СЛАНЦЫ БЕРДЖЕСС‑ШЭЙЛ

Интересной стороной кембрийской истории, относящейся к обсуждаемому вопросу, является то, что быстрое увеличение разнообразия животного мира не ограничивалось животными с твердым панцирем. Если изменившийся состав воды в океанах имел значение для развития скелета и раковин, то это только одна из возможных причин удивительного разнообразия жизни. Хотя традиционное представление об эволюции жизни в кембрии основано на минерализованных остатках организмов, в последнее время большое внимание уделялось более редким остаткам мягкотелых животных. Они сохранились в ряде мест, где геологические обстоятельства мешали их размыву. Вероятно, самой знаменитой является находка в Берджесс‑Шэйл, в Скалистых горах, в южной части Британской Колумбии. В одном‑единственном карьере в этой толще сланцев были найдены десятки тысяч окаменелостей, демонстрирующих поразительное разнообразие очертаний и телесных форм. Их изучение дало палеонтологам ценнейшую информацию о процессе биологической эволюции. Два примера таких странных существ показаны на рис. 7.3.

Увлекательнейшей истории открытия и изучения окаменелостей в Берджесс‑Шэйл посвящена книга, давшая название главе 3: «Чудо жизни». Ее талантливый автор, уже упоминавшийся С. Дж. Гулд, гарвардский палеонтолог, с энтузиазмом пишет на тему, явно близкую его сердцу. Его книга весьма рекомендуется для всякого, у кого есть пылкое желание узнать больше о разнообразных мягкотелых животных кембрия и их роли в эволюции. Многое из далее приводимого материала основывается на этой книге.

Геологи дают собственные имена толщам пород, которые имеют постоянные или почти постоянные физические свойства и облик и могут быть надежно прослежены и закартированы на большой площади. Сланцы Берджесс‑Шэйл (или берджесские сланцы), в сущности, представляют собой всего лишь небольшой набор пород с условным названием в пределах такой толщи (Толща Стивен) в Скалистых горах штата Британская Колумбия. Слой осадочных пород, в котором первоначально были открыты берджесские окаменелости, имеет мощность всего два с половиной метра; в свое время утверждалось, что эта маленькая группа выходов горных пород заключает в себе большее разнообразие типов строения тела животных, чем все современные океаны! Подобно всем сланцам, берджесские сланцы состоят в основном из уплотненных и затвердевших тонкозернистых глин и ила. Первоначально эти породы отложились вдоль западного побережья Северо‑Американского континента приблизительно в середине кембрийского периода.

^{Рис. 7.3. Два представителя удивительных мягкотелых существ, найденных в окаменелом виде в сланцах Берджесс‑Шэйл. У опатинии (верхний рисунок) было странное длинное «рыло» и пять вытаращенных глаз, а галлуцигения (Hallu‑cigenia) (нижний рисунок) умела «стоять» на морском дне, опираясь на свои семь пар «ног». Эти две иллюстрации представляют собой репродукции оригинальных рисунков Мэриан Коллинз из книги Стивена Дж. Гулда «Чудо жизни: Сланцы Берджесс‑Шэйл и сущность истории». Перепечатано с разрешения издательства «В. В. Нортон энд Компани», авт. право © 1989 г., Стивен Джей Гулд.}

Поскольку они хорошо обнажены на почти безлесных склонах, первоначальная геологическая обстановка сланцев Берджесс‑Шэйл была установлена довольно детально при картировании, включая протяженность и взаимоотношения с окружающими типами пород. Содержащиеся в них окаменелые животные жили, очевидно, в относительно мелких прибрежных водах на илистых отмелях, выходящих в открытый океан. Эти отмели граничили с высокими, сложенными карбонатом кальция рифами, В свое время образованными водорослями. Некоторые из этих рифов достигали в высоту до 200 метров – своеобразный кембрийский эквивалент коралловых рифов, которые тогда еще не появились. Однако это ставит проблему перед исследователями сланцев Берджесс‑Шэйл: если бы мягкотелые существа просто умирали на илистых отмелях, их бы целиком пожирали хищники или же они быстро разлагались бы. Более того, судя по их морфологии, многие из этих организмов, должно быть, ползали по илистому дну или зарывались в него, но никаких следов такого рода их деятельности не найдено.

