Кембрійський парадокс

Кембрийский парадокс

Рафаил Нудельман.

Примерно 530 мільйонів років тому я, на початку кембрійської епохи, Землі сталося унікальне подія — раптово, швидко і майже одночасно постало безліч нових біологічних форм, стали попередниками найважливіших типів сучасних організмів до людини. Багатьом біологам досі важко погодитися з думкою реальність цього кембрійського вибуху. У одному із стандартних підручників біології для американських університетів можна, наприклад, і він прочитати твердження, що «форми, які жили у той (кембрійський) період, напевно мали відбутися від предків, існували по крайнього заходу сотнями мільйонів, або навіть мільярди доти ». У тому і загадка кембрійського вибуху, що ніякі перехідні, проміжні форми не з'єднували що з’явилися тоді нові типи організмів з бактеріями і найпростішими водоростями, які населяли земні океани перед тим. І відсутність звичного «містка «ставить перед біологами щонайважчу завдання — пояснити, як міг статися такий загадковий еволюційний стрибок.

Кембрийская епоха була унікальної поворотною точкою історія еволюції. Це означає, як і причини, які цей неповторний біологічний вибух, теж повинні були бути унікальними. Але що це за причини? Одна чи багато? Які - суто біологічного? Чи, можливо, фізико-хімічного чи геологічного? Або цього й іншого, і третього разом?

А був чи «вибух » ?

Необычайное увагу недавно залучила стаття професора Каліфорнійського технологічного інституту Киршвинка та його колег Риппердана і Еванса, у якій висувалось сенсаційне твердження, ніби близько півмільярда років як розв’язано наша планета зазнала справжній перекид осіб у космічному просторі. За даними авторів, під час цього катаклізму наша планета повернулася аж 90 градусів щодо своєї осі, у результаті основні материки Землі змінили своє старе місце розташування — у полюсів — на нинішнє.

Разумеется, наукові і науково-популярні журнали світу відразу ж оповістили своїх читачів про нової сенсаційною гіпотезі. Та що дивно — все повідомлення неї йшли під заголовками типу: «Яка Повертається Земля пояснює кембрийскую загадку », чи «Перекид планети — причини кембрійського вибуху ». Справді, на завершення своєї статті автори безпосередньо пов’язували результати своїх досліджень про те великим еволюційним стрибком, що відбувся на Землі самі півмільярда років тому. Вони писали, що виявлений ними древній планетарний катаклізм цілком міг стати вихідним поштовхом, повлекшим за собою цей загадковий стрибок.

Напомню і той публікацію, присвячену кембрийскому «біологічному Біг Бэнгу »: статтю інших трьох американських учених, цього разу біологів — Валентина, Яблонського і Ервіна. І хоча стаття якого була названа суворо науково: «Походження тілесної планування багатоклітинних організмів », підзаголовок не залишав сумнівів, що ця робота прямо ставлення до кембрійської загадки. «Нещодавно виявлені скам’янілості і нове розуміння процесу розвитку організму, — писали автори, — відкривають несподівані змогу пояснення загадки вибухового виникнення нових видів на початку кембрійської епохи » .

Какие самі породжують ці безперестану возобновляющиеся спроби пояснення пересічного, начебто, еволюційного стрибка, яким уявляється кембрійський вибух невтаємниченому людині? Адже історія еволюції знає та інші, щонайменше катастрофічні і проінвестували щонайменше загадкові події - наприклад, поголовне і майже одночасне зникнення динозаврів, те що 65 мільйонів років тому тому, чи так звана Велика Смерть («Пермська катастрофа », як її ще називають) — масовий стрімке вимирання живих організмів у земних океанах в пермську епоху, 245 мільйонів років тому вони, коли «разом «загинуло близько 95 відсотків усього тодішньої морської фауни. Чому де вони приваблюють такого напруженого і неспинного уваги? Чому кембрійський вибух викликає найгостріші і незгасаючі суперечки які вже понад сто п’ятдесяти років, майже від моменту її відкриття?

Ответ у тому, що серед усіх численних загадок біологічного минулого Землі кембрійський вибух посідає особливе місце. На відміну від інших катастроф, незмінно що з вимиранням тих чи інших живих видів, цей вибух призвів до стрімкому появі безлічі нових біологічних форм.

Это народження нових форм було цілком раптовим. Немає жодних свідчень, ніби йому передувало тривале накопичення поступових змін ускладнень.

