Книга: Жизнь на Земле. Естественная история

1. Бесконечное разнообразие

<<< Назад
Вперед >>>

1. Бесконечное разнообразие


Открыть неизвестное животное совсем нетрудно. Если провести день в тропическом южноамериканском лесу, переворачивая коряги, заглядывая под кору, шаря в сыром перегное, а вечером установить там белый экран и осветить его ртутной лампой, можно собрать сотни экземпляров мелких существ, таких, как ночные бабочки, гусеницы, пауки, жуки-долгоносики, светляки, безобидные мухи с осиной раскраской, осы, похожие на муравьев, палочки, которые бегают, листья, которые разворачивают крылья и улетают. Их будет множество, и среди этого разнообразия почти непременно найдется вид или подвид, еще не описанный наукой. Труднее найти специалиста, который разбирался бы в них настолько, чтобы выделить новые, неизвестные формы.

Никто не может точно сказать, сколько видов животных обитает в этих сумрачных оранжерейно душных лесах. Их зеленая чаща скрывает богатейший и поразительно разнообразный конгломерат животной и растительной жизни, какой, пожалуй, не найти больше нигде на Земле. Не говоря уж о многочисленности крупных категорий животных — обезьян, грызунов, пауков, колибри, бабочек, — каждая из этих категорий объединяет огромное количество разных форм. Одних попугаев существует более 40 видов, обезьян — свыше 70, колибри — до 300, а бабочек и вовсе десятки тысяч. Если вы не побережетесь, вас искусают сотни различных видов москитов.

В 1832 году такой лес в окрестностях Рио-де-Жанейро посетил 23-летний англичанин Чарлз Дарвин, совершавший кругосветное плавание в качестве натуралиста на английском военном бриге «Бигль». За один день на небольшом участке он собрал 68 разных видов одного мелкого жучка. Его поразило такое число видов, принадлежащих к одному роду. И ведь он не разыскивал их специально! Вот почему он записал в своем дневнике: «Этого достаточно, чтобы энтомолог лишился душевного спокойствия, представив себе будущие размеры полного каталога». В те времена считалось, что все виды неизменны и каждый из них был отдельно и особо сотворен богом. Дарвин отнюдь не принадлежал к атеистам — как-никак он получил в Кембридже богословскую степень, — но эта поразительная множественность форм повергла его в глубокое изумление.

В течение следующих трех лет «Бигль» спустился к югу, обогнул мыс Горн и вновь поплыл на север вдоль побережья Чили. Затем экспедиция повернула в открытое море и достигла уединенных Галапагосских островов примерно в тысяче километров от Американского континента. Там Дарвин вновь задался вопросом о происхождении видов, так как на этом архипелаге он увидел новое разнообразие. Особенно его заинтересовало то обстоятельство, что островные животные, в целом сходные с теми, которых он видел на материке, отличаются от них во многих частностях. Например, бакланы — черные птицы с длинными шеями, отличные ныряльщики, которые в поисках добычи проносились над самой поверхностью бразильских рек, — здесь, на Галапагосах, вовсе не могли летать, потому что крылья у них были маленькие, с короткими перьями. Или игуаны — крупные ящерицы с чешуйчатым гребнем на спине. Материковые игуаны лазали по деревьям и ели листья. Здесь же, на островах, где растительность была скудной, игуаны питались морскими водорослями и цеплялись за скалы над кипящим прибоем необычно длинными и мощными когтями. И еще черепахи — очень похожие на материковых, но только куда больше их, настоящие колоссы, способные возить на спине человека. От английского вице-губернатора островов Дарвин узнал, что единообразия нет даже в пределах архипелага — черепахи каждого острова обладают небольшими различиями, позволяющими сразу определить, откуда какую привезли. У черепах, обитающих на островах, где имеются источники воды, а следовательно, и трава, передний край верхнего панциря полого загибается вверх у самой шеи. Но у жительниц безводных островов, которым приходится вытягивать шеи, чтобы достать ветки кактусов или дотянуться до листьев на деревьях, шеи гораздо длиннее, а край панциря круто отогнут, так что они способны поднять шею почти вертикально.

Дарвин начинал все сильнее подозревать, что виды вовсе не остаются неизменными во веки веков. А вдруг один переходит в другой? Может быть, много тысяч лет назад птицы и пресмыкающиеся с американского континента попали на Галапагосский архипелаг на тех плотах из гниющих растений, которые реки выносят в море? И тут, приспосабливаясь к условиям своего нового места обитания, они понемногу из поколения в поколение менялись, пока не стали нынешними видами.

Различия между ними и их родичами на материке были невелики, но раз они все-таки возникли, нельзя ли предположить, что на протяжении многих миллионов лет изменения в той или иной династии животных, мало-помалу накапливаясь, со временем оказались столь велики, что совершенно ее преобразили? Может быть, у рыб развились мускулистые плавники, что позволило им выползти на сушу и стать земноводными, а земноводные в свою очередь обрели водонепроницаемую кожу и стали пресмыкающимися; может быть даже, некие обезьяноподобные существа привыкли ходить на задних лапах, выпрямились и стали предками человека.

