Новая история происхождения жизни на Земле

Киршвинк Джозеф

Всего десять различных гомеозисных генов понадобилось, чтобы совершенно изменить членистоногих и расширить их и без того богатое разнообразие. Их секрет был раскрыт, когда стали сравнивать последовательности белков, специфичных для работы каждого гомеозисного гена, и место каждого белка в развивающемся эмбрионе. Более ранняя мысль о том, что некоторые гены членистоногого кодируют построение конечности, оказалась ошибочной. Гомеозисные гены производят белки. Эти белки затем становятся средством для запуска и остановки роста определенных участков эмбриона. Некоторые из этих белков отвечают за образование определенных придатков. Если белки каким-то образом перемещаются к другим участкам развивающегося эмбриона, то и конечный продукт также перемещается. В таких случаях конечность, которая должна была образоваться в одном месте тела, может неожиданно

появиться в совершенно другом, если, конечно, белок, образованный гомеозисным геном, переместился в эмбрионе задолго до формирования конечности. Новообразования в строении тела возникают от перемещения этих морфологических участков, или зон эмбриона, в котором тот или иной гомеозисный ген может находиться.

Перестановка зон гомеозисных генов в эмбрионе членистоногого привела к возникновению большого разнообразия их видов. Можно найти тысячи, возможно, даже миллионы различных вариантов строения их тел, и все это благодаря лишь десяти генам. Членистоногие представляют собой не что иное, как последовательность повторяющихся сегментов со своими особыми функциями, каждый сегмент и функция соответствуют отдельной зоне гомеозисного гена.

Стивен Гулд и Саймон Конвей Моррис: схема диспропорции

Существует множество предположений о причинах кембрийского взрыва. И много вопросов. Почему не произошло медленного формирования типов животных, а имел место именно резкий, сжатый во времени скачок? Насколько разнообразным был животный мир кембрийского взрыва? Предполагается, что все типы (около 32) ныне существующих животных появились во время кембрийского взрыва, и со времен кембрия не появилось ни одного нового типа животных, и ни один тип полностью не исчез. А были ли в кембрии другие типы, кроме существующих сегодня? Жаркие споры по этому поводу, кульминация которых пришлась на конец 1990-х годов [120] , вели знаменитый биолог-эволюционист Стивен Джей Гулд и ученый из Кембриджа Саймон Конвей Моррис, прославленный британский палеонтолог.

120

Этот спор между двумя образованными людьми закончился бы дуэлью и смертью одного из них, будь это в XIX веке. Гулд ценил труд Морриса и был с ним вежлив, в то время как последний вовсе не сдерживался. Хорошее описание ситуации можно найти здесь: www.stephenjaygould.org-library-naturalhistory_cambrian.html.

В своей книге Wonderful Life («Удивительная жизнь») Гулд утверждал, что кембрийское время было полно «странных чудес» — так он определял виды строения тел, которые существуют и сегодня. С его точки зрения, кембрийский взрыв был именно взрывом, то есть быстрым возникновением новых форм тела, морфологических вариаций и большого количества видов животных. Но вспомним и другое качество такого явления, как взрыв, — они бывают смертельны. Как считает Гулд, на самом деле многие новые формы живых организмов не пережили кембрий. Они «погибли при взрыве», а именно не выдержали конкуренции во время быстрого развития многообразия форм. Было много типов и форм, но далеко не все смогли пройти испытание естественным отбором. Гулд предлагает пирамидальную схему-модель развития морфологического разнообразия животных: широкое основание пирамиды представляет большое и быстрое распространение разнообразных форм жизни, также это явление носит название диспропорции (разнообразие форм, но не видов). Но к концу кембрия, то есть на вершине пирамиды, осталось намного меньше типов, чем было в начале этого периода.

Впрочем, многие исследователи отмечают, что диспропорция на самом деле увеличилась со времен кембрия. Одним из самых известных последователей этой точки зрения является Саймон Конвей Моррис, он находится в оппозиции к точке зрения Гулда. По мнению Морриса, «странные чудеса» вовсе не были отдельными типами животных, а просто ранними и не распознаваемыми в тот момент представителями хорошо известных и ныне живущих типов.