Далее, це незрозуміле поява нових форм не розтяглося протягом усього кембрийскую епоху хоча би значну значна її частина, а сталося майже одночасно, протягом якихось трьох-п'яти мільйонів років. У геологічних масштабах часу це цілком незначний термін — він лише одну тисячну загальної тривалості еволюції, що змушує назвати цей еволюційний стрибок «біологічним вибухом ». Наслідки цього вибуху мали унікальне значення для еволюцією життя на планеті - вони розділили історію цієї еволюції на дві нерівні частини. Якщо до-кембрийская епоха була часом одноосібного панування одноклітинних організмів, то после-кембрийская стала епохою багатоклітинних форм. У результаті кембрійського вибуху вперше у історії еволюції виникли багатоклітинні організми сучасного типу, склалися все основні характеристики тих тілесних «планів », якими ці організми будуються досі, було закладено передумови майбутнього виходу цих організмів з морів на суходіл і завоювання ними всієї Землі.

Вот як і виглядало, з нинішніх наукових уявлень. Земля, відповідно до сучасним оцінкам, утворилася близько чотирьох із половиною мільярдів років тому тому. Перші одноклітинні організми у її океанах з’явилися близько трьох із половиною — чотирьох мільярдів років як розв’язано. Інакше кажучи, життя в Землі виникла майже відразу після того, як виникли необхідних його запровадження — охолодження планети, освіту земної кори і океанів. Проте, зробивши цей перший, найважливіший крок, еволюція чомусь пригальмувала аж на три мільярди років тому. Перед нею начебто стояв якийсь невидимий бар'єр, якого вона могла подолати. Увесь цей час вона обмежувалася лише зміною і удосконаленням вже існуючих видів — мікроскопічних бактерій і найпростіших водоростей.

А потім за найкоротший термін, нагадаю — за три-п'ять мільйонів років, виникає «нове життя »: прообраз і предтеча сучасної.

Так що ж сталося тоді - 530 — 540 мільйонів років тому вони?

Уникальность і загадковість особливостей Кембрійського вибуху — ось що привертає до нього неослабне увагу біологів протягом сто п’ятдесят років.

Сложность проблеми полягає, проте, у цієї загадковості кембрійського «біологічного Біг Бэнга «і причин, його що породили. Важливим кроком поштовхом до гострим і безперервним суперечкам навколо неї є такий факт, що проблема Кембрійського вибуху має ще прямий стосунок до дарвінівської теорії еволюції. Точніше, просто їй суперечить. Першим, хто це усвідомила, був сам Дарвін. Він же першим, хто запропонував можливий вихід із цієї протиріччя. Проте запропонована Дарвіном гіпотеза не задовольнила багатьох його послідовників, і цього биологи-эволюционисты розділилися на два ворогуючих табору, суперечка між якими триває які вже півтора століття. Спробуймо розібратися у цій суперечці.

Первооткрывателем Кембрійського вибуху Роберт Мэрчисон — англійський аристократ, що під впливом своєї честолюбної дружини вирішив зайнятися наукою. Вивчаючи скам’янілості древніх епох, знайдені у відповідних відкладеннях, то побачив, що верстви цих відкладень розділені різкій кордоном. Нижче цього кордону вони вкрай бідні біологічними останками і демонструють повсюдне поширення одних лише найпростіших одноклітинних організмів — бактерій і водоростей, та був, починаючи з кембрійської епохи, близько 550 мільйонів років як розв’язано, раптово обзаводяться небаченим багатством нових біологічних форм. Як людина віруючим і поділяючи переконання великого Ліннея, що «існує стільки ж видів, скільки їх спочатку створив Творець », Мэрчисон розцінив відкрите їм явище як «пряме свідчення втручання Божої руки в розвиток життя. Зрозуміло, що таке креационистское (від слова creation — створення) пояснення було несумісне із поданням щодо природною еволюції біологічних форм.

Мэрчисон опублікував результати своїх досліджень, у тридцятих років уже минулого століття. Декілька десятиліть через побачила світ знаменита робота Дарвіна «Походження видів », у якій вперше послідовно викладалася і докладно аргументувалася теорія розвитку життя Землі, джерело якої в уявленнях про наслідуваних змінах і природному доборі. Зрозуміло, Дарвін я не приймав креаціонізму. Але відразу ж побачив, що Кембрійський вибух є каменем спотикання щодо його теорії й інші - щонайменше важливому — аспекті.

Дело у цьому, що, за Дарвіним, еволюція мала бути поступово, плавно і безупинно, тобто, як кажуть, градуально. У книжці він дуже недвозначно писав: «Природний відбір щодня й щогодини піддає найсуворішому прискіпливому обстеження все які у світі зміни, навіть самі найменші, відкидаючи те, що погано, зберігаючи і поліпшуючи те, що добре… Ми не помічаємо цих повільних змін — у їх поступове становленні і помічаємо їх буде лише тоді, коли хід часу відміряє величезні проміжки цілих історичних епох » .

