Мартин Брезиер Затерянный мир Дарвина. Тайная история жизни на Земле

Martin Brasier

Darwin’s Lost World

The Hidden History of Animal Life

© Martin Brasier, 2009

© Franz Anthony, cover illustration

© А. Вячеславова, перевод на русский язык, 2020

© И. Кригер, перевод на русский язык, 2020

© ООО “Издательство Аст”, 2020

Издательство CORPUS ®

Книжные проекты Дмитрия Зимина

Эта книга издана в рамках программы “Книжные проекты Дмитрия Зимина” и продолжает серию “Библиотека фонда «Династия»”. Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании “Вымпелком” (Beeline), фонда некоммерческих программ “Династия” и фонда “Московское время”.

Программа “Книжные проекты Дмитрия Зимина” объединяет три проекта, хорошо знакомых читательской аудитории: издание научно-популярных книг “Библиотека фонда «Династия»”, издательское направление фонда “Московское время” и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы “Просветитель”.

Подробную информацию о “Книжных проектах Дмитрия Зимина” вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru

Предисловие

Чарльз Дарвин был озадачен. Он открыл “затерянный мир”, который, как позднее выяснилось, охватывает более 80 % истории Земли. Любопытно, что изучение “затерянного мира” – речь идет о кажущемся отсутствии окаменелостей в породах старше кембрийских – по-настоящему началось лишь сто лет спустя, в 1958 г. Но почему осознание проблемы заняло столько времени? Возможно, потому, что она была – и остается – очень сложной. Сейчас ею занимаются все естественные науки. Прогресс дался нелегко. Так, большую часть этого времени у ученых не было ни понимания огромной продолжительности докембрия, ни данных о живших тогда существах.

“Скелетом” книги я сделал рассказ о собственных изысканиях, начатых в юности, во время плавания на английском судне “Фон” в должности корабельного натуралиста (я изучал экосистемы Карибского моря). Дорога вела меня в прошлое, от кембрийского взрыва и эдиакарской биоты (600–500 млн лет) ко времени возникновения эукариот (более 1 млрд лет назад), и всякий раз я попадал во все более отдаленные части планеты, населенные все более непривычно мыслящими людьми. Поэтому я связал изложение проблем с описанием святых для палеонтолога мест, характерных ископаемых остатков, а также охотников за окаменелостями.

Я стремился показать здесь, как со временем изменялись суждения ученых о древнейшей жизни. Надеюсь, книгу вы прочтете с легкостью и удовольствием. В конце концов, хорошая наука – это не только голые факты. Наука должна увлекать, и если она не увлекательна, то это, должно быть, неправильная наука. Поэтому всякое поколение ученых отыскивает собственный ответ на вечный вопрос о возникновении жизни, и всякое новое поколение ученых дает куда лучший ответ. Я желал показать, какой именно наукой занимаюсь сам, как мы, палеонтологи, ставим вопросы и как “читаем” геологическую летопись, и развлечь всех, в ком живо любопытство и кому интересно узнать богатую историю жизни, лежащую у нас под ногами.

Итак, вот ваш паспорт Путешественника по времени, позволяющий делать собственные удивительные открытия о мире, в котором мы живем. Геологическая летопись – лучшее пособие для отыскивания закономерностей, понимания течения и смысла жизни. А вот отправная точка для поиска закономерностей: врожденное любопытство, чуть приправленное сомнениями. К счастью, наука исключительно хорошо приспособлена для оценки сомнений.

Как справедливо указал мой коллега из Гарварда Энди Ноул, наука – это занятие чрезвычайно суетное. Ученый ничего не сумел бы сделать без друзей и коллег. И я глубоко благодарен своим учителям и наставникам за то, что они подтолкнули меня к изучению древнейшей жизни (я занимаюсь этим с 1960-х гг.): Джону Дьюи, Тони Барберу, Биллу Смиту, Мартину Глесснеру, Персу Аллену, Роланду Голдрингу, Стюарту Маккероу, Максу и Франсуазе Дебрен, Майклу Хаусу, Джону Кауи, Питеру Куку, Джону Шерголду и Стивену Мурбату. Джонатан Антклифф и Лата Менон сыграли роль катализатора в появлении этой научно-популярной книги (которая, может быть, даже станет популярной) и помогли советами относительно слога. Я благодарю геологов со всего мира за неоценимую помощь на протяжении сорока лет в полевых работах (зачастую в местах далеких и опасных) и последующих лабораторных исследованиях: Оуэна Грина (за поддержку и “в поле”, и в лаборатории, а также за руководство оксфордской Лабораторией палеобиологии); моих многочисленных учеников и протеже (в том числе Дункана Макилроя, Грэма Шилдса, Луизу Пертон, Гретту Маккаррон, Дэвида Уэйси, Джонатана Лезера, Чжоу Чуаньмина, Николь Маклафлин, Джонатана Антклиффа, Майю Швейцер, Ричарда Коллоу, Александра Лю, Лейлу Беттисон и Лату Менон) за плодотворные дискуссии “в поле”, в лаборатории и в пабе; Алексея Розанова, Андрея Журавлева и Всеволода Хоментовского (с которыми я работал в Сибири и Монголии в 1990–1993); Сян Ливэня, Син Юйшэна, Чжао Юэ, Цзян Чживэня, Ло Хуэйлиня, Хэ Тингуя и Сунь Вэйго (Китай, 1986–2007); Елену Жегалло, Доржийна Доржнамжаа, Янданийна Бат-Ирээдуй, Рэйчел Вуд, Саймона Конвей-Морриса и Стефана Бенгтсона (Монголия, 1991–1993); Дхираджа Банерджи (Индия, 1990); и Пратапа Сингха (за пробы); Йоахима Амтора, Салима аль-Маскери, Филипа Аллена и Джона Гротцингера (за сотрудничество в Омане); компании “Петролеум девелопмент – Оман” и “Шелл интернэшнл” (Оман, 1994–2000); Филипа Аллена и Джона Гротцингера (которые показали мне, что значит заниматься докембрийской седиментологией); Бахауддина Хамди (за иранские пробы и полевые заметки); Эладио Линьяна, Антонио Перехона, Мигеля Анхеля де Сан-Хосе (Испания, с 1978 г.); Тревора Форда, Хелен Бойнтон, Майка Харрисона, леди Мартин, Майка Хау, Джона Карни и добрых людей в Англии и Уэльсе, помогавших мне с 1965 г.; Майкла и Элисон Льюис (за предоставление ими в течение нескольких десятилетий фермы в Уэльсе в качестве полевой базы); Майка Андерсона, Эда Лендинга, Ги Нарбонна, Кааса ван Стааля, Боба Далримпла и Дункана Макилроя (Ньюфаундленд и Новая Шотландия, с 1987 г.); Джона Ганчара и его коллег из Мемориального университета Ньюфаундленда; Джона Линдси (НАСА) и Криса Стокса (Австралия, 1998–2006); Джима Гелинга, Дэйва Маккирди, Ричарда Дженкинса и Пьера Круза (Австралия, 1998). К сожалению, я не могу упомянуть здесь всех моих коллег, друзей и наставников.