Собственно говоря, эта идея была не так уж и нова. И до Дарвина многие ученые высказывали предположение, что все формы жизни на Земле тесно связаны между собой. Революционность дарвиновского прозрения заключалась в том, что он обнаружил механизм изменений и, таким образом, заменил философские умозаключения подробным описанием конкретных процессов, подкрепив его обильными доказательствами, которые можно было подвергнуть критической проверке. В результате отрицать существование эволюции больше уже было нельзя.

Вкратце ход рассуждений Дарвина сводился к следующему: особи одного вида не идентичны. Так, например, из кладки, отложенной одной слоновой черепахой, по генетическим причинам выйдут черепашки с шеями чуть разной длины, и в засушливое время те, у которых шеи длиннее, сумеют дотянуться до листьев и выживут. А их братья и сестры с шеями покороче лишатся корма и погибнут от голода. Так произойдет отбор особей, наиболее подходящих к среде их обитания, и они смогут передать эту полезную особенность своему потомству. После смены огромного числа поколений у черепах на засушливом острове шеи будут длиннее, чем у черепах на островах с пресными источниками. Так из одного вида возникнет другой.

Эта идея четко сложилась у Дарвина много времени спустя после того, как он уехал с Галапагосских островов. Опубликовал он ее только в 1859 году, когда ему уже было 50 лет, да и то потому лишь, что другой, более молодой натуралист, Алфред Уоллес, работавший в Юго-Восточной Азии, пришел к тем же выводам. Книгу, в которой он подробно изложил свою теорию, Дарвин назвал «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых форм в борьбе за жизнь».

После этого теория естественного отбора снова и снова оспаривалась и проверялась, уточнялась, исправлялась и дополнялась. Недавние открытия в генетике, молекулярной биологии, динамике популяций и этологии (науке о поведении) придали ей новую глубину и широту. Она служит ключом к пониманию мира природы и помогает нам осознать, что жизнь на Земле имеет долгую и непрерывную историю, на протяжении которой организмы как растительные, так и животные менялись от поколения к поколению, осваивая все уголки мира.

Непосредственные, хотя и разрозненные свидетельства этой истории хранятся в архивах Земли — в осадочных породах. Подавляющее большинство животных, умирая, не оставляет зримых следов своего существования. Их плоть истлевает, их панцири, раковины и кости рассыпаются в прах. Но изредка одной-двум особям из многотысячной популяции выпадает иная судьба. Пресмыкающееся увязает в болоте и гибнет. Его тело истлевает, но кости остаются в иле. Их покрывают погибшие растения, опустившиеся на дно. Проходят века, растительных остатков накапливается все больше, они превращаются в торф. Меняется уровень океана, его волны затопляют болото, поверх торфа слой за слоем осаждается песок. За неимоверно долгое время торф спрессовывается, превращается в каменный уголь. А кости пресмыкающегося по-прежнему покоятся в нем. Огромное давление осадков и омывающие их насыщенные растворы минеральных солей вызывают изменения в химическом составе костей, состоящих главным образом из кальция и фосфора. В конце концов они окаменевают, однако сохраняют при этом не только внешнюю форму, которую имели при жизни животного, — хотя и несколько искаженную, — но порой даже клеточную структуру, так что, рассматривая их срезы под микроскопом, можно видеть форму сосудов и нервов, некогда их окружавших.

Наиболее благоприятные условия для окаменения создаются в морях и озерах, где медленно накапливаются отложения песчаников и известняков. На суше, где в основном породы не создаются за счет нарастания отложений, а наоборот, разрушаются эрозией, отложения вроде песчаных дюн возникают и сохраняются очень редко. Вот почему из сухопутных животных окаменеть могут практически только те, трупы которых оказались в воде. Поскольку такая судьба для большинства является исключительной, окаменелости вряд ли когда-либо дадут нам хотя бы относительно полное представление о всем разнообразии сухопутных животных, существовавших на Земле. У водных животных — рыб, моллюсков, морских ежей и кораллов — куда больше шансов сохраниться. И все же лишь очень немногие из них погибли при физических и химических условиях, необходимых для окаменения. Из этих немногих лишь ничтожный процент заключен в породах, которые в настоящее время оказались на поверхности Земли. А из них почти все будут разрушены эрозией прежде, чем успеют попасть в руки охотников за окаменелостями. Остается лишь удивляться тому, что при столь малых шансах все-таки было собрано такое количество окаменелостей и заключенная в них летопись так подробна и последовательна.

Как можно их датировать? Открытие радиоактивности подсказало ученым, что в породах заключены геологические часы. Некоторые химические элементы с течением времени распадаются, при их распаде происходит радиоактивное излучение. Калий переходит в аргон, уран — в свинец, рубидий — в стронций. Скорость этого распада можно вычислить и на основании соотношения вторичного и первичного элементов в данной породе определить, когда именно образовался исходный минерал. Поскольку существует несколько пар таких элементов и распад происходит с разной скоростью, возможна перекрестная проверка. Этот способ, требующий чрезвычайно сложных методов анализа, всегда будет областью специалистов. Но кто угодно может с помощью простой логики определять относительный возраст пород и таким образом устанавливать порядок основных событий в палеонтологической летописи. Если породы лежат слоями и слои не слишком смещены, нижний слой должен быть старше верхнего. Вот так мы можем читать историю жизни по слоям и прослеживать происхождение животных вплоть до самых истоков, проникая все глубже и глубже в земную кору.