Понятно, що дарвінівський градуалізм був несумісний із наявністю такого різкого, короткочасної та стрімкого явища, як Кембрійський вибух. Градуалізм спочиває на переконанні, чудово сформульованому знаменитим популяризатором дарвінізму Т. Х. Хаксли: «Природа немає стрибків ». Протиріччя з даними Мэрчисона настільки хвилювало Дарвіна, що у передмові до останнього виданню своєї книжки він спеціально зазначив «Нині це явище (Кембрійський вибух. — Р.Н.) залишається незбагненним, і це воістину то, можливо розглянуто як переконливий аргумент проти поглядів, развиваемых у цій книзі «.

Как зазначалося, Дарвін спробував знайти вихід із посталої ситуації. Можливо, припустив він, Кембрійський вибух, насправді, ні справжнім «вибухом »; можливо, насправді йому передував тривалий період поступового накопичення еволюційних змін становлення нових біологічних форм; але Мэрчисон просто ні зумів знайти ці попередні, проміжні форми. Це пояснення дозволяло зберегти безперервний і плавний характер еволюції, який Дарвін постулював з урахуванням зібраних їм емпіричних даних, і який був у очах стрижневою особливістю всього еволюційного процесу.

Некоторые биологи-эволюционисты не з дарвінівським тлумаченням кембрійської загадки. (Вже Хакслі у своєму листі Дарвінові напередодні публікації «Походження видів «попереджав: «Ви даремно узяли на цілком непотрібну труднощі, прийнявши, що природа немає стрибків » .) Ці дарвинисты взагалі могли прийняти дарвінівського градуализма. Він здавався не стільки якого вивів з емпіричних фактів (адже суперечив ж вона фактам Мэрчисона!), скільки привнесеним в біологію ззовні.

Не недавно відомий сучасний біолог і популяризатор дарвінізму Стівен Дж. Гулд припустив у зв’язку, що свій непорушну віру в градуалізм Дарвін запозичив свого попередника, знаменитого засновника сучасної геології Чарльза Лайелля, який був її близьким колегою і особистим наставником (Дарвін робив свої перші наукові кроки саме у геології). Для самого ж Лайелля, стверджує Гулд, градуалізм був що великим, ніж просто емпіричним науковим принципом. Він видавався йому необхідної основою справді наукового розуміння і підходу. На думку Лайелля, твердження, ніби окремі етапи розвитку можна розділити різкими, катастрофічними стрибками, підспудно відроджує віру в надприродні дива й у Боже втручання у історію, інакше кажучи — повертає людську думку до донаучным, релігійним часів. (Той-таки Гулд помічає, що це рішуче неприйняття стрибків, катастроф і революцій почасти було також відбитком загального духу вікторіанської епохи з її вірою в плавний, поступовий і невпинний прогрес.).

Напомним, проте, що у часи Лайелля і панувала і інша точка зору, яку найбільш енергійно розвивав французький натураліст Жорж Кюв'є і що сьогодні іменується «катастрофізмом ». Відповідно до цю концепцію, геологічна (як наслідок, біологічна) історія Землі розгорталася далеко ще не плавно, а, навпаки, рясніла стрибками і розривами катастрофічного характеру, які, втім, або не мали нічого спільного зі надприродними чудесами чи Божим втручанням, а піддаються цілком природному, раціональному поясненню. Кембрійський вибух чудово вписувався у цю концепцію, і це обставина спонукало багатьох еволюціоністів оспорити гіпотезу Дарвіна, визнати реальність кембрійського стрибка і стати на позиції «катастрофізму » .

Так сталося, що кембрийская загадка від початку розділила дарвинистов-эволюционистов на два протиборчих табору, по-різному розуміють хід біологічної еволюції. По один бік вододілу виявилися переконані «градуалисты », з іншого — так само переконані «катастрофисты ». (Третій табір, протистоїть і «градуалистам », і «катастрофистам «у своїй повному запереченні еволюції взагалі, становлять сучасні «креационисты »).

Сторонники дарвінівського градуализма пропонують різні можливі пояснення відсутності докембрийских проміжних форм. Одні твердять, що попередні кембрию біологічні форми не збереглися бо ні мали скелета чи зовнішнього панцира і було м’якими, желевидными (що, до речі, переважно відповідає істині). Інші пояснюють відсутність перехідних форм в до-кембрийских відкладеннях суто фізичними причинами, стверджуючи, що до-кембрийские породи зазнали такому сильному нагріванню і тиску, що мені не збереглися ніякі біологічні останки (яке зовсім цілком відповідає істині). Треті висувають припущення, що до-кембрийская життя розвивалася в озерах, а кембрійський вибух — просто слідство бурхливої і швидкої міграції вже сформованих у цих озерах біологічних форм в моря, и океани (ця гіпотеза отримала своєрідне розвиток у згаданій вище роботі Киршвинка і співробітників). Всі ці гіпотези об'єднує прагнення показати, що перехід від до-кембрийских форм до после-кембрийским була головною і безперервним, лише сліди його за тим чи іншим причин доки знайдено чи взагалі збереглися.