Наконец, я хочу поблагодарить своих почивших родителей – за то, что они научили меня любить природу, планету и скрытое под нашими ногами прошлое; жену и подругу Сесилию (за неустанную помощь в Швеции, Норвегии, Испании, Англии, Уэльсе и Шотландии в течение трех десятилетий, а также за то, что несколько месяцев каждого года она была идеальной “вдовой геолога”) и наших детей Мэттью, Алекса и Зои (за живой ум и энтузиазм во время каникул на островах Айлей и Джура, на озере Лох-Ассинт и в Дордони). Эта книга не появилась бы на свет без их поддержки.

Оксфорд

Июль 2008 г.

Глава 1 В поисках затерянных миров

Головоломка Дарвина

Январь 1859 г. Вы гость Даун-хауса в английском графстве Кент и сидите на диване в просторном затемненном кабинете Чарльза Дарвина. Рождественские украшения уже убраны. Пахнет кожаными переплетами и нафталином. Горит газ в рожках. Последние несколько месяцев натуралист заканчивал новую книгу “Происхождение видов”, в основу которой легли заметки и наблюдения, собираемые уже почти тридцать лет, с 1831 г.

Дарвин, сидя в кресле, что-то быстро пишет. Он поглощен своими занятиями и выглядит довольным. Но вдруг он поднимает голову, хмурится. Встает. Нервно ходит по комнате, постукивая ручкой по ладони. Берет с полки трилобита. Это одна из древнейших известных геологам окаменелостей. У трилобита нет глаз. Он слегка похож на увязшую в черном сланце мокрицу. Его как будто в шутку назвали агностусом (Agnostus), то есть “агностиком”. Дарвин вертит в руках ископаемое. Великий натуралист бормочет: “Необъяснимо… Совершенно необъяснимо”. Дарвин садится в кресло и пишет: “Этот случай нужно пока признать необъяснимым, и, возможно, на него справедливо указывать как на действительный аргумент против защищаемых здесь взглядов”^[1].

Мой рассказ начинается с Большого вопроса, поставленного еще в 1859 г. (см. вкладку). Дарвин не спешил с публикацией “Происхождения видов”: это было очень опасно для репутации, здоровья и душевного равновесия. Много бессонных ночей он провел за формулированием аргументов в каждой главе. Он тщательно выбирал слова, чтобы каждое предложение звучало внушительно и взвешенно. Как и многие ученые, предъявляющие миру свое открытие, Дарвин буквально слышал шипение недругов, как слышал шипение ламп тихими вечерами. И к 1859 г. Дарвин заполучил великолепного врага. Орлом, клюющим его печень, стал знаменитый Ричард Оуэн: очень умный, прямой, амбициозный, даже более обычного неприятный анатом. Эдакий профессор Мориарти – мрачный, зловещий, элегантный. Это сходство подчеркивают огромные связи Оуэна^[2]. Он заведовал естественно-историческим отделением Британского музея, состоял в литературном клубе “Атенеум”, а также был приближенной к королевской семье персоной. Кроме того, он был известен своим высокомерием и находил удовольствие в издевательствах над интеллектуальными соперниками. Дарвин с горечью писал другу, что Оуэн – человек “чрезвычайно злобный, умный и… опасный”^[3]. Несмотря на неудобства, причиненные Дарвину оппонентами, и его нелюбовь к спешке, публикация “Происхождения видов” стала неизбежной еще тогда, когда Альфред Р. Уоллес написал Дарвину из джунглей Молуккских островов. Два натуралиста независимо пришли к поразительному и опасному выводу: естественный отбор – вот причина видообразования, двигатель эволюции жизни. И этот простой процесс является тем самым Розеттским камнем, который способен объяснить поразительное разнообразие жизни в настоящем и в прошлом^[4].

В 1859 г., чтобы взять в споре об эволюции верх, Дарвину нужно было указать не только ее вероятный механизм, но и “первопричину”. И он обнаружил “первопричину”, причем удивительно простую. Это естественный отбор, устранивший вмешательство сверхъестественного в умножение числа жизненных форм. Дарвин, будто наблюдавший за полетом через бурное море стаи птиц, понял: берега достигнут лишь сильнейшие и наиболее приспособленные. Он указал, что жизнь – это бег наперегонки с непрерывным отбором, что она напоминает полет против дождя, ветра и волн^[5]. Но Дарвин не мог объяснить ни разнообразия между популяциями, ни механизма передачи признаков от поколения к поколению.