Самый глубокий разрез земной поверхности — Большой Каньон на западе США. Породы, сквозь которые река Колорадо проложила себе путь, все еще лежат более или менее горизонтально, слой на слое — рыжие, бурые и желтые, иногда розовеющие в утреннем свете или голубеющие в туманной дали. Земля здесь так суха, что лишь кое-где можжевельник и низкие кусты пятнают обрывы, и обнаженные пласты пород, одни твердые, другие мягкие, видны ясно и четко. По большей части это песчаники или известняки, выстилавшие дно мелких морей, которые некогда покрывали эту область Северной Америки. Приглядевшись, можно заметить нарушения в последовательности слоев — они соответствуют эпохам, когда суша поднималась, моря отступали и их бывшее дно высыхало, а накопившиеся отложения съедала эрозия. Затем суша вновь опускалась, моря возвращались на прежнее место и вновь их дно покрывалось отложениями. Несмотря на эти разрывы, общие линии истории окаменелостей прослеживаются ясно.

Верхом на муле без особого труда можно за день спуститься с верхнего края каньона на самое его дно. Первые же породы, мимо которых вы проезжаете, уже имеют возраст около 200 млн. лет. Они не содержат остатков млекопитающих или птиц, но пресмыкающиеся оставили о себе память. Почти рядом с тропой тянется цепочка следов, пересекающая глыбу песчаника. Это отпечатки лап какого-то небольшого четвероногого существа, почти наверное похожего на ящерицу, — пресмыкающегося, которое пробежало по пляжу. В других местах на том же уровне обнаружены отпечатки листьев папоротника и крыльев насекомых.

На полпути до дна каньона видны известняки, возраст которых равен 400 млн. лет. Тут уже нет пресмыкающихся, зато есть кости своеобразной панцирной «рыбы». Еще через час—и на 100 млн. лет раньше — вы едете мимо пород, которые не содержат никаких следов позвоночных животных. Кое-где попадаются раковины, да черви оставили кружево следов в том, что некогда было илистым морским дном. Проехав три четверти пути, вы все еще видите по сторонам пласты известняков, но в них уже не найти ни малейших признаков древней жизни. Под вечер вы наконец оказываетесь в нижнем ущелье, где между высокими скалистыми обрывами катит зеленоватые воды река Колорадо. Отсюда до верхнего края каньона по прямой каких-нибудь полтора километра, а породы вокруг датируются колоссальным возрастом в 2 млрд. лет! Тут, казалось бы, можно обнаружить свидетельства самого начала жизни. Однако в обнаженных породах — никаких органических остатков. Темные, мелкозернистые, они лежат не горизонтальными слоями, как выше по склону, но круто изогнуты, вспучены и пронизаны жилами розового гранита.

Не потому ли признаки жизни отсутствуют здесь, что эти породы и известняки, лежащие непосредственно над ними, непостижимо стары и все ее следы были в них стерты? Неужели первыми существами, оставившими о себе память, были такие сложные организмы, как черви и моллюски? Много лет эти вопросы мучили геологов. Поиски органических остатков в древних породах велись по всему миру. Были обнаружены два-три необычных образования, однако, по мнению подавляющего большинства специалистов, они возникли в результате физических процессов формирования пород и к живым организмам никакого отношения не имели. Затем в 50-х годах исследователи начали изучать наиболее загадочные породы под мощными микроскопами.

В полутора тысячах километров к юго-востоку от Большого Каньона, на берегах озера Верхнего, есть выходы древних пород примерно одного возраста с породами по берегам Колорадо. Некоторые из них содержат тонкие прослои мелкозернистых кремнистых сланцев. Это место было известно давно, так как первые поселенцы выламывали здесь кремни для ружей. Кое-где там видны загадочные белые концентрические кольца диаметром около метра. Что это — следы, оставленные течениями на илистом дне первозданных морей, или их могли образовать живые организмы? Точно ответить не мог никто, и кольцам дали нейтральное название «строматолиты» — от греческих слов, означающих всего лишь «каменный ковер». Но когда исследователи спилили секции этих колец, отшлифовали их в тончайшие прозрачные пластинки и рассмотрели под микроскопом, они обнаружили остатки простых организмов не более одной-двух сотых миллиметра в поперечнике. Некоторые напоминали нити водорослей, другие, хотя, несомненно, принадлежали к органическому миру, не имеют аналогий среди ныне живущих организмов, а третьи казались идентичными бактериям — самой простой из современных форм жизни.

Многим ученым не верилось, что крохотные микроорганизмы вообще могли подвергнуться окаменению, а уж то, что окаменелости эти уцелели на протяжении столь долгого времени, и вовсе казалось невероятным. Раствор кремнезема, пропитавший мертвые организмы и затвердевший в кремни, был, несомненно, самым прочным из всех существующих средств консервации. Находка окаменелостей в Ганфлинт-Черте стимулировала дальнейшие поиски не только в Северной Америке, но повсюду в мире, и другие микроокаменелости были найдены в кремнеземе Африки и Австралии. Некоторые из них, как ни удивительно, оказались старше Ганфлинт-Черта на миллиард лет. Однако, если мы хотим разобраться в том, как возникла жизнь, нам необходимо заглянуть еще на миллиард лет раньше, в ту эпоху, когда Земля была совсем безжизненной и только остывала после своего рождения.