И справді, нещодавно дослідникам вдалося знайти перші види багатоклітинних організмів, безпосередньо попередніх кембрийским. Вони знайшли у відкладеннях поблизу австралійського селища Эдиакара і тому дістали назву «эдиакарских ». Майже аж до останнього часу, до 1980;х років, эдиакарские організми трактувались на кшталт дарвінівського градуализма — як проміжне ланка історія поступового ускладнення, чи еволюції біологічних форм від до-кембрийских до после-кембрийским.

Но близько п’ятнадцяти років як розв’язано ретельніше вивчення цих останків показало, що, насправді, вони мають зв’язки й з сучасними біологічними формами. Можливо, вони взагалі становили собою якусь особливу, тупикову гілка біологічної еволюції, яка дала ніякого продовження. Деякі біологи вважають, що ця гілка життя вона була знищена під час якийсь катастрофи, що передувала Кембрийскому вибуху. У результаті подальшого оповідання нас іще доведеться повернутися до таємничої эдиакарской фауні.

Разумеется, неможливо виключити, що свої надії Дарвіна та інші «градуалистов «ще виправдаються і з часом знайдуть вже інакші відкладення з такою самою, як у шельфі Бэрджесса чи Китаї, багатством біологічних форм, але відкладення ці будуть до-кембрийские, а форми — проміжні, попередні кембрийским. І тут дарвінівська теорія еволюції збережеться разом із всім її градуализмом, поступовістю і плавністю розвитку. Але спочатку нічого не виявлено, на цьому підставі біологи- «катастрофисты «дедалі енергійніше наполягають на необхідності перегляду дарвінівської теорії. По їх переконання, Кембрійський вибух (і навіть інші аналогічні стрибкоподібні явища, на кшталт швидкої загибелі всіх динозаврів чи згадуваній вище «Пермської катастрофи ») диктує неминучість такого розширення теорії еволюції, яке допускало не лише плавне, а й «вибухове «зміна біологічного розмаїття, як поступовість, але й «стрибки «і «катастрофи «у розвитку біологічного світу. Особливої гостроти цей тривалий спір знайшов початку 70-х років, коли вже згадуваний Стівен Гулд та її колега, палеонтолог Нік Элдридж запропонували радикальний варіант такого розширення дарвінізму — так звану теорію «пунктирного рівноваги » .

Мы ще повернемося до цього новітньому розвитку еволюційної теорії та суперечкам навколо нього, але, перш слід, мабуть, закінчити наш перерваний оповідання про те, ж причинами пояснюють сьогодні Кембрійський вибух ті, хто вважали його еволюційної реальністю, які фізико-хімічні чи біологічні гіпотези висуваються сьогодні до пояснень кембрійської загадки. За останні десятиліття таких гіпотез запропонували чимало, і згадані на початку статті недавні роботи Киршвинка і Валентина — лише за часом у тому довгому ряду. Кожна з цих гіпотез — свого роду «машина часу на логічному паливі «, що дозволяє зазирнути у далеке минуле Землі. Використовуємо йому це фантастичне засіб пересування і вирушимо у наступному статті у кембрийскую епоху — до останніх галлюцигениям й першим трилобитам.

Загадка «біологічного Биг-Бэнга «- раптового і одночасного появи всіх сучасних біологічних типів в кембрийскую епоху — продовжує інтригувати багатьох дослідників. Дві з найсучасніших гіпотез — «киснева «і «земного перекиду «- пояснюють цей стрибок еволюції різким зміною фізико-хімічних умов на планеті. У протилежність цьому біологи висувають інші припущення, котрі пов’язують кембрійський вибух з різкими екологічними чи генетичними зрушеннями.

Кувырок планеты?

Среди гіпотез, запропонованих до пояснень кембрійської загадки, найсерйознішою до того вважалася так звана киснева. Вона полягає в припущенні, що кембрійський вибух була викликана попереднім йому різким зміною хімічного складу земної атмосфери і океанів.

Физико-химические умови впливають на темп біологічної еволюції - це відомо здавна. Багато біологи переконані, що надзвичайно повільне зміна біологічних форм на протязі перших три мільярди років існування зумовлювалося недоліком вільного кисню.

В первинної атмосфері Землі кисню загалом не було, оскільки відразу ж вступив у реакцію коїться з іншими елементами і знову залишився пов’язаним в земної товщі і атмосфері як окислів. Але з перших одноклітинних водоростей — приблизно півмільярда — мільярд років після утворення Землі - почався процес фотосинтезу, у якому вуглекислота (поглинута водоростями з повітря) і вода за сприяння сонячного світла перетворювалися на вільний кисень і органічні речовини. Проте тут допомогла кисню «не пощастило «- його жадібно захоплювало розчинене в океанській воді залізо. Виникаючі в результаті окисли заліза повільно осідали на океанське дно, выбывая з хімічного кругообігу; світ, як одне із геохимиков, безупинно іржавів; а вільного кисню у ньому не додавалося.