Птичья стая, конечно, – метафора. Дарвину было нужно нечто более конкретное: ряд биологических экспериментов, нечто очень простое и очень доступное для изучения. Возможно, взятое прямо с обеденного стола. Любопытно, что он предпочел яства, подаваемые на воскресном обеде. И сделал неправильный выбор, видимо, думая о голубях, а не о горохе. Очень скоро моравский монах Грегор Мендель (после нескольких лет экспериментов в монастырском огороде) сформулирует основные законы генетики^[6]. К сожалению, Дарвин не знал о работе Менделя. И сейчас его многое продолжало беспокоить: он собрал доказательства влияния естественного отбора, но пока не был способен объяснить механизм наследования. Также Дарвин не мог указать несомненные следы эволюции в геологической летописи.

И, как будто всех этих затруднений было недостаточно, Дарвин столкнулся с поистине большой загадкой. В самой геологической летописи стали появляться сюрпризы: большая ее доля, казалось, не сохранила доказательств присутствия жизни на Земле^[7]. То есть ни один геолог в 1859 г. не мог предъявить ни одного надежного ископаемого из докембрийских пород. Не имелось убедительных ископаемых остатков существ, живших прежде трилобитов: эти породы хранили молчание. Это не имело бы значения, если бы докембрий длился недолго. Но, как мы увидим, Дарвин знал, что “тишина” не была кратковременным отклонением. Докембрий охватывает огромную часть истории Земли^[8].

Дарвин стал терзаться вопросом, долго ли все это происходило (вернее, не происходило). Готовя первые издания “Происхождения видов”, он, похоже, считал, что “молчание” длилось несколько сотен миллионов лет. Но к 6-му изданию (1872) Дарвин почувствовал весь масштаб проблемы:

Здесь мы встречаемся с серьезным возражением, так как кажется сомнительным, чтобы земля существовала достаточно продолжительное время в состоянии, благоприятном для обитания на ней живых существ. Сэр У. Томпсон [лорд Кельвин] приходит к заключению, что отвердение земной коры едва ли могло произойти менее чем за 20 или более чем за 400 млн лет назад и произошло, вероятно, не меньше чем за 98 и не больше чем за 200 млн лет. Эти очень широкие пределы показывают, насколько сомнительны самые данные, и возможно, что впоследствии в решение этой проблемы будут введены и другие элементы. М-р Кроль [Кролл] полагает, что около 60 млн лет протекло со времени кембрийского периода, но это, судя по малому изменению органических форм со времени начала ледниковой эпохи, кажется очень коротким временем для тех многих и значительных изменений жизни, которые, несомненно, произошли со времени кембрийской формации; и предшествовавшие этому 140 млн лет едва ли можно признать достаточными для развития разнообразных форм жизни, которые уже существовали в кембрийский период^[9].

К счастью, и Кролл и Томпсон были очень далеки от истины. Благодаря открытому в XX в. методу радиоизотопного датирования мы знаем, что докембрийские породы соответствуют около 80 % истории Земли (4560–542 млн лет). Содержание кембрийских и более молодых пород со всеми их ископаемыми остатками, от трилобитов и аммонитов до динозавров и человекообразных обезьян, – не более чем сноска в учебнике истории нашей планеты. Когда геологи-викторианцы переступили порог, который мы теперь называем границей докембрия и кембрия^[10], все изменилось. Не последнее место заняло обнаружение остатков всех основных групп животных всего в нескольких десятках метрах породы, то есть они возникли за несколько миллионов лет. Таким образом, сложные формы жизни появились почти в одночасье. Открытие парадоксально долгого безжизненного периода (викторианцы называли его азойской эрой), сменившееся стремительным увеличением количества окаменелостей (сейчас – фанерозой), должно быть, явилось в 1859 г. потрясением для Дарвина. Только буйные французы-республиканцы способны затеять революцию в истории Земли. Но это чрезвычайно… не по-английски.

Дарвину пришлось признать, что внезапное появление множества сложных форм жизни в начале кембрийского периода (кембрийский взрыв) он объяснить не может. (Это затруднение назвали головоломкой Дарвина^[11].) Более того, в кажущемся отсутствии ископаемых можно было усмотреть свидетельство Сотворения мира. Например, так считал Родерик Мерчисон (Мурчисон). Его наставник Чарльз Лайель старался сохранять трезвость в этом вопросе. Поэтому Дарвин в “Происхождении видов” тщательно выбирал слова, высказываясь об отсутствии ископаемых предковых или промежуточных форм в известных группах животных. Он говорил, что “затерянный мир” в тумане времен почти неразличим:

…Виды, принадлежащие к различным главным подразделениям животного царства, внезапно появляются в самых нижних из известных нам пород с ископаемыми остатками… Нельзя, например, сомневаться в том, что все кембрийские и силурийские трилобиты^[12] произошли от какого-нибудь одного ракообразного, которое должно было существовать задолго до кембрийского периода и которое, вероятно, сильно отличалось от всех известных нам животных^[13]… Следовательно, если эта теория верна, не может быть сомнения в том, что, прежде чем отложился самый нижний кембрийский слой, прошли продолжительные периоды, столь же продолжительные или, вероятно, еще более продолжительные, чем весь промежуток времени между кембрийским периодом и нашими днями, и что в продолжение этих огромных периодов мир изобиловал живыми существами^[14].