Тогда наша планета почти во всех отношениях резко отличалась от той, на которой мы обитаем теперь. Окружавшие ее облака водяных паров уже сконденсировались и образовали моря, которые еще долго оставались горячими. Мы не знаем, как распределилась тогда суша, но в любом случае ничего похожего на современные материки не было — ни по форме, ни по местоположению. Бесчисленные вулканы извергали лаву и пепел. Атмосфера была разреженной и состояла из вихрей водорода, окиси углерода, аммиака и метана. Кислорода, возможно, не было вовсе. Эта смесь почти не задерживала ультрафиолетового солнечного излучения, и оно достигало земной поверхности с интенсивностью, которая была бы смертельной для современных форм жизни. То и дело разражались чудовищные грозы, обрушивая молнии и на сушу, и на море.

В 50-х годах проводились лабораторные эксперименты, показавшие, что могло происходить в подобных условиях с перечисленными выше химическими веществами. Смесь этих газов с водяными парами подвергали воздействию электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Всего лишь через неделю в смеси появились сложные молекулы, в том числе сахара, нуклеиновые кислоты и аминокислоты — те кирпичики, из которых строятся белки. Несомненно, подобные молекулы могли образовываться в морях Земли на самой заре ее истории.

Прошли миллионы лет, концентрация этих веществ заметно увеличилась, и молекулы начали взаимодействовать, образуя все более сложные вещества. Не исключено, что кое-какие компоненты могли быть занесены из космоса метеоритами. Со временем среди огромного разнообразия химических соединений появилось то, которое стало решающим для дальнейшего развития жизни. Оно называется дезоксирибонуклеиновой кислотой, или сокращенно ДНК. Структура ДНК обеспечивает ей два важнейших свойства: во-первых, она служит как бы матрицей для выработки аминокислот и, во-вторых, обладает способностью к самовоспроизведению. В ДНК молекулы достигли порога чего-то принципиально нового, так как эти два свойства ДНК присущи и живым организмам вроде бактерий. А ведь бактерии не только простейшая известная нам форма жизни, они и найдены были среди самых древних окаменелостей.

Способность ДНК к самовоспроизведению заложена в ее уникальном строении. ДНК имеет форму двойной спирали. В процессе деления клеток она разделяется по всей длине на две отдельные спирали. Каждая становится матрицей, к которой прикрепляются другие, более простые молекулы, и в конце концов, превращается в новую двойную спираль.

Есть только четыре вида простых молекул, из которых в основном строится ДНК, но они группируются по трое и располагаются в невероятно длинной молекуле ДНК в особом и значимом порядке. Этот порядок определяет, каким именно образом примерно два десятка различных аминокислот располагаются в белке, сколько их нужно выработать и когда именно. Отрезок ДНК, несущий информацию для непрерывной последовательности построения белка, называется геном.

Иногда связанный с воспроизведением процесс копирования ДНК может пойти неверно: в какой-то точке происходит ошибка или отрезок ДНК сдвинется и займет другое место. В результате копия получается неточной и созданный ею белок может оказаться совершенно иным. Когда это произошло с первыми живыми организмами, на Земле началась эволюция, так как подобные ошибки в копировании являются источником вариантов, которые путем естественного отбора приводят к эволюционным изменениям. И благодаря микроокаменелостям мы знаем, что уже 3 млрд. лет назад существовало несколько форм бактериевидных организмов.

Воображение бессильно охватить подобные сроки, но мы можем получить некоторое представление о сравнительном соотношении основных этапов истории жизни, если приравняем время, протекшее между этими первыми ее зачатками до наших дней, к одному году. Мы вряд ли уже открыли самые древние окаменелости, и, значит, жизнь началась не 3 млрд. лет назад, а еще раньше, так что один день этого условного года будет соответствовать, грубо говоря, 10 млн. лет. По такому календарю окаменелости похожих на водоросли организмов Ганфлинт-Черта, выглядевшие столь древними, когда их открыли, оказываются довольно поздними персонажами в истории жизни,

поскольку на сцене они появились только во второй неделе августа. Наиболее древние следы червей в Большом Каньоне были проложены по илу во второй неделе ноября, а первые рыбы появились в известняковых морях неделю спустя. Маленькая ящерица пробежала по пляжу в середине декабря, а человек возник только вечером 31 декабря.

Но вернемся к январю. Первоначально бактерии питались разнообразными углеродными соединениями, которые накапливались в первозданных морях долгие миллионы лет. Но чем больше становилось бактерий, тем меньше должно было оставаться этой пищи. Совершенно очевидно, что бактерия, сумевшая использовать иной источник питания, должна была оказаться в значительном выигрыше, и в конце концов некоторым из них нечто подобное удалось. Вместо того чтобы поглощать готовую пищу из окружающей среды, они начали производить ее в собственной клетке, черпая необходимую энергию из солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. Для него, в частности, требуется водород — газ, который в больших количествах выделяется во время вулканических извержений.