В відсутність вільного кисню організми змушені були залишатися анаэробными. Це означало, що переробка продуктів у яких, обмін речовин, чи метаболізм відбувалися й без участі кисню — повільно й неефективно. Саме це, вважають біологи, гальмувало еволюцію перших організмів. Становище трохи змінився тільки з моменту, коли розчинене в океанах залізо наситилося киснем і концентрація цього газу атмосфері, завдяки тому ж фотосинтезу, стала нарешті поступово зростати. Це прискорило поява перших аеробних організмів. Вони ще були одноклеточными, та їх метаболізм йшов значно ефективніше, і тому скоріше розмножувалися і щільніше заселяли океани. Так пройшли перші 3,5 мільярди років тому, до кінця яких зміст кисню у атмосфері досягло, як вважають, близько відсотка. Саме тоді еволюція зробила наступний важливий крок — з’явилися перші багатоклітинні організми. Ну, а потім, ще за півмільярда років, настав кембрійський вибух і разом поклав початок всьому складного розмаїттям сучасного життя.

Можно сказати, що історія біологічної еволюції була — у сенсі - історією кисню. Так ні тепер і кембрійський «стрибок еволюції «наслідком стрибкоподібного зростання вільного кисню у атмосфері?

Именно таке припущення висловили в 1965 року дві американські фізика, Беркнер і Маршалл. Вони міркували так. Складні багатоклітинні організми потребують велику кількість кисню, причому відразу у його видах — по-перше, як вільного кисню, який буде необхідний дихання (тобто для метаболізму) і побудови колагену, цього надзвичайно важливого елемента тілесної структури; і, по-друге, як озонового шару, який буде необхідний захисту від шкідливого сонячного ультрафіолету. Оскільки такі організми до кембрійської епохи не з’являлися, отже, появу затримали відсутністю необхідної концентрації кисню у атмосфері. Тож можна допустити, що у кембрийскую епоху такі кількості вперше з’явилися. Це — подолання «кисневого рубежу », стрибкоподібне підвищення рівня кисню у атмосфері до нинішнього 21 відсотка — було, по Беркнеру і Маршаллу, основною причиною кембрійського вибуху.

Поначалу ця «киснева гіпотеза «вони мали достатнього підтвердження. Але буквально останніми роками (1994 — 1996) становище різко змінилося. Причиною цього було відкриття американського дослідника Кнолля. Вивчаючи співвідношення двох ізотопів вуглецю, С-12 і С-13, в породах докембрийских і кембрійських часів, Кнолль отримав незаперечні свідчення те, що від початку кембрійської епохи це співвідношення різко змінилося — ізотопу С-12 «разом «поменшало, ніж раніше. А такий «вуглецевий стрибок «мав обов’язково супроводжуватися відповідним «кисневим стрибком », що саме й відповідає припущенню Беркнера — Маршалла.

После робіт Кнолля наявність «кисневого стрибка «в кембрійський період визнається більшістю учених. Але залишається загадкою: що могло б бути причиною того «неповернення «С-12 в довкілля, що призвело до цьому «кисневому стрибка » ?

Иная гіпотеза було запропоновано американським геологом Муром в 1993 року. По Мурові цьогорічну, причиною убування С-12 були різкі в тектонічних зсувах, типу переміщення материків, зміни у напередодні кембрійської епохи. Такі зрушення, каже Мур, могли призвести до подрібнення океанів на менш великі та при цьому замкнуті водойми — моря, и озера, але це мало зменшити інтенсивність циркуляції води. Через війну органічні останки водоростей разом із їхніми вуглецем залишалися на морському дні й нікого не піднімалися до, де з їхніми міг би розкладати бактерії. Тим самим було вуглець виходив із кругообігу, дозволяючи синтезированному водоростями кисню швидко накопичуватися у атмосфері.

" Тектонічна гіпотеза «Мура теж спочатку вони мали фактичного підтвердження. Але три роки вона отримала цілком несподіване, навіть можна сказати — сенсаційне розвиток. У минулого року наукова, та був та масове печатку раптово заповнилася заголовками типу: «Перекид Землі пояснює загадку кембрійського вибуху! «Найдивовижніше, що горезвісний «перекид «(чи «кульбіт », як він ще називали) ні якимось журналістським перебільшенням. Як випливало з текстів, йшлося і про цілком серйозної (хоч і радикальної) наукової гіпотезі, объяснявшей кембрийскую загадку саме тими «тектонічними зрушеннями », ми лише що казали, лише значно більше грандіозного масштабу — чимось на кшталт одноразового зсуву всієї земної кори. Воістину «перекид » !