Живой “затерянный мир”

Дарвин считал, что жизнь существовала задолго до кембрия и что рано или поздно это подтвердят находки окаменелостей. В экспедиции на “Бигле” он довольствовался подсказками, собранными на Галапагосских островах. С тех пор многие начинающие ученые мечтали найти какой-нибудь “затерянный мир”, который раскрыл бы древнюю историю жизни. (Когда я прочитал “Затерянный мир” Артура Конан Дойла, это сделалось и моей мечтой^[15].) В 1970 г. я получил удобную возможность. Вскоре после университета я, к своему немалому удивлению, оказался (в должности корабельного натуралиста) на борту корабля ВМФ “Фон”, отправлявшегося из Девонпорта в Карибское море вслед за судном “Фокс”^[16]. У “Фона”, исследовательского судна водоизмещением 1179 т, был сахарно-белый корпус, желто-оранжевая труба и глянцевая тиковая палуба. Интересно, что “Фон” наследовал дарвиновскому “Биглю”. “Фон” и его собратья “Фокс”, “Бигль” и “Бульдог” были гордостью Гидрографической службы^[17]. “Фон” даже напоминал яхты миллионеров, особенно в лунном свете у Каймановых островов, где мы однажды встали на якорь.

У нас было задание: нанести на карту рифы и лагуны, а также систематизировать данные о морской флоре и фауне этого нетронутого уголка. Отчасти план состоял в том, чтобы детально изучить два естественных препятствия для судоходства в “пересохшем пруду” Британской империи. Первым была отмель Педро. Этот остров был столь же велик и прекрасен, как Ямайка. Но никто из ныне живущих его не видел, поскольку он, подобно легендарной Атлантиде, ушел под воду в конце ледникового периода (ок. 10 тыс. лет назад). Вторая опасность – еще более крупная отмель Барбуда к северу от Антигуа, где когда-то действовал Нельсон и некоторое время провели мы.

Море, небо, пляж цвета выбеленных костей и полуденный бриз облегчали рутинные задачи: отбор проб и промер глубин. Долгие вахты перемежались насыщенными визитами в дружественные островные государства, лежащие между устьем Ориноко и Флоридой. Однажды нас даже отрядили на месяц для поимки пиратов. Фидель Кастро пожаловался английскому правительству на то, что на северное побережье Кубы нападают пираты, укрывающиеся на пустынных островах Багамского архипелага, и наше правительство отправило туда флот. Нам пришлось, оставив составление карт и измерение очаровательных морских раковин, учиться обращению с оружием. По ночам мы сканировали море радаром. И однажды удача улыбнулась нам: метрах в ста по правому борту обнаружился подозрительный объект. За таинственным врагом была отправлена поисковая группа: это оказались десятки браконьерских ловушек с омарами. Неделю мы обедали как короли. Пиратов мы так и не увидели: мы были очень осторожны.

“Бородатая леди”

В августе 1970 г., после пяти месяцев в море, наступил момент истины. Моими “Галапагосскими островами” стал остров Барбуда, одно из нетронутых (в то время) мест тропической Атлантики^[18]. Название заставит улыбнуться понимающего испанский язык человека: “бородатая леди” – возможно, из-за выступающей “бородки” штормовых пляжей. Христофор Колумб не заметил Барбуду, поскольку остров не особенно выдается из моря, да и сам невзрачен. “Невидимость” делает Барбуду одной из главных в регионе опасностей для судов. Путешественники после Колумба, как правило, также игнорировали остров, поскольку почвы его бедны, а климат довольно засушлив. Конечно, на Барбуде есть растительность, но представлена она главным образом эхинокактусами, мечелистной агавой, манцинеллой и мангровыми деревьями. На острове скромное сельское хозяйство, а население в то время составляло всего 1 тыс. человек, все они жили в Кодрингтоне и зарабатывали на скромную жизнь ловлей раков и собиранием раковин.

Путешествуя на “Фоне”, я мечтал по окаменелостям восстановить эволюционную и экологическую историю рифов и лагун. Совершив тем августом небольшую прогулку, пешком и верхом, я осмотрел возвышенности, низменности, лагуны и рифы (рис. 1).

Первое и самое древнее, что я обнаружил, – известняковое плато под названием Хайленд. Оно возвышалось метров на тридцать над джунглями. Дороги из Кодрингтона к таинственному плато не было, и без мачете я не смог бы попасть туда. Это было подобно приглашению в “затерянный мир” Конан Дойла.

Хайленд, подобно короне, окружают соленые озера и лагуны, вытянувшиеся вдоль западной (подветренной) стороны острова. Каждое из дюжины озерец и лагун, молодых и древних, стало отдельной экосистемой. Крупнейшая из них – Кодрингтонская лагуна (ок. 10 км в длину и 3 км в ширину) – на севере сообщалась с океаном посредством извилистого приливно-отливного канала. Еще мы открыли ответвляющуюся от Лагуны цепь небольших лагун. Каждую отделял от соседних узкий бело-розовый пляж, нередко со своим характером: на одном – мангровые деревья и птицы фрегаты, на другом – кокосовые пальмы и громадные москиты, и т. д. Единственным признаком цивилизации здесь были шхуны, везущие по Лагуне провизию с острова Антигуа.

Рис. 1. Живой “затерянный мир”. На Барбуде, одном из Малых Антильских островов, я начал изучать “затерянный мир” Дарвина. Карибское море лежит к западу, а основные участки коралловых рифов (закрашено черным цветом) на востоке соприкасаются с Атлантическим океаном.

Барбуду окружают три полосы рифов, и каждая защищает остров от штормов. Эти полосы едва ли не самые мощные во всей тропической Атлантике – из-за огромных волн. На острове нет ни уголка, где не слышен грохот разбивающихся о рифы волн. И каждое утро дикий рев встречал нас, когда мы приближались к рифам для работы. Основной береговой риф (длиной ок. 15 км) на протяжении почти всего восточного побережья острова соединен со скалистой береговой линией. На юге и севере Барбуды рифы разрослись в пышные “сады”, погруженные – подобно ребенку, окунаемому в ванночку, – в теплую прозрачную воду. Но рифы далеко не так безобидны. Здесь и там видны обломки примерно двух сотен потерпевших крушение кораблей. Водоросли и кораллы охотно используют их для надстройки рифа.