В настоящее время условия, очень сходные с теми, в которых жили древнейшие фотосинтезирующие бактерии, можно найти в таких вулканических районах, как Йеллоустон в американском штате Вайоминг. Там огромная расплавленная масса, лежащая всего в каком-нибудь километре под поверхностью земли, нагревает породы вверху. Во многих местах подпочвенные воды имеют температуру выше точки кипения. Они поднимаются по трещинам в породе под все уменьшающимся давлением и внезапно вырываются наружу высокими струями пара и воды. Это гейзеры. В других местах вода разливается на поверхности горячими лужами. По мере того как она растекается и охлаждается, соли, растворявшиеся в ней, пока она прокладывала себе путь вверх, и полученные от расплавленной массы внизу, осаждаются, образуя высокие закраины бассейнов с ярусами террас под ними. В этой почти кипящей, насыщенной минеральными солями воде живут и размножаются бактерии. Некоторые разрастаются в спутанные нити и клубки, другие — в толстые кожистые пласты. Многие ярко окрашены, причем интенсивность их цвета меняется на протяжении года, показывая, благоденствует ли колония или чахнет. Названия, данные этим бассейнам, отражают разнообразие бактерий и великолепие цветовых эффектов, которые они создают: Изумрудная Заводь, Серный Котел, Берилловый Ключ, Огненный Каскад, Заводь Утренней Зари и (бассейн, особенно богатый разными бактериями) Палитра Художника.

Бродя по этой фантастической местности, постоянно ощущаешь характерную вонь тухлых яиц — запах сероводорода, порождаемого реакцией подземных вод с расплавленными породами глубоко внизу. Именно из сероводорода здешние бактерии получают необходимый им водород, и пока они снабжались водородом только благодаря вулканической деятельности, это ограничивало возможность их распространения. Но со временем возникли новые формы, способные извлекать водород из практически вездесущего источника — воды. Их появление решающим образом повлияло на дальнейшее развитие жизни: ведь если от воды отнимают водород, остается второй составляющий ее элемент — кислород. Организмы, совершавшие эту операцию, по своему строению несколько сложнее бактерий. Их назвали сине-зелеными водорослями, потому что они выглядели как близкие родственники зеленых водорослей, которые можно видеть повсюду в прудах и болотах. Однако теперь, когда установлено, насколько они примитивны, их называют цианофитами или просто сине-зелеными. Содержащееся в них химическое вещество, позволяющее им использовать воду в процессе фотосинтеза, — хлорофилл. Он имеется также у истинных водорослей и у высших растений.

Сине-зеленых можно найти в любых скоплениях влаги. Ковры их, расшитые серебряными пузырьками кислорода, устилают дно прудов. В заливе Шарк-Бей на северо-западном берегу тропической Австралии они развились в особенно эффектную и о многом говорящую форму. Вход в Хемелин-Пул, небольшое ответвление этой огромной бухты, перегорожен песчаной отмелью, заросшей валлиснерией спиральной. Движение воды в заливчик и из него настолько затруднено, что от активного испарения под жгучим солнцем соленость в нем стала очень высокой. Из-за этого морские животные вроде моллюсков, которые в обычных условиях питаются сине-зелеными и не дают им особенно размножаться, там жить не могут. И сине-зеленые благоденствуют, никем не тревожимые, как в те далекие дни, когда они были наиболее развитой формой жизни на Земле. Они выделяют известь, образуя каменные подушки у берегов заливчика и искривленные колонны на большей глубине. Тут-то и кроется объяснение таинственных фигур, срезы которых видны на Ганфлинт-Черте. Сине-зеленые колонны Хемелин-Пула — это живые строматолиты, и, разглядывая их группы на испещренном солнечными бликами морском дне, мы словно переносимся в мир, от которого нас отделяют 2 млрд. лет.

Появление сине-зеленых было критическим моментом в истории жизни. Кислород, который они выделяли, накапливался сотни и сотни миллионов лет, создавая нашу современную атмосферу, значительную часть которой он составляет. От него зависит наша жизнь и жизнь всего живого. Мы нуждаемся в кислороде не только, чтобы дышать, — он защищает нас. Атмосферный кислород образует заслон, слой озона, который поглощает почти всю ультрафиолетовую часть солнечного излучения. Именно эти лучи обеспечивали энергию для синтеза аминокислот и сахаров в первозданном океане, а потому появление сине-зеленых исключило возможность того, что жизнь на Земле когда-либо вновь возникнет тем же способом.

На этой стадии развития жизнь пребывала очень долго. Но затем произошел следующий решительный скачок. Как именно это произошло, мы еще точно не знаем, но подобия организмов, возникших в результате этого скачка, можно найти буквально в любом пресном водоеме.

Капелька прудовой воды под микроскопом кишит крохотными организмами: одни вертятся, другие ползают, третьи ракетами проносятся поперек поля зрения. Их групповое название — простейшие. Все они — одноклеточные, однако внутри их оболочек находятся структуры куда более сложные, чем у бактерий. Основной компонент такой структуры — ядро, полное ДНК. Оно, по-видимому, и является организующей силой клетки. Продолговатые тельца — митохондрии — обеспечивают ее энергией, сжигая кислород, примерно так же, как бактерии. У многих клеток имеется быстро виляющий жгутик, который сходен с нитевидной бактерией спирохетой. Кроме того, некоторые простейшие организмы обладают хлоропластами — телами, содержащими хлорофилл и, подобно сине-зеленым, использующими солнечный свет для образования сложных молекул, служащих им пищей. Таким образом, каждый из этих мельчайших организмов как бы объединяет в себе ряд более простых организмов. По мнению некоторых исследователей, простейшие и представляют собой именно такое объединение. Быть может, клетка, которая обычно питалась, обволакивая другие частицы, при каких-то обстоятельствах включила в себя некоторое количество бактерий и сине-зеленых, оставшихся непереваренными, и в результате образовалось сообщество, ведущее единую жизнь в еще невиданной близости. Но каким бы образом ни возникли эти организмы, микроокаменелости свидетельствуют, что столь сложные клетки появились примерно 1200 млн. лет назад, то есть в начале сентября нашего условного «года жизни».