Автор цим радикальним ідеї, відомий американський геолог Киршвинк, дійшов своїм висновків підставі даних, зібраних під час двадцятирічних досліджень.

Его роботи дозволили побудувати наочну картину геологічних змін, що відбувалися Землі на початку кембрійської епохи — 550 — 500 мільйонів років тому. Картина була дуже несподіваною і воістину сенсаційною. Ось як, по Киршвинку, розгорталися тодішні геологічні події.

Незадолго на початок кембрійської епохи завершився розкол найдавнішого суперконтинента, що складався з більшості модерних материків (палеогеологи дали цьому суперконтиненту ім'я Родиния). Майже слідом для цього разделившиеся материкові маси почали перегруповуватися, об'єднуючись у новий суперконтинент — Гондвана. На останніх стадіях освіти Гондваны виник різкий дисбаланс у розподілі континентальних мас щодо земної осі. Земний «дзига «втратив стійкість. Обертове тіло найбільш стійко, коли що утворюють його маси зосереджені на екваторі (що дає їй максимальний момент інерції) чи розподілені щодо нього більше більш-менш рівномірно; тим часом Гондвана розташовувалася надто близько до полюса.

Восстановление стійкості Землі зажадало швидкого перерозподілу континентальних мас. Тому тепер уся тверда оболонка планети стала переходити по мантії як єдине ціле, доки змістилася на дев’яносто градусів щодо осі обертання. Як засвідчують факти Киршвинка, материкові плити Австралії та Америки, які були раніше у районі полюсів, зробили такого повороту переміщення до екватору за якісь п’ятнадцять мільйонів років — термін в один геологічних масштабах незначний (три десятитысячных загального віку Землі). Це був справжній «перекид «всієї планети. Його результатом було те, що вісь її обертання, зберігаючи старе направлення у просторі, повернулася тепер у 90 градусів щодо твердої оболонки. Обертання земного дзиги знову стало стійким.

Согласно палеомагнитным даним Киршвинка, зібраним в скелях Америки і навіть Австралії, обидві ці материкові плити (котрі становлять у суму майже дві третини всієї земної кори) зробили своє переміщення щодо земної осі водночас, між 534 і 518 мільйонами років тому. Такі грандіозні геологічні події - крайня рідкість. Принаймні, протягом останніх двісті мільйонів років, з кінця пермської епохи, напевно походили ніколи. Киршвинк, проте, виключає, що подібне описаного їм геологическому катаклізму могло повторитися у проміжку між кембрійської і пермської епохами.

Как ні незвична намальована Киршвинком картина, вона дуже солідно обгрунтована даними автора, крім того, відразу ж потрапити здобула низку незалежних підтверджень, отже геологи загалом висловили готовність її прийняти. Але це картина зацікавила та біологів. Як зазначалося, у на самому початку, на думку авторів, саме такий «перекид «планети міг стати основною причиною кембрійського біологічного вибуху. «Бистре переміщення материків, — каже одне із співавторів Киршвинка Риппердан, — були збурити до закриттю одним і освіті інших водних басейнів — цих єдиних тоді ареалів життя, зміну тодішніх океанських течій, до різким змін клімату і решти, так само катастрофічним явищам. Всі ці катастрофи повинні були поштовх до підвищення нових форм життя, пристосованих до нових умов. Але саме таке швидке виникнення нових форм і це притаманно «кембрійського вибуху » .

По думці самого Киршвинка, зміни акваторії океану, викликані соскальзыванием материків, мали призвести до і різким змінах океанських течій. «І таке зміна мало глобальний характер, — говорить він про. — Воно руйнувало сформовані регіональні екосистеми на менші ареали. У цих дрібних ареалах нових форм життя мали більше шансів на виживання, ніж у великих регіонах. Наші дані кажуть, такі зміни течій відбувалися тоді ледь не мільйон років, або близько того. За мільйон років еволюція встигала відібрати найкраще з уцілілого від останнього циклу і започаткувати нові регіональні системи. Але потім той процес починався знову, й дуже півтора-два десятки разів під час всього катаклізму. Це найкращі умови до виникнення великого біологічного розмаїття, тим більше що це відбувалося невдовзі після появи тих генів, які управляють головними етапами ембріонального розвитку багатоклітинних організмів » .

Обратим увагу до останню фразу. На погляд — погляд непосвяченого людини — вона звучить досить загадково: що за «гени, управляючі головними етапами ембріонального розвитку », і яке відношення вони теж мають до кембрийскому вибуху? Були, проте, люди, які почули цієї фрази довгождане визнання тих радикальних біологічних ідей, що вони висували впродовж останніх два роки, сподіваючись зацікавити ними увагу науковим світом. Не просто визнання, але цілком прозорий натяк на можливість поєднання цих ідей з такою ж радикальними геологічними ідеями «планетарного кульбіту «у межах нової физико-биологической теорії кембрійського вибуху.