После долгих месяцев на корабле с его строгим распорядком и бесконечной вареной капустой было отрадно сбежать ненадолго на остров. Но если молодой Дарвин обращал внимание на птиц и черепах, подмечая необычное в пространстве, то я скромно готовился к странностям, проявляемым во времени.

В одной песчинке

В последней четверти 1970 г. мы с коллегами картировали на Барбуде распространение микроорганизмов, растений и животных. Обычно день начинался на рассвете с выхода на моторной лодке, погружения и отбора проб в какой-нибудь не исследованной до тех пор части подводного рая^[19]. Работа продолжалась на лодке до полудня, когда пассат становился чересчур сильным для комфортной работы. Тогда мы возвращались к маленькому причалу на юго-востоке Лагуны, оставляли там лодку и отправлялись пить чай.

В Кодрингтоне мы устроили небольшую лабораторию на самом берегу, в здании бывшей хлопковой фабрики. В жаркие и ветреные послеобеденные часы мы готовили пробы розового песка и ярких ракушек к отправке домой. После заката мы выбирались из складского мрака с керосиновыми лампами в руках. Воздух наполняло бренчание стил-бэнда Гладуина Нэдда, доносившееся из бара “Тимбук-Уан”, а наши керосинки осаждали бабочки, жуки и богомолы. Но не скажу, что зато днем мы были в безопасности. Вокруг хлопкозавода рыскали и более ядовитые существа, чем мы надеялись повстречать. Однажды утром я, натягивая шорты, заметил, что в складке одежды угнездился пушистый тарантул. Мы несколько месяцев держали этого паука, прозванного Тарой, в банке. Казалось, тарантулы и гигантские многоножки здесь повсюду, но мы научились выпроваживать их из душа и, главное, из-под ободка унитаза.

Я расположился посреди этого зверинца с микроскопом. За сбором и определением растений, губок, кораллов и морских раковин прошли месяцы. К концу сентября мы собрали на дне Лагуны множество организмов и отметили их на карте^[20]. Но меня ждал сюрприз: с помощью микроскопа я обнаружил обильную жизнь. Разнообразие раковин, казалось, возрастало с каждым приближением. Например, на квадратном метре лагуны или рифа можно визуально обнаружить около дюжины раковин моллюсков, причем даже в небольшом приближении это разнообразие жизни увеличивается. Когда же я заглянул в микроскоп, мне открылся удивительный мир с множеством существ размером до десятой доли миллиметра, многие из которых были необыкновенной красоты (см. вкладку). Мне стало понятно: биосфере присуще “фрактальное” качество.

Каждый день, возвращаясь на хлопкозавод, я приступал к рассматриванию “мира в одной песчинке”. Среди обстоятельств, подлежащих проверке в первую очередь, был подсчет видов в пробе песка и ила с Большого Козьего рифа. В песке с морского дна, выбеленном и непримечательном, как если бы он происходил из арабской пустыни, нашлось почти 10 тыс. раковин фораминифер почти 100 видов (и это исключая прочие создания и почти невидимые микроорганизмы). Я вовсе не был готов к такому, но подобное, как теперь известно, можно наблюдать в любом уголке мира. Это закон масштабирования: в присутствии множества малых существ количество более крупных прогрессивно уменьшается. Если я хотел восстановить историю жизни, то мне следовало позабыть о динозаврах и вместо этого обратить внимание на крошечных существ.

На Большом козьем рифе

Глядя с пляжа на восток, в сторону рифового пояса Барбуды, можно увидеть танцующие на горизонте белые хребты атлантических волн. Это признак пассатов, освежающих эту часть тропиков. Много лет в таких условиях кораллы образовывали гребни, мели, траншеи и пещеры всех форм и размеров. Одни обитатели рифа протягивали ветви к солнцу, другие укрывались в созданной ими самими тени. Поэтому у разных частей рифа собственная биота: светолюбивые кораллы и водоросли, тенелюбивые губки и простейшие, обосновавшиеся в нишах. Однажды утром мы подняли в лодку фрагменты живой “скалы”, и я с удивлением увидел множество отверстий. Эти впадины, щели, трубки, туннели (конечно, появившиеся естественным путем) стали домом множеству беспозвоночных, например желтым губкам, розовым асцидиям и сиреневым офиурам. Чем дырявее “порода” рифа, тем разнообразнее его обитатели. Поистине, жизнь – это поиски места под солнцем.

Главный архитектор этого рифа – похожий на оленьи рога коралл акропора (Acropora). Фактически каждый рог представляет собой колонию (ее возраст может исчисляться сотнями лет) генетически идентичных коралловых полипов. Погружение поблизости от рогов может быть занятием неприятным и даже небезопасным: крошечные кораллиты могут вызвать неприятные высыпания на коже, похожие на ожоги мелких медуз, а жесткая известковая поверхность коралла подобна рашпилю. Бывало, коралловые рога протыкали дно кораблей, устраивая обитателям рифа ужин из незадачливых моряков.

Биологи давно выяснили, что кораллы наподобие акропоры относятся к стрекающим – животным с радиальной симметрией, напоминающим цветы. Все стрекающие кишечнополостные снабжены простым, но очень эффективным набором для выживания: щупальца со стрекательными клетками и, возможно, не очень гигиеничный, но очень эффективный кишечник без ануса. (Поэтому единственное отверстие, через которое коралл может избавиться от продуктов жизнедеятельности – это рот.) Если говорить о положении стрекающих на древе жизни, то они считаются относительно примитивными животными. Ниже этой ветви располагаются лишь губки^[21]. Другой замечательной особенностью рифообразующих кораллов является способ их питания. Каждое щупальце снабжено стрекательными клетками, которые “загарпунивают” проплывающих рядом мелких животных. Особенно искусно кораллы ловят зоопланктон: крошечных рачков и личинок различных животных, которые днем прячутся в глубине, а ночами собираются в толще воды на кормежку.