Эта одна из самых горячих научных дискуссий закончилась выводом о том, что, по-видимому, Гулд ошибался. Добавить тут нечего. Но хотя этот спор и утих, новые аспекты кембрийского взрыва выходят на передний план науки, той науки, где в спорах рождается истина.

Новая

датировка кембрийского взрыва

Кембрийский взрыв, очевидно, был одним из самых значимых и до недавнего времени наименее изученным из всех основных событий истории развития жизни. Много вопросов вызывала датировка из-за ее неточности, и чем древнее были породы, тем больше была неопределенность датировки. Адам Седжвик, определяя в XVIII веке самый ранний этап кембрия по слоям, в которых появляются трилобиты, не мог знать, что со временем у его собратьев по цеху появится возможность определять реальный возраст пород в годах, а не по окаменелостям (хотя мы уверены, что, по крайней мере, он мечтал о такой возможности). Почти 200 лет точная датировка кембрия была одним из самых обсуждаемых вопросов. И не только время возникновения настоящей «основы» (самого нижнего слоя) подвергалось сомнению (многие верили, и Дарвин в том числе, что под слоем с трилобитами также могут находиться ископаемые животные). На протяжении многих десятилетий XX века стояла проблема определения границы между протерозоем и палеозоем.

Сомнению подвергались все датировки, какая бы граница периодов и эпох ни имелась в виду. К 1960–70-м годам попытки угадать (а это было скорее именно угадывание) время кембрийского взрыва колебались от 600 млн до 500 млн лет назад. Потребовалось разработать невероятно чувствительные и точные радиометрические методики датировки, чтобы дело пошло на лад. Проблема определения периодов заключалась в том, что для получения точных радиометрических данных вулканические породы должны были быть смешаны с осадочными породами в виде пепла, поскольку только вулканический пепел, и то не всякий, содержит минерал циркон (а он, в свою очередь, содержит уран, что и помогает использовать циркон как прекрасные геологические часы). Однако почти нигде на Земле нет пород с такими свойствами, которые бы относились к кембрию.

Пытаясь придумать что-нибудь еще, выдающийся австралийский ученый Уильям Компстон (Австралийский национальный университет в Канберре) разработал метод с использованием изотопов рубидия-стронция в сланцах — осадочных, не вулканических породах. Данные показали, что возраст первых трилобитов в Китае — 610 млн лет. Сейчас нам известно, что его методика была совершенно неверна и что методы с использованием урана — правильный выбор. Тем не менее до 1980-х годов официально считалось, что нижние слои кембрия имеют возраст 570 млн лет, и эта датировка до сих пор присутствует во многих более-менее современных изданиях по геохронологическим вопросам, а также в Интернете.

Впрочем, была и вторая, еще более острая проблема: не «когда», но «что»: что считать первой, а что — последней окаменелостью, отмечающей границы кембрия. Как отмечалось выше, к 1960-м годам палеонтологи усовершенствовали свои методы сбора информации и инструментарий. Все очевиднее становился тот факт, что периоду трилобитов предшествовал приличный этап эволюции животных, включая животных с твердыми частями тела, которые могли оставлять и оставляли окаменелости. Самыми древними окаменелостями твердых частей животных в слоях ниже, чем трилобиты, были крошечные, но вполне различимые частицы раковин («мелкая раковистая фауна»). Некоторые выглядели как крошечные иглы, другие — как маленькие ракушки улиток, а третьи были просто как обломки панциря какого-нибудь древнего моллюска или иглокожего. Но реальный возраст их формирования и существования по-прежнему оставался под вопросом.

В конце концов в начале 1990-х годов международное научное сообщество достигло соглашения [121] . Первый этап появления животных, то есть вендобионты, был исключен из кембрийского периода, и период существования этих организмов получил собственное название и отдельное место в геохронологической шкале в протерозойском эоне — эдиакарий. За основу (нижний слой) кембрия приняли породы, содержащие самые первые следы жизнедеятельности животных, над ними, таким образом, оказались представители мелкой раковистой фауны, а выше — трилобиты. И при этом, хотя все вроде и рассортировали, время, когда образовались эти ископаемые, так и осталось неизвестным.

121

M. Brasier et al., «Decision on the Precambrian-Cambrian Boundary Stratotype,» Episodes 17, no. 1–2 (1994): 95–100.