Простейшие, как и бактерии, размножаются делением, но их внутреннее строение гораздо сложнее, и, естественно, деление простейших — процесс тоже очень сложный. Большинство отдельных структур, входящих в сообщества, также делятся. Более того, митохондрии и хлоропласты, обладающие собственной ДНК, нередко делятся независимо от деления всей клетки. ДНК ядра разделяется особо сложным способом, обеспечивающим копирование всех ее генов, причем таким образом, что обе дочерние клетки получают полный их набор. У различных простейших существует еще несколько способов размножения. Они разнятся в частностях. Но характерной особенностью всех способов является та или иная перетасовка генов. В некоторых случаях это происходит, когда две клетки сливаются и обмениваются генами перед тем, как вновь разъединиться, а затем содержат два полных набора генов и после их перетасовки разделяются, образуя две новые клетки, но уже с одним набором в каждой. Такие клетки бывают двух типов — крупная, относительно неподвижная клетка и клетка поменьше, активная, передвигающаяся с помощью жгутика. В этом различии заложена основа разделения полов. Первая называется яйцеклеткой, вторая — сперматозоидом. Когда обе эти клетки сливаются в новую клетку, гены опять располагаются двумя наборами, но уже в новых комбинациях — с генами не одного родителя, а двух. Такая комбинация вполне может оказаться уникальной и даст чуть иной организм с новыми характерными чертами. Разделение организмов по полу увеличивало возможности генетических изменений и тем самым заметно повышало скорость эволюции.

Простейших насчитывается около 10 тысяч видов. Одни покрыты множеством колышащихся нитей, так называемых ресничек, согласованное движение которых обеспечивает перемещение в воде. Другие, в том числе амеба, движутся по-иному: они выпячивают псевдоподии (ложноножки) и переливаются в них. Многие морские простейшие вырабатывают из кремнезема или углекислого кальция раковинки очень сложной структуры и поразительной красоты, открывающейся только исследователю, вооруженному микроскопом. Одни напоминают миниатюрные раковины улиток, другие — чудесные вазы и сосуды. Самые изящные слагаются из блестящего прозрачного кремнезема в концентрические сферы, пронизанные иглами, в готические шлемы, колокольни в стиле рококо и космические корабли в венце радиоантенн. Обитатели этих раковинок высовывают в отверстия длинные нити, которыми и захватывают частицы пищи.

Другие одноклеточные питаются с помощью фотосинтеза, что происходит благодаря содержащемуся в них хлорофиллу. Их можно считать растениями, а питающихся ими остальных членов группы — животными. Однако на таком уровне это различие выражено далеко не столь четко, как может показаться на первый взгляд, — ведь существует немало видов, которые способны в определенных условиях использовать и тот и другой способ питания.

Некоторые одноклеточные настолько велики, что видны невооруженным глазом. Потренировавшись, можно довольно быстро научиться различать в капле прудовой воды амебу — движущееся серое студенистое пятнышко. Однако рост одноклеточных организмов имеет предел, поскольку увеличение размеров затрудняет химические процессы, происходящие внутри клетки, и снижает их эффективность. Впрочем, увеличение размеров можно обеспечить иным способом — группировкой клеток в организованную колонию.

К таким колониальным видам принадлежит, например, вольвокс — полый шар величиной почти с булавочную головку, состоящий из большого числа клеток, снабженных жгутиками. Эти объединения замечательны тем, что составляющие их клетки практически ничем не отличаются от одиночных клеток, ведущих самостоятельное существование. Вместе с тем деятельность клеток, составляющих вольвокс, координированна — все жгутики на шаре движутся согласованно и гонят его в определенном направлении.

Такого рода координация между клетками, составляющими колонию, сделала новый шаг вперед около 800 млн. — 1 млрд. лет назад (где-то в октябре по нашему календарю), когда появились губки. Губки достигают значительной величины. Некоторые виды образуют на морском дне мягкие бесформенные подушки до 2 м. в поперечнике. Их поверхность пронизана мельчайшими порами, сквозь которые в тело с помощью жгутиков втягивается вода, извергаемая затем по более крупным каналам. Губка питается, отфильтровывая съедобные частицы из прогоняемого сквозь ее тело потока воды. Но компоненты ее связаны очень рыхло; отдельные клетки способны перемещаться по поверхности губки, как амебы. Когда две губки растут рядом, то по мере роста они могут сомкнуться и постепенно слиться в один организм. Если губку протереть сквозь мелкое марлевое сито так, чтобы она разделилась на отдельные клетки, эти клетки со временем вновь образуют губку и каждая займет в ее теле свое место. А самое замечательное состоит в том, что смешанные клетки двух губок, растертых таким образом, создадут единый организм смешанного происхождения.