Внутренние слои коралловых полипов вдоль гребня рифа напоминают коммерческую теплицу с рядами простых клеток, похожих на растительные, приманенных из толщи воды. В природе у этих огненно-красных клеток имеются кнутовидные нити, помогающие им вертеться, подобно дервишам. Отсюда их название – динофлагелляты. При обособленном обитании эта группа может стать причиной жутковатых красных приливов, не только отравляющих токсинами промысловую рыбу, но и вызывающих массовую гибель морских рыб и птиц.

Динофлагелляты отправляются жить среди кораллов, соблазнившись бесплатной раздачей удобрений. Но взамен они должны изо дня в день производить пищу для кораллов при помощи аккумулирования солнечного света. Таким образом, пользу от симбиоза получают все^[22]. Впрочем, трудно сказать, что это такое: брак или рабство. Я подозреваю второе. Тяжкий труд лежит в основе экологии целого кораллового рифа, жизнь которого зависит от питательных веществ, поступающих от симбионтов их хозяевам и вверх по пищевой цепи.

На нижней стороне “оленьих рогов” коралловые полипы, как правило, не селятся. На этих незащищенных участках строят убежища другие животные. Некоторые сверлят для этого старый коралловый известняк, иногда настолько упорно, что верхушка коралла валится на дно, где со временем превращается в песок. Другие, напротив, укрепляют остов, добавляя новые известняковые слои. Кораллиновые водоросли, выбравшие второй путь, защищают риф от бурь и времени.

Но не только водоросли стали стражами и героями рифов. Я хотел бы напомнить и о рубиново-красном простейшем гомотреме (Homotrema rubrum). У этой одноклеточной фораминиферы любопытный способ питания. Выставляя из раковины липкие нити-ретикулоподии, она собирает проплывающие спикулы губок. Спикулами, похожими на стеклянные иглы, гомотрема пользуется как удилищем. Да, человек способен создавать орудия, но и простейшие способны с успехом ими пользоваться.

Считается, что подобные гомотреме фораминиферы помещаются в самом основании древа жизни^[23]. Все верно, они одноклеточные, без тканей и органов, присущих настоящим животным. Но они разделяют с животными страсть к достойной пище. Иными словами, все они, в том числе бактерии, любят покушать. И хотя их статус невысок, именно они образуют до 90 % биомассы морского дна в полярных водах и являются породообразующими микроорганизмами от верхних до нижних слоев океана. Гомотрема – хороший пример преуспевающего партнера в “семейном бизнесе”. Это крошечное создание добилось такого успеха, что его рубиновые раковины, подобно драгоценным камням, украшают почти все молочно-белые рифовые пляжи.

По изумрудной Лагуне

Забравшись в лодку и вернувшись к ведущему в Лагуну протоку, где вода редко стоит выше шеи, легко заметить перемены на дне. По пути к приливному каналу рифообразующие кораллы начинают исчезать, по-видимому, из-за слишком соленой воды, испаряющейся в жаркие и ветреные дни. Вместо кораллов появляются новые ниши: мелкозернистый природный илистый осадок, километры подводных отмелей, заросших зелеными водорослями талассией и нептуновой кистью, непроходимые мангровые заросли.

Подводная часть мангровых деревьев, растущих у приливного канала, часто заселяется яркими губками. Их синяя, фиолетовая и оранжевая окраска говорит об обитающих на них разнообразных микробах. Особенно нравятся губкам цианобактерии. Форма губок также удивительно разнообразна: одни губки напоминают мячики для гольфа, другие – цветочные вазы. Встречаются даже похожие на органные трубки. Биологи долго обсуждали природу губок (Porifera), поскольку те выглядят, как растения, и ведут себя, как растения. В отличие от кораллов, у губок нет кишечной полости и нервной системы. Они не убегают и не прячутся при нападении рыбы. Будучи немного большим, нежели колония клеток, губки могут принимать почти любую форму и расти почти во всех направлениях. Но они далеко не пассивны. В ходе известного эксперимента, поставленного в самом начале XX в., губку измельчили путем продавливания ее через шелковый дамский чулок (надеюсь, с позволения дамы и без последующего использования). Пройдя через ткань, клетки, однако, с легкостью собрались воедино (этот эксперимент не из тех, которые можно провести дома на земляных червях или медузах, так как результат будет неприятным). Иными словами, клетки губок ведут себя как колонии клеток, а не как, например, тела клетки медузы или клетки человеческого тела. Мне довелось наблюдать миграцию колонии губок с помощью клеток, правда, всего на несколько миллиметров в день. Они также способны выпускать длинные ленты клеточной ткани либо для перемещения, либо для уничтожения нежелательного соседа. При этом губки применяют медленнодействующие яды. Пожалуй, самая странная черта губок та, что они не слишком заботятся о симметрии своего тела, а входные и выходные отверстия разбросаны по его поверхности произвольно. Отсутствие симметрии у губок обычно считается признаком примитивности. Оно резко контрастирует с прекрасной симметрией кораллов и медуз, занимающих следующую ступень на древе жизни.

Тем не менее стенка губки отличается непревзойденной красотой, которая вам, конечно, знакома, если вы принимали ванну. Тело губки испещрено крошечными отверстиями, через которые тысячи клеток хоаноцитов фильтруют воду. Хоаноциты машут плетевидными жгутиками, подобно футбольным фанатам на матче, вызывая односторонний приток воды вовнутрь. Но поры такие крошечные, что они не подходят для фильтрации чего-либо крупнее бактерии (около тысячной доли миллиметра). Более крупные частицы, несомненно, будут забивать поры, что приведет к катастрофе. Мы, позвоночные, способны кашлять и потеть, но у губок нет механизма очистки пор. Таким образом, у губок остается два варианта. Первый: оставаться в районах с чисто ламинарным течением и очень прозрачной водой. По этой причине многие современные губки обитают только на морском дне. Второй выход изобретательнее: они приглашают к себе “уборщиков”-беспозвоночных, например креветок и офиур. Именно так многие губки на рифах и в лагунах Барбуды избавляются от детрита.