Рассказу про ці біологічних поясненнях кембрійської загадки ми бачимо присвятимо заключну частину нашого нарису.

Первой з «суто біологічних «гіпотез, висунутих до пояснень кембрійського вибуху, була «гіпотеза женця », сформульована в 1973 року американцем Стівеном Стенлі. Стенлі виходив із добре відомого в екології «принципу проріджування ». Було виявлено, що почнеться впровадження в штучний ставок хижої рыбешки веде швидкого збільшення розмаїття зоопланктону у тому ставку. І навпаки, досить видалити з скупчення різноманітних водоростей які живилися ними морських їжаків, як і розмаїтість починає зменшуватися. Інакше кажучи, «прореживание «екологічної ніші «жнецом-хищником », що харчується її мешканцями, необхідне підтримки чи розширення її біологічного розмаїття.

На погляд, суперечить здоровому глузду. Звісно ж, що така «жнець », винищуючи населення ніші, буде зменшувати число які населяють її видів, і деякі, самі нечисленні, і взагалі зведе нанівець. Але, як нам бачиться, дійсність спростовує це інтуїтивне міркування. І ось. У будь-якої ніші, населеній так званими первинними виробниками (тобто організмами, получающими свою їжу безпосередньо — з фотосинтезу, а чи не у вигляді поїдання інших), чи три «види неминуче стають «монополістами «- вони захоплюють весь життєвий простір і живильні речовини ніші не дають розвиватися інших видів. Він з’явився в умовах «жнець «буде за все харчуватися цими пануючими видами (хоча б оскільки вони можуть забезпечити його найбільшу кількість їжі) отже, буде зацікавлений у першу чергу зменшувати саме їхній біомасу. Але цьому він розчистить частина життєвого простору й цим звільнить місце нових видів. І це призведе до збільшення біологічного розмаїття всієї ніші. Той-таки принцип, з наведених вище прикладів, діє та інших екологічних системах. Стенлі ж застосував «принцип проріджування «до пояснень загадки кембрійського вибуху.

Легко бачити, що це вибух цілком входить у цю схему. У предкембрийскую епоху земні океани майже монопольно заселяли одноклітинні бактерії і водорості кількох небагатьох видів. Цілі миллиардолетия їх хто б «проріджував », і відтак вони або не мали можливості швидко еволюціонувати. Якби середовищі раптово з’явився який-небудь одноклітинний растительноядный «хижак », він обов’язково мав б — по «принципу проріджування «- викликати швидке поява нових видів. Це своє чергу, мало б призвести до появи нових, більш спеціалізованих «женців », расчищающих місце до таких нових видів, отже розмаїтість біологічних форм почало б наростати як сніжний кому — але це це і є ситуація кембрійського вибуху.

Таким чином, по Стенлі, «тригером «кембрійського вибуху було випадкове поява нікого «хижака «серед найпростіших одноклітинних організмів предкембрийской епохи. Який факт, що це вибух мав характер різкого стрибка, технічно нескладне собою жодної особливої загадки. Точнісінько той самий характер має розвиток багатьох біологічних систем за умов наявності досить вільного життєвого простору й досить багатого кількості їжі. Якщо, наприклад, висадити невелику колонію бактерій на сприятливе середовище в лабораторної чашці Петрі, вона розмножуватися з такого самого закону «сніжної лавини », і це стрибкоподібне розмноження припиниться лише з заповненням всього доступного простору й вичерпанням поживних речовин. Кембрійські океани і було такий природної «чашкою Петрі «нових біологічних видів. Коли вони заповнили собою ці океани, умови для стрибка зникла й більш ніколи не повторювалися, що навіть пояснюється, по Стенлі, унікальність кембрійського вибуху.

Совершенно інше біологічне пояснення кембрійського вибуху запропонували 1994;го — 1997 роках американські біологи Валентин, Ервін і Яблонський. На думку, цей вибух стався у силу те, що в деяких примітивних предкембрийских організмів у результаті випадкових генетичних змін з’явилася здатність різко розширити спектр можливих тілесних структур. Справді, одній з найважливіших особливостей кембрійського еволюційного скачка. было саме така ось несподіваний вияв безлічі біологічних форм з новими тілесними ознаками. Деякі з цих організмів здобули чітко виражені голови і хвости, в інших чітко виділилися сеґменти і черевце, третіх виникли кінцівки, якісь одяглися в панцири, деякі обзавелися усиками-антеннами чи зябрами — тощо. У цілому дослідники налічують цілих 37 нових тілесних планів, що виникли — до того ж майже одночасно — у той епоху бурхливої еволюційної активності. І всі основні принципи тілесної архітектури сучасних організмів зародилися тоді.