Некоторые губки вырабатывают вокруг своих клеток мягкое упругое вещество, скрепляющее весь организм. Вот оно-то и остается после того, как сами клетки вывариваются и вымываются при изготовлении губок, которыми мы пользуемся в повседневной жизни. Другие губки вырабатывают из углекислого кальция или кремнезема крохотные иглы, так называемые спикулы, соединяющиеся в каркас, на котором располагаются клетки. Как отдельная клетка умудряется выработать свою спикулу, чтобы точно войти в общую систему, неизвестно. Разглядывая ажурный скелет губки — например, корзинки Венеры, слагающейся из кремневых спикул, — только диву даешься. Ну как сумели квазинезависимые микроскопические клетки, вырабатывая миллионы стеклянистых сосулечек, совместно сплести столь гармоничное красивое кружево? Мы этого не знаем. Однако, хотя губки и создают такие сложные переплетения, их еще нельзя считать подлинно многоклеточными животными. У них нет нервной системы, нет и мышечных волокон. Наиболее примитивные животные, обладающие указанными физическими особенностями, — медузы и их родичи.

Типичная медуза похожа на блюдечко с бахромой жгучих щупалец. Эта форма получила свое название в честь злополучной героини греческих мифов — возлюбленной бога морей, волосы которой по велению его ревнивой супруги превратились в змей. Медузы состоят из двух слоев клеток. Разделяющее эти слои студенистое вещество обеспечивает животному необходимую прочность, чтобы выдерживать пляску морских волн. Это уже довольно сложные существа. Их клетки в отличие от клеток губки не способны к самостоятельному выживанию. Некоторые стали передавать электрические импульсы и объединились в сеть, играющую роль своего рода нервной системы; другие способны сокращаться в длину, а потому могут считаться примитивными мышцами. Кроме того, у медуз имеются особые свойственные только им стрекательные клетки, внутри каждой из которых свернута длинная нить. При приближении жертвы или врага клетка выстреливает эту нить, вооруженную шипами, точно миниатюрный гарпун, и ядовитой жидкостью. Именно эти клетки в щупальцах и обожгут вас, если во время купания вы себе на беду прикоснетесь к медузе.

Медузы размножаются, выбрасывая в морскую воду яйца и сперму. Оплодотворенное яйцо развивается не в медузу, но в свободно плавающий организм, совершенно непохожий на своих родителей. Со временем он прикрепляется к морскому дну и вырастает в крохотный полип, напоминающий цветок. У некоторых видов он выпочковывает на себе других полипов. Они отфильтровывают пищу с помощью микроскопических ресничек. Затем они вырабатывают почки иного типа, и из них развиваются миниатюрные медузы, которые отделяются и становятся вольными пловцами.

Такое чередование форм между поколениями открыло путь для всевозможных вариаций внутри группы. Истинная медуза почти всю жизнь свободно плавает и лишь на короткий срок остается прикрепленной к камням на морском дне. А актинии всю свою взрослую жизнь остаются одиночными, прикрепленными к камням полипами и шевелят щупальцами в воде в ожидании, чтобы к ним прикоснулась добыча. Существуют и колонии полипов, которые, сбивая нас с толку, перестали прикрепляться к морскому дну и плавают свободно, как медузы. Таков, например, португальский кораблик. С наполненного газом пузыря свисают цепи полипов, причем у каждой цепи своя функция. Одна вырабатывает половые клетки, другая поглощает питательные вещества пойманной добычи, третья, вооруженная особенно ядовитыми стрекательными клетками, тянется позади колонии — иной раз на полсотни метров, — парализуя рыб, неосторожно соприкоснувшихся с ней.

Казалось само собой разумеющимся, что такие относительно примитивные организмы возникли довольно рано, но в течение долгого времени никаких прямых доказательств этого не удавалось найти. Дать неопровержимые доказательства могли только древние породы. Хотя микроорганизмы сохранились в кремнеземе, как-то трудно поверить, чтобы существо, настолько большое, но и настолько хрупкое, как медуза, не утратило своей формы за время, необходимое для превращения в окаменелость. Но вот в 40-х годах геологи, работавшие на юге Австралии, в горах Флиндерс, заметили в древних Эдиакарских песчаниках какие-то очень странные формы. Считалось, что эти породы, возраст которых теперь оценивается примерно в 650 млн. лет, полностью лишены каких бы то ни было окаменелостей. Судя по величине слагающих их песчинок и волнистости напластований, некогда они были песчаным пляжем. Изредка в них обнаруживались отпечатки, напоминающие цветки: одни — не больше венчика лютика, другие — величиной с розу. Не следы ли это выброшенных на песок медуз, которых опалило солнце, а прилив укрыл мелким песком? Со временем удалось найти и изучить достаточное число таких отпечатков, чтобы прийти к неопровержимому выводу: это действительно были медузы.