Здесь обитает еще один интересный организм. У него ярко-зеленая окраска, он образует большие скопления на дне морского канала и процветает в прудах, заросших манграми. Везде, где он обитает, морское дно покрывается чем-то похожим на белоснежные кукурузные хлопья. Эти “хлопья” из известняка покрывают большую часть дна и некоторые части рифа. Когда одна из зеленых глыб поднимается на поверхность, заметно ее сходство с опунцией обыкновенной. Но у нее нет ни тканей, ни цветов. Это водоросль, и ее фотосинтетические пигменты и ядра плавают внутри очень крупной клетки – синцития. Интересно, что это создание, халимеда (Halimeda), указывает один из возможных путей развития высших многоклеточных организмов: я имею в виду деление синцития на клетки. Но есть и кое-что еще. Плавая в лагуне ночью, можно заметить, что халимеда изменяет цвет на белый. Это оттого, что зеленые фотосинтетические пигменты “убегают” с поверхности водоросли и “прячутся” в канальцах известковых “хлопьев”. Водоросль проделывает это каждую ночь, как бы пытаясь защитить ценные фотосинтетические пигменты от созданий тьмы, рыщущих по дну: морских ежей, улиток и рыб. Те выходят на охоту сразу же, как только дневные хищники (барракуды и т. д.) удаляются спать в мангры. Иными словами, “хлопья” – это отпугивающее средство для ночных пасущихся животных. В древности, когда еще не было хищников и растительноядных животных (возможно, именно таким был “затерянный мир” Дарвина), “кукурузные хлопья”, скорее всего, не были нужны.

К лагуне Каффи-Крик

Неподалеку от мангровых болот расположены лагуны, соленые озерца, воды в которых обычно не выше колена. Если перейти такое озерцо босиком, ил будет приятно щекотать пальцы, а воздух наполнится слабым запахом серы, как при варке шпината. Это из-за того, что ил здесь богат органическими веществами, как и в тех старых лагунах, в которых мы позднее найдем древнейшие следы животной жизни. Соленая вода лагуны Каффи-Крик моментально напомнит, где у вас на ногах самые глубокие царапины. В такой агрессивной среде ни кораллы, ни водоросли жить не могут.

Дно озерец покрывает “ткань”, напоминающая небрежно сотканный из пастельных филаментов персидский ковер (см. вкладку). Нити, однако, погружены в слизь: такого точно не встретишь и в самых дешевых персидских коврах. Этот слизистый покров в биологии называется биопленкой или цианобактериальным матом из-за доминирующего присутствия цианобактерий и других видов нитевидных микроорганизмов. Геологи называют ископаемые остатки таких “ковриков” строматолитами. Строматолиты могут быть похожи на капустный кочан и сохранять следы древнейших сообществ. На Барбуде строматолиты стали пастбищами для батиллярий (Batillaria) и других маленьких улиток с остроконечными раковинами. Батиллярия, этот выносливый моллюск, активно питается подножным кормом, а с приходом засухи закрывает устье раковины и погружается в недолгий сон. Раковина улитки сама по себе является жизненным пространством для других созданий. Талом водоросли батофоры (Batophora) в форме щеточки нередко прикрепляется к такой раковине, поскольку здесь мало к чему можно пристать. А поверхность водоросли, в свою очередь, служит домом для тысяч простейших, например фораминиферы Quinqueloculina (“дом с пятью комнатами”).

Но и такие “тихие гавани” уступают первенство скучным цианобактериальным матам, выстилающим дно самых горячих и соленых прудов. Вода в таких местах, если она вообще присутствует, быстро впитывается в мат. Если встать на упругую поверхность цианобактериального мата, останутся отпечатки в несколько сантиметров глубиной, в которых видны полосы самых удивительных цветов. Такая зональность говорит о том, что микроорганизмы способны жить в соленых водоемах, лишь погружаясь в темноту. Микроорганизмы-победители держатся ближе к поверхности, а неудачники откладываются слоями, формируя иерархию еще более строгую, нежели у туристов на карибском курорте. Солнцелюбивые цианобактерии, например Oscillatoria, подобны суперзвездам, которые мечтают быть на виду. Сразу под ними лежит тонкий слой микроорганизмов свекольного цвета (из-за присутствия серобактерий) Thiocapsa, которые имеют пурпурный фотосинтезирующий пигмент. Они совершенно не выносят кислорода.

Оставшаяся часть “слоеного пирога” выглядит (и пахнет) как мусорный бак. Запах тухлых яиц указывает на присутствие сульфатредуцирующих бактерий Desulfovibrio. Неспешно кормясь органическими отложениями, эти микробы производят в качестве побочного продукта токсичный сероводород, который помогает им избегать ненужной конкуренции. Сульфатредуцирующие бактерии подобны завсегдатаям ночных клубов: не терпят ни яркого света, ни кислорода.

В пределах ширины человеческого пальца в цианобактериальном мате можно наблюдать переход от “кислородного рая к бескислородному аду”. Эти изменения вызваны “примитивными” прокариотами. Примитивны они потому, что их хромосомы не сосредоточены в ядре, а дрейфуют по клетке. Также у них, как правило, отсутствуют полезные клеточные компоненты. Эукариотические клетки можно сравнить со швейцарским раскладным ножом: у них есть и приспособления и для фотосинтеза (хлоропласты), и источники энергии (митохондрии), и приспособления для движения (реснички, жгутики), и многое другое. У прокариот нет почти ни одного из этих “гаджетов”, но их выручает умение быстро расти в подходящей среде. А условия почти всегда подходят по крайней мере для одного вида из множества прокариот. Редко превышающие тысячную долю миллиметра прокариоты правят миром. Они повсюду. Без них наша жизнь была бы гораздо беднее. Вероятно, мы задохнулись бы или умерли от голода.

