Книга: Эволюция: Неопровержимые доказательства

Создание палеонтологической летописи

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.

По иронии судьбы палеонтологическую летопись изначально начали составлять и упорядочивать вовсе не эволюционисты, а геологи, которые при этом были креационистами и считали, что жизнь зародилась так, как описано в Книге Бытия. Эти ранние геологи попросту упорядочили разные обнаруженные ими слои горной породы, исходя из принципов, основанных на здравом смысле. (Большая часть находок была сделана во время прокладки каналов, сопровождавшей индустриализацию Англии.) Поскольку ископаемые находили в осадочной горной породе, некогда бывшей илом в океанах, реках и озерах (реже находки обнаруживались в песчаных дюнах или в ледниковых отложениях), то более глубокие уровни, или «пласты», геологи по логике вещей считали старше, чем более поверхностные залегания. Более молодые пласты горной породы залегают поверх старых. Однако не все слои горных пород залегают одинаково во всех местах, иногда вода, при посредстве которой формируется осадок, отсутствует.

Следовательно, чтобы создать четкую иерархию пластов горной породы, нужно установить взаимную корреляцию пластов в разных точках света. Если слой одного типа горной породы, содержащий одно и то же ископаемое, встречается в двух разных местах, резонно предположить, что в обоих местах возраст этого слоя одинаков. Поэтому если, предположим, вы нашли четыре слоя горной породы в одном и том же месте (назовем их от поверхностного к самому глубокому АВDE), а потом обнаружили два из этих слоев в другом месте, где они перемежаются другим слоем, BCD, то вы вправе заключить, что эта геологическая летопись включает по меньшей мере пять слоев породы и порядок от недавнего к самому старому – ABCDE. Этот принцип суперпозиции был впервые выведен в XVII в. датским эрудитом Николасом Стено[12], который позже стал архиепископом, а в 1987 г. был беатифицирован папой Иоанном Павлом II, – наверняка единственный в истории случай, когда будущий святой сделал важный вклад в науку. Благодаря опоре на принцип Стено в течение XVIII и XIX вв. геологическая летопись была с великим трудом выстроена по порядку от самого кембрия до голоцена[13]. Пока все идет нормально. Но такая летопись сообщает вам только относительный возраст горной породы (какая порода старше, какая моложе), а не точный их возраст.

Примерно с 1945 г. мы получили возможность установить точный возраст некоторых горных пород при помощи радиоизотопного метода. Некоторые радиоактивные элементы (радиоизотопы) включаются в горную породу вулканического происхождения, когда эта порода кристаллизуется из магмы. Затем изотопы постепенно распадаются с образованием других элементов с постоянной скоростью, которую обычно называют периодом полураспада – это время, в течение которого распадается половина данного количества ядер радиоактивного изотопа. Если нам известны период полураспада, то, какая часть изотопа была в горной породе, когда эта порода сформировалась (геологи способны точно вычислить этот показатель), и то, сколько осталось от изотопа к настоящему времени, то определить возраст горной породы будет сравнительно легко. Разные изотопы распадаются каждый со своей скоростью. Старые горные породы обычно датируют, используя уран-235, обнаруживаемый в обычном минерале цирконе. У урана-235 период полураспада составляет около 700 млн лет. Углерод-14, у которого период полураспада составляет 5730 лет, используют для определения возраста более молодых пород или даже рукотворных артефактов, таких как Кумранские рукописи[14] (они же Свитки Мертвого моря). Несколько изотопов обычно встречаются в горной породе вместе, поэтому можно провести перекрестную проверку датировки, и она неизменно совпадает. Однако горные породы, в которых обнаруживаются ископаемые, – это породы не вулканического происхождения (магматические), а осадочные, и прямая их датировка невозможна. Но в наших силах определить возраст ископаемого, сопоставив осадочные слои с датировкой прилегающих вулканических слоев, содержащих изотопы.

Противники эволюции зачастую оспаривают эти датировки, утверждая, что уровни радиоактивного распада могли измениться или со временем, или вследствие физического воздействия на горную породу. Это возражение, как правило, выдвигают креационисты, отстаивающие идею молодой Земли, которой, по их словам, якобы не более 6000–10 000 лет. Но эта аргументация неверна. Поскольку разные изотопы в горной породе распадаются с разной скоростью, то, если бы скорость распада изменилась, они бы не давали сопоставимой датировки. Более того, период полураспада изотопов не меняется под воздействием экстремальных температур и давления в лабораторных условиях. А когда радиоизотопную датировку можно сопоставить с датировкой по исторической летописи, например как в случае с радиоуглеродным методом, то они неизменно совпадают. Именно благодаря радиоизотопной датировке метеоритов мы знаем, что Земле и Солнечной системе 4,6 млрд лет. (Самые старые горные породы Земли чуточку моложе – образцы из Северной Канады насчитывают 4,3 млрд лет, потому что породы постарше были разрушены при сдвигах земной коры.)

Да, существуют и другие способы проверить точность радиоизотопной датировки. В одном из них применяется биологический метод, и построен он был на оригинальном исследовании ископаемых кораллов. Исследование провел Джон Уэллс из Корнеллского университета. Радиоизотопная датировка показала, что эти кораллы относятся к девонскому периоду, т. е. им 380 млн лет. Однако Уэллсу также удалось выяснить, когда жили эти кораллы, просто внимательно присмотревшись к ним. Уэллс учел тот факт, что трение, производимое океанскими приливами, со временем замедляет скорость вращения Земли. Каждые сутки – т. е. каждый оборот Земли вокруг своей оси – чуть длиннее предыдущих. Не настолько, чтобы вы это заметили: если быть точным, сутки удлиняются примерно на две секунды в 100 000 лет. Поскольку продолжительность года, т. е. период, за который Земля делает один оборот вокруг Солнца, с течением времени не изменяется, это означает, что количество дней в году со временем должно уменьшаться. Зная темп снижения скорости вращения, Уэллс заключил, что, когда жили исследуемые им кораллы (380 млн лет назад, если радиометрическая датировка была верна), каждый год состоял примерно из 396 суток и каждые сутки продолжались 22 часа. Если бы ископаемые каким-то образом могли сообщить, какова была продолжительность суток при их жизни, мы могли бы проверить, действительно ли она совпадает с 22 часами, спрогнозированными радиоизотопной датировкой.

Однако кораллы и впрямь могут поведать нам об этом, потому что в процессе роста ведут в своих телах летопись того, сколько дней проживают за каждый год. У живых кораллов имеются и годовые, и суточные кольца. У кораллов ископаемых можно увидеть, сколько суточных колец насчитывается между годовыми, т. е. сколько дней было в каждом году, прожитом кораллом. Зная скорость замедления вращения Земли, вызванную приливом, мы можем сравнить «приливной» возраст коралла с «радиоизотопным». Подсчитывая кольца у своих девонских кораллов, Уэллс обнаружил, что эти образцы проживали в год примерно по 400 дней, а это означает, что каждые сутки длились 21,9 часа. Совсем небольшое расхождение с предполагаемыми 22 часами. Эта хитроумная биологическая калибровка позволяет с уверенностью говорить о том, что радиометрическая датировка точна.

Теперь, когда мы знаем, о чем нам может поведать палеонтологическая летопись и чем она ограничена, давайте посмотрим, какие доказательства эволюции она приводит.