Наиболее удовлетворительным решением этих загадок является, по‑видимому, предположение, что животные сланцев Берджесс‑Шэйл (да и растения, также обнаруженные среди окаменелостей) были смыты небольшими грязевыми лавинами, бесцеремонно сметены с их насыщенных кислородом и хорошо освещенных солнцем отмелей и погружены в более глубокие воды, где они оказались погребенными заживо и сохранились в бедной кислородом среде. Этот сценарий объясняет и то, почему ископаемые остатки организмов столь редко встречаются в остальной массе толщи, частью которой являются сланцы Берджесс‑Шэйл, а если и встречаются, чаще всего появляются в больших количествах в ограниченных осадочных слоях.,

Скопления остатков мягкотелых кембрийских организмов, подобные найденным в сланцах Берджесс‑Шэйл, встречаются, хотя и нечасто, по всему земному шару. Их редкость, по‑видимому, обусловлена не частотой нахождений, а тем, что обычно они не сохранялись.

Ко времени образования сланцев Берджесс‑Шэйл в середине кембрия у некоторых организмов уже развились твердые части. Они сохранились в виде окаменелостей вместе со своими мягкотелыми современниками; поскольку и те, и другие составляют ассоциацию, обнаруженную и во многих других местностях, то отсюда был сделан вывод, что и в осадках, из которых образовались сланцы Берджесс‑Шэйл, мягкотелые животные были также широко распространены. С некоторой уверенностью можно сказать, что в кембрийском взрыве приняли участие как мягкотелые животные, так и животные с твердыми частями.

Как рассказывает в своей книге Гулд, история открытия сланцев Берджесс‑ Шэйл вращается вокруг двух человек. Это С. Д. Уолкотт, геолог и очень влиятельный в свое время ученый, открывший остатки мягкотелых организмов в Берджесс‑Шэйл в 1909 году, и X. Уиттингтон, английский палеонтолог, предпринявший повторное изучение этой местности и ее окаменелостей в 1960‑е годы. Уолкотт был признанным знатоком кембрийских окаменелостей. Ко времени открытия им сланцев Берджесс‑Шэйл он был уже главой Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия. Полевые работы в захватывающе прекрасных Скалистых горах, куда он часто брал с собой все свое семейство, были для него желанной передышкой от административных обязанностей.

Уолкотт наткнулся на окаменелости сланцев Берджесс‑Шэйл в конце полевого сезона 1909 года и сразу же понял их значение. Его полевые книжки показывают, что он старался собрать и описать как можно больше образцов за оставшееся в этом полевом сезоне время. В течение следующих четырех лет он каждое лето возвращался на это место. Кроме того, он еще раз посетил его в 1917 году. Всего он собрал и привез в Смитсоновский институт около 80 000 образцов!

Многие из животных, которых нашел и зарисовал в своих полевых книжках Уолкотт, были уникальными, невиданными прежде. Они обнаруживают невероятное разнообразие форм. Но Уолкотт был очень занятой человек: возвращаясь в Вашингтон после каждого полевого сезона, он взваливал на себя бремя административных обязанностей и бесконечных участий в заседаниях различных национальных комитетов и комиссий. В результате, как можно предположить, он не мог уделить достаточно времени на обдумывание собранной коллекции ископаемых остатков из сланцев Берджесс‑Шэйл. Он опубликовал описание открытых им остатков, но ему не удалось издать какие‑либо детальные аналитические работы. Несмотря на явную странность и причудливость форм тела этих организмов, явно следующую из приведенных им описаний, он включил их в состав хорошо известных в то время более молодых ископаемых и современных групп животных. Для характеристики такого подхода Гулд использует термин «рожок для обуви»; это очень подходящая характеристика: подобно сводным сестрам Золушки, но без злого умысла, Уолкотт попытался затолкать в стеклянный башмачок нечто не вмещавшееся в нем. Удивительно, но его характеристики не подвергались особому сомнению более чем полстолетия, вплоть до появления работ Уиттингтона и его коллег.

Сланец – порода, характерным свойством которой является способность раскалываться на плоские пластинчатые куски или плитки. В таких местностях, как Скалистые горы, усыпанные обломками сланца крутые склоны дают геологу в конце рабочего дня редкую возможность: в некоторых местах можно, разбежавшись, скользить сотни метров вниз по склону на мини‑лавине из мелких плиток сланца Огромное количество свежих сколов дает возможность для отличной охоты за окаменелостями и отпечатками. На этих поверхностях скола остатки организмов имеют вид уплощенных двумерных проекций первоначальных животных. Именно такими считал их Уолкотт. Открыть трехмерную природу этих существ стало задачей Уиттингтона и его талантливых сотрудников в рамках проекта работы над берджесскими окаменелостями. В процессе этой работы они поняли, что никаким «рожком» нельзя запихнуть их в готовые группы, как это предлагал Уолкотт.

