещивания новые породы, то способен ли один вид с течением времени превращаться в другой? В конце XVIII века идеи об изменчивости видов овладели умами многих ученых, среди которых — французы Жорж Луи Леклерк де Бюффон (1707-1788) и Жан-Батист де Моне де Ламарк (1744— 1829), а также дед Чарльза Дарвина, англичанин Эразм Дарвин (1731-1802).

СЕЛЕКТИВНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ

Важнейшей характеристикой каждого вида является его способность давать жизнеспособное, плодовитое потомство. Люди тысячелетиями выводят новые породы животных и сельскохозяйственных культур, и давно было замечено, что путем селективного скрещивания потомства можно значительно улучшить какое-либо требуемое качество. Например, таким путем были искусственно выведены многочисленные породы крупного рогатого скота, собак, кошек, голубей, сорта цветов. Люди не понимали точного механизма наследования, однако заметили, что живые организмы могут изменяться от поколения к поколению.

ПРИНЦИП ЕДИНОЙ СХЕМЫ

Идея о том, что все живое на Земле может быть представлено в виде иерархической лестницы, от самых примитивных существ к самым высокоразвитым, была выдвинута в глубокой древности. Но лишь во времена Линнея, предложившего систему классификации организмов, биологи обратили внимание на черты несомненного сходства между большими человекообразными обезьянами и людьми. Возник вопрос: можно ли «цивилизовать» человекообразных обезьян? Многие исследователи пытались сделать это. В дальнейшем ученые заметили, что скелеты всех позвоночных существ имеют сходное строение, будто бы составлены по единой схеме.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ

Сравнительная анатомия как наука была основана шотландским хирургом Джоном Хантером (1728—1793) и французским естествоиспытателем Жоржем Кювье (1769—1832). Достижения этой науки позволили ученым составлять на основе разрозненных перемешанных костных обломков портреты анатомически жизнеспособных существ. Основой для реконструирования стала концепция о том, что скелеты всех позвоночных существ построены по единой схеме. Например, бедренная или плечевая кость ящерицы имеет приблизительно ту же форму, что и соответствующие кости лягушки или человека.

МОДЕЛИ КЮВЬЕ

Самые новаторские и внушительные для своего времени реконструкции вымерших млекопитающих были выполнены французским естествоиспытателем Жоржем Кювье. Среди его работ — гигантский наземный ленивец мегатерий (1796 г.), который обитал в Южной Америке 2 млн. лет назад, а также древнейшие известные тогда примитивные млекопитающие, найденные в третичных отложениях Парижского бассейна, в том числе вымершее сумчатое млекопитающее (1804 г.) и похожий на тапира палеотерий (1804 г.). Однако общепризнанное сходство строения скелета всех позвоночных животных далеко не сразу привело к широкому признанию зарождающихся теорий эволюции видов.

РЕВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ДАРВИНА

Учителем геологии Чарльза Дарвина в университетах Кембриджа и Уэльса был Адам Седжвик. Кроме того, Дарвин внимательно прочитал недавно изданный труд Чарльза Лайеля «Принципы геологии». Немалые знания по геологии Дарвин получил во время кругосветного путешествия на паруснике «Бигль». Вскоре он понял, что сведения, которые можно извлечь из окаменелостей, являются крайне обрывочными. В книге «Происхождение видов» (опубликована в 1859 году) Дарвин указывал, что при развитии одного вида живых существ в другой обязательно должны появляться эволюционные звенья, или переходные формы. Однако окаменелости предоставляют лишь крохотный кусочек богатейшего многообразия древней жизни, поэтому вероятность того, что эти промежуточные звенья сохранились, ничтожна, и Дарвин в своих выводах почти не опирался на сведения, содержащиеся в окаменелостях.