Великая цепь бытия

Как-то на Барбуде я развлекался тем, что выложил ракушки и выброшенный волнами мусор в ряд, который назвал “Великой цепью бытия”. В фундамент легли фрагменты цианобактериального мата, то есть бактерии и цианобактерии. Все они прокариоты: организмы одноклеточные и безъядерные. Выше них я поместил несколько рубиново-красных раковин гомотремы (Homotrema): одноклеточные простейшие с органеллами, например с ядром. Еще выше легли какие-то желтые губки без намека на наличие органов и симметрию тела. Над ними я поместил несколько обломков белого коралла: в моей схеме они представляли стрекающих, уже с органами, но еще без кровеносной системы, почек, мозга. Выше оказались крупные группы животных: морская звезда (иглокожие), трубки червей (кольчатые черви), розовая раковина королевского стромбуса (моллюски), сухопутный краб (членистоногие) и морская птица (хордовые, к которым относимся мы сами).

Чем-то похожим на классификацию живых существ, по крайней мере от губок до людей, уже давно занимаются философы и авторы трактатов по медицине. Восходящая к Аристотелю (384–322 гг. до н. э.) идея Великой цепи бытия с середины до конца XVIII в. служила основой понимания мира природы. Более широкое, эволюционное значение многообразия организмов не обсуждалось, пока был велик риск попасть за это на костер. Ободренный наступившей эпохой Просвещения, Эразм Дарвин, прославленный дед Чарльза Дарвина, смог написать в “Зоономии, или Законах органической жизни” (1794):

Не слишком ли смело предполагать, что за долгое время существования Земли, может быть, за миллионы лет до начала истории человечества… все теплокровные животные возникли из единой живой нити, этой первопричины животного мира, со способностью образовывать новые части, послушной новым устремлениям, направляемой возбуждениями, ощущениями, желаниями и ассоциациями… умеющей продолжать совершенствование благодаря собственной внутренней деятельности, передавать эти улучшения потомкам, и так без конца?^[24]

Если бы в начале XIX в. Жорж Кювье или Ричард Оуэн приняли участие в “сервировке банкета”, от микробов до птиц, они подумали бы, что все организмы в “меню” созданы “шеф-поваром”, то есть Богом, который редко отклонялся от рецепта^[25]. Если бы в “меню” были представлены креветки и омары, о них упомянули бы как о всего лишь вариациях архетипа “ракообразные”. То же самое произошло бы с моллюсками, иглокожими и т. д. Все внимание досталось бы архетипам – идеальным планам строения тела, а о промежуточных положениях не было бы ни слова^[26].

Но в 1809 г. Жан-Батист Ламарк, “хранитель насекомых, раковин и червей” парижского Музея естественной истории, заинтересовался гораздо более радикальной идеей: что Великая цепь бытия больше похожа на обед в рабочей столовой, куда люди приходят в разные смены, чтобы съесть комплексный обед^[27]. Некоторые группы животных появились раньше, как простые клетки (например, отварной рис), и дошли в своем развитии до стадии появления головного мозга обезьяны или человека. Но звонок на обеденный перерыв для каждой смены звучал не одновременно, и многие из обедающих добрались лишь до креветок или кальмаров. Некоторые только подбирались к медузе, а другие еще оставались на рисе. Это уже эволюция, но не та, которую знаем мы.

С этой идеей жизни и эволюции было затруднение. Как позднее указал Ричард Оуэн, высшие животные, например рыбы и человек, в ходе эмбрионального развития проходят не все этапы развития^[28]. Так, ни один человеческий плод не проходит стадию моллюска. Вместо этого каждый тип животных как будто начинает с комплексного меню (эмбрион) и по мере роста переходит к выбору блюд по собственному вкусу. Оуэн фактически указал на объяснительную силу древа жизни, которую Дарвин открыл в 1859 г.

Дарвин должен был найти эту модель ветвления на всех уровнях, от происхождения особи до дивергенции видов и животных вообще. Но, как мы знаем, окаменелости преподнесли Дарвину сюрприз: все основные группы животных, казалось, сформировались внезапно и целиком. Пытаясь выяснить происхождение видов, он столкнулся с более серьезной загадкой: происхождением животных. Он придерживался в то время мнения, что исчезнувшие предки животных очень долго эволюционировали и в геологической летописи должны были сохраниться промежуточные звенья. Но к 1859 г. ученым не были известны окаменелости животных старше кембрийского времени.

Молекулярная головоломка

После выхода в свет книги Дарвина ученым потребовалось около века, чтобы доказать: скачок от прокариот (цианобактерии и т. д.) к эукариотам (например, гомотрема, человек) – это самая важная граница в истории жизни на планете. Еще через двадцать лет произошла другая революция: ученые сумели секвенировать ДНК и РНК. Это изменило представление о строении древа жизни в двух важных для нас аспектах. Во-первых, выяснилось, что прокариотические клетки гораздо разнообразнее, чем можно указать, описывая лишь их форму и размер. Так, в чайной ложке лесной почвы может содержаться до 5 тыс. видов прокариот. Всех их можно разделить на два типа: эубактерии, или “настоящие бактерии” (например, из цианобактериального мата в лагуне Каффи-Крик), и археи (подобные производителям метана в нашем кишечнике). Согласно молекулярным исследованиям, у нас может быть больше общего с археями^[29], чем с эубактериями. Если так, предположим: наши предки произошли от попахивающих архей (или имели с ними общих предков)^[30]. Во-вторых, выяснилось, что все группы животных, от губок до человека, сильно сближаются возле кроны древа жизни^[31]. ...