Теперь опознано уже по меньшей мере 16 видов. Некоторые свободно плавали. У других, по-видимому, были газовые пузыри, как у португальского кораблика. Наиболее эффектны среди этих удивительных окаменелостей прикрепленные ко дну колониальные формы, чьи отпечатки тянутся по желтовато-коричневому песчанику, точно длинные перья. «Бородки» этих перьев слагаются из отдельных веточек, усаженных полипами. Вероятно, они были выброшены на этот древний пляж после того, как буря сорвала их с родного камня. У некоторых возле основания видны смутные дисковид-ные отпечатки, похожие на монету. Сначала эти диски истолковывались как отдельные медузообразные формы, но у многих отпечатков они находятся на одном и том же месте, так что теперь часть ученых считает их органом прикрепления.

За живыми параллелями этим организмам далеко ходить не пришлось. Очень похожие на них существа — морские перья — обитают на морском дне в сотне-другой километров от гор Флиндерс. Они получили свое название в те времена, когда люди писали гусиными перьями, и оно представлялось тем более удачным, что эти организмы не только с виду похожи на перья, но их скелеты гибки и кажутся ороговевшими. Они растут, поднимаясь вертикально над морским дном — некоторые всего на несколько сантиметров, другие в половину человеческого роста. Особенно эффектно выглядят они ночью, когда испускают ярко-лиловое свечение. Если же до них дотронуться, то по их медленно колышущимся разветвлениям пробегают волны бледного света.

Морские перья называют еще «мягкими кораллами». «Твердые» кораллы, их родичи, нередко растут рядом. Это тоже колониальные организмы. По древности они уступают морским перьям — в Эдиакарских песчаниках их следов обнаружить не удалось, — но, едва появившись, они чрезвычайно размножились. Организм с известковым скелетом, обитающий в среде, где происходит непрерывное осаждение ила и песка, представляет собой идеальный объект для окаменения. Огромные толщи известняка во многих районах мира почти целиком состоят из коралловых остатков и служат подробнейшей летописью развития этой группы животных.

Коралловые полипы наращивают свой скелет от основания вверх. Каждый соединяется с соседями горизонтальными перегородками. По мере развития колонии новые полипы нередко образуются на этих соединениях, и их скелеты, разрастаясь, погребают старых полипов. В результате известняки, образованные такой колонией, все пронизаны крохотными ячейками, в которых некогда жили полипы. Живые полипы образуют лишь тонкий слой на поверхности. Каждый вид кораллов растет по-своему, а потому воздвигает себе собственный особый памятник.

Кораллы крайне требовательны к окружающим условиям — илистая или пресная вода убивает их. На глубине, куда не достигают солнечные лучи, они расти не будут, так как зависят от одноклеточных водорослей, поселяющихся в их теле. Водоросли фотосинтезируют пишу для себя, поглощая при этом углекислый газ из окружающей воды. Кораллам это помогает строить скелет, а кроме того, они дышат выделяющимся кислородом.

Первое погружение в море у кораллового рифа оставляет незабываемое впечатление. Свободно парить в прозрачной, пронизанной солнцем воде, в которой живут кораллы, — что может быть волшебнее? И конечно, ничто на суше не подготовит вас к сказочному богатству форм и красок самих кораллов. Глаза разбегаются при виде всех этих куполов, ветвей и вееров, оленьих рогов с нежно-голубыми отростками или кроваво-красных органных труб. А некоторые поразительно похожи на цветы, и, прикоснувшись к ним, невольно удивляешься, что твой ноготь царапнул по камню. Нередко различные виды кораллов растут в тесном соседстве, а над ними изгибаются морские перья и целые клумбы актиний раскрывают длинные щупальца, колеблемые подводным течением. Вы то плывете над обширными лугами, состоящими из одного вида кораллов, то, опустившись поглубже, натыкаетесь на коралловую башню, которая уходит в непроницаемые для взгляда синие бездны и вся увешена фестонами губок.

Однако днем почти невозможно увидеть организмы, создавшие этот невероятный ландшафт. Нырните ночью с фонарем и вы обнаружите, что кораллы преобразились. Четкие очертания колоний стали расплывчатыми, словно их окутала туманная дымка. Миллионы крохотных полипов высунулись из своих известковых келеек, раскинули микроскопические щупальца и ловят частицы пищи.

Отдельный коралловый полип достигает в поперечнике лишь нескольких миллиметров, но, работая совместно, они создали величайшее сооружение, какое только видел мир до появления человека. Большой Барьерный Риф, который протянулся у восточного побережья Австралии почти на две тысячи километров, виден с Луны. Значит, если полмиллиарда лет назад мимо Земли пролетал бы космический корабль, астронавты могли бы различить в голубых морях какие-то недавно возникшие таинственные бирюзовые очертания и поняли бы, что жизнь на этой молодой планете обрела развитые формы.


Морские игуаны и крабы (Галапагосские о-ва)


Слоновые черепахи (Галапагосские о-ва)


Колонии бактерий в горячем источнике (Йеллоустон, США)


Большой Каньон (р. Колорадо, США)


Строматолиты (Ганфлинт-Черт, оз. Верхнее)


Живые строматолиты (Хемелин-Пул, зал. Шарк-Бей)


Представительница одноклеточных: туфелька (Х400)


Коралловые лагуны и рифы вокруг о-ва Муреа (неподалеку от о-ва Таити)

<<< Назад
Вперед >>>

Генерация: 2.270. Запросов К БД/Cache: 3 / 0
Вверх Вниз