НЕДОСТАЮЩЕЕ ЗВЕНО

В 1860 году находка одного-единственного пера в литографических известняках юрского периода в Баварии, Германия, возвестила о начале новой эпохи. Через шесть месяцев был найден практически полный скелет птицы. Английский биолог Томас Генри Гексли (1825—1895), толкователь теории Дарвина, заметил, что новое существо, которое получило название «археоптерикс» (в переводе с греческого — «древнее крыло») соединяет в себе характерные черты рептилий и птиц. Следовательно, она представляет собой первый, на удивление хорошо сохранившийся, пример переходной формы, связывающей одну крупную группу животных (птицы) с группой-предком (рептилии динозавры), от которой они произошли в прошлом.

РАЗВИТИЕ ЛОШАДЕЙ

Другой, в чем-то даже более яркий пример эволюции предоставляют ископаемые остатки лошадей. Французская экспедиция в 1850-х годах раскопала в сухопутных осадочных породах в Пикерни, Греция, большое число костей лошадиных ног. В 1860-х годах ученые, сопоставив греческие находки с окаменелостями, найденными до этого во Франции, нарисовали предположительное генеалогическое дерево эволюции лошадей. Самая древняя форма — палеотерий — представляла собой небольшое копытное животное с тремя пальцами приблизительно равной длины. Более поздний гиппарион из Греции все еще сохранял боковые пальцы на ногах, но они практически бездействовали, поскольку не доставали до земли. Следовательно, гиппарион представлял промежуточную форму между древним палеотерием и современной лошадью, у которой копыта представляют собой один увеличенный палец, а боковые пальцы уменьшились до незначительных отростков. Более подробную историю эволюции лошадей составил в 1870-х годах американский палеонтолог Отниел Марш, который обнаружил в третичных отложениях Северной Америки остатки еще нескольких видов лошадей.

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ

В последнее десятилетие палеонтологи открыли несколько последовательностей стратиграфических пластов, чрезвычайно богатых остатками различных вымерших групп. На этих остатках хорошо прослеживаются изменения, происходившие в этих организмах в ходе их эволюции. Прекрасные примеры эволюционных перемен представляют ордовикские трилобиты из Уэльса, силурийские граптолиты из Польши, третичные улитки и рыбы цихлиды из Восточной Африки, а также недавние последовательности микро-окаменелостей из океанских глубин.

ПУТЬ ЧЕРЕЗ ВЕКА

Крупные образцы, состоящие из сотен и даже тысяч окаменелостей одного вида, принадлежащих к разным поколениям, дают возможность проследить историю этого вида на протяжении миллионов лет. Различные характеристики появляются и исчезают с разной скоростью, независимо от других родственных линий. Рыбы цихлиды, широко размножившиеся в больших озерах, показывают, что эволюционное развитие может проходить очень быстро. Даже Чарльз Дарвин был бы поражен богатством данных, которые предоставили окаменелые остатки этих рыб. К несчастью, подобные летописи окаменелостей для динозавров и гоминидов гораздо более скудны.

МЕТРИЧЕСКАЯ КНИГА ПРИРОДЫ

Не так давно один выдающийся биолог заявил, что путем изучения ныне живущих существ мы уже узнали об эволюционных взаимоотношениях так много, что ископаемым окаменелостям остается только одно: «заполнять метрическую книгу природы». Однако в последние десять лет ископаемые находки снабдили нас огромным количеством жизненно важной информации. Во многих регионах, которые не подвергались тщательному геологическому исследованию, находки ископаемых следов прошлого все еще чрезвычайно редки. Теперь палеонтологи гораздо лучше понимают, при каких условиях могут сохраниться мягкие ткани. Следовательно, ученые смогут пересмотреть результаты исследований прошлых лет и найти места, где в те или иные эпохи подобные условия могли существовать. Самой большой «терра инкогнита» до сих пор остается докембрийская эра, длившаяся три миллиарда лет. Об этом периоде истории Земли и жизни на ней мы знаем очень мало.

Окаменевший скелет лошади (пропалеотерий) из эоценовых отложений в Германии. Палеонтолог Отниел Марш показал, что стопа лошади прошла через ряд эволюционных ступеней, все больше приспосабливаясь к быстрому бегу.