Уиттингтон работал над материалом по сланцам Берджесс‑Шэйл в Кембриджском университете в Соединенном Королевстве. Вместе с двумя своими помощниками, аспирантами Конвеем Моррисом и Дэреком Бриггсом, ныне справедливо признанными экспертами, он совершил настоящую революцию в общепринятых представлениях об эволюции животных в кембрии. Эти трое ученых показали, что кембрийская эволюция не только не была упорядоченным переходом от примитивных к более развитым формам с постоянно возрастающим количеством различных, специализированных групп, а скорее представляла собой хаотические изменения, поистине игру случая, богатую экспериментами, которые часто терпели неудачу. Они описали и изучили великое множество остатков животных, которые, видимо, не оставили никаких распознаваемых потомков.

Хотя Уиттингтон и его коллеги собрали свои собственные коллекции окаменелостей из сланцев Берджесс‑Шэйл, собрание Уолкотта было все же гораздо больше и полнее, и многие их открытия были результатом повторного изучения образцов из коллекции Смитсоновского института. Их успех зависел также от принятого ими подхода. С помощью микроинструментов, таких, как, например, зубоврачебные сверла, Уиттингтон с сотрудниками с невероятным упорством анатомировали (!) окаменевших животных, отдельные экземпляры которых имели размеры всего в несколько сантиметров, вдоль отростков и выступов слой за слоем, снимая твердую породу, чтобы определить (например) число суставов в конечности, а при удобном случае даже извлекая различимые глазом мелкие организмы из внутренностей более крупных – остатки кембрийского обеда. Эти очень подробные исследования позволили группе Уиттингтона документировать уникальность многих берджесских животных. Больше никто не сомневается ни в удивительном разнообразии фауны сланцев Берджесс‑Шэйл, ни в том, что это разнообразие развилось очень быстро – в геологическом смысле. Однако существуют все еще не разрешенные разногласия в отношении выводов из этих наблюдений. Некоторые считают это изобилие телесных форм палеонтологической загадкой, поскольку многие из принадлежащих к этой фауне животных не имеют в ископаемой летописи ни предшественников, ни наследников. Другие исследователи рассматривают проблему более оптимистично и подозревают, что она возникла в результате неполноты геологической летописи. В конце концов очень много пробелов есть и в каменной летописи животных со скелетом и твердыми частями тела. Возможность сохранения большей части мягкотелых организмов из сланцев Берджесс‑Шэйл сравнительно ничтожна. Более того, в самом начале эволюции многоклеточных организмов нельзя не ожидать большого разнообразия и быстрого увеличения этого разнообразия, поскольку организмам пришлось приспосабливаться к самым разным экологическим нишам и условиям обитания. Следовало бы ожидать также

частые и быстрые вымирания, когда оказывалось, что некоторые эволюционные решения не работают; тогда быстро распространялись другие группы, чтобы заполнить пробелы. Может быть, в природе оказалось бы больше непрерывности и постепенности, чем это кажется, если бы только существовал материал, который позволил бы палеонтологам проследить быстро меняющиеся пути и направления эволюции. В настоящее время геологи живо интересуются результатами исследований скоплений окаменелостей типа берджесских, которые были открыты в различных районах мира. Не исключено, что очень скоро наши представления о кембрийском взрыве окажутся под еще более острым вниманием исследователей.

Я заканчиваю эту главу интригующим вопросом, который поставил С. Дж. Гулд: а что было бы, если бы пленку прокрутить повторно? Независимо от различий в интерпретации кембрийской каменной летописи, большинство специалистов в этой области, вероятно, согласились бы, что результат – сегодняшний мир животных – был бы другим и даже, что вполне возможно, радикально другим. Быстрое увеличение разнообразия форм жизни в течение кембрия (а также в некоторые другие периоды времени) вместе с вымираниями явно случайного характера оставило группы уцелевших животных, выбранных эволюцией скорее случайным образом, чем согласно какому‑либо предопределению. Конечно, такие факторы, как приспосабливаемость или терпимость к широкому диапазону условий окружающей среды, могли способствовать выживанию отдельных видов или групп животных, но если бы процесс мог быть запущен сначала, маловероятно, чтобы в результате сохранились те же самые группы. И весьма вероятно, что вид Homo sapiens никогда бы не появился – такой вывод, в высшей степени неприятный для некоторых, кажется неизбежным.

^{События палеозойской эры, включая изменения уровня океана. Время в миллионах лет.}