При ніж тут, проте, гени? До думки зв’язок цього «архітектурного стрибка «з генами авторів нової гіпотези наштовхнули останні досягнення так званої біології розвитку. Вже раніше було відомо, що під час зародышевого розвитку будь-якого багатоклітинного організму його клітини проходять спеціалізацію — лише з виходять, наприклад, ноги, з деяких інших, скажімо, м’язи, зябра чи очі. Було відомо також, що команди на спеціалізацію клітинам дають ті чи інші гени. Але останніми роками було встановлено: у тому, щоб розвиток йшло по з певним планом — наприклад, очей не виріс там, де мусить бути нога, — необхідно, щоб ці гени «включалися «у певному послідовності, одна одною, у потрібний час, та керують таким планомірним включенням особливі, звані регулювальні гени. Найбільш вивченій їх різновидом є гени групи «hox ». Вони повинні були вперше відкриті щодо дрозофіл.

Было встановлено, що гени цієї групи регулюють процес закладання самих основних та найзагальніших принципів тілесної структури організму. Вісім генів цієї групи, наявних проблем дрозофіл, перебувають у одній з хромосом друг за іншому, послідовно. Також послідовно які й працюють: перший за рахунком ген дає команду на побудова голови, другий наказує будувати наступний сегмент тіла вздовж його осі тощо, до хвоста. Коли дослідники штучно змінювали послідовність цих генів, отримали мушок, які мають, наприклад, ноги росли з голови.

Гены групи hox вивчені також в жаб. Це вивчення показало, що, хоча жаби і дрозофіли розташовуються двома різних гілках еволюційного дерева (ті галузки різняться способом освіти рота у ембріона), 6 з їх генів hox разюче подібні. Наприклад, них в дрозофілі відрізняється від своєї аналога в жабі лише «знаком »: у дрозофіли він регулює поява черевця, а й у жаби — спинки. Якщо пересадити його від дрозофіли жабі, то перебіг не порушиться, лише жаб’ячі спинка і черевце поміняються місцями. Певне, ця різниця виникла результаті мутації. Підрахувавши, скільки таких мутаційних відмінностей накопичилося в подібних генах hox за час роздільного існування мишей і жабок, і знаючи середня кількість мутацій, що відбуваються кожну сотню років, дослідники визначили, як жив загальний предок жаб і дрозофіл. Це час виявилося настораживающе близько до часу кембрійського вибуху — порядку 565 мільйонів років.

Как ми вже зазначили, у дрозофіли лише вісім hox генів; у ссавців, наприклад, їх цілих 38. Але виявилося, всі ці 38 генів є лише трохи зміненими дублікатами восьми первинних. Що ж до самих цих восьми первинних генів, всі вони були дуже подібними в усіх сучасних типів організмів — від ссавців до комах. Як і разі жаби і дрозофіли, ця подібність дозволило обчислити, оскільки саме вперше з’явилися ці вісім вихідних hox генів, визначили (і досі пір визначальних) найзагальніші принципи тілесного будівлі всіх сучасних організмів (конкретні розбіжності у цій будівлі і малої форми їх тіл — скажімо, між Мерилін Монро і мушкой-дрозофилой — породжені відмінностями в регулювальних генах інших груп, що з’явилися пізніше, в ході наступної еволюції).

Эти розрахунки сприяли тим самим результатам, як і порівняння цих генів в жаб і дрозофіл. Виявилося, що первинні гени групи hox, подібні в усіх сучасних організмів, сягають загальним предкам цих організмів, що виникли приблизно 565 мільйонів років тому, тобто у епоху, безпосередньо попередню кембрийскому еволюційному вибуху. Як ми вже знаємо, ті плани будівлі тіла, що збереглися по сьогодні як найзагальніших принципів тілесної архітектури сучасних організмів, виникли в кембрийскую епоху. Нині ж ми бачимо, що регулювальні гени, відповідальні такі загальні плани, з’явилися незадовго доти. Цілком природно припустити, що став саме поява першої повної групи генів hox (яка з восьми первинних генів) зіграло роль триггера того унікального вибуху форм, який ми називаємо кембрийским вибухом.

Поначалу Валентин та її співавтори стверджували, що історія розвивалася так: до певного часу були лише найпростіші організми, які мають вся група hox вичерпувалася одним-єдиним геном, в предкембрийскую епоху з’явилися перші багатоклітинні, які мають кількість цих генів поступово зросла до п’яти-шести (у пласких хробаків); а кембрийскую епоху їх кількість стрибком збільшилося до максимально восьми, і цього виявилося достатньо виникнення разючого розмаїття форм.

Более пізній варіант їх теорії виглядає набагато складніше. Тепер вони вважають, що поява всього потрібного набору регулювальних генів сталося вже у докембрийскую епоху, 565 мільйонів років тому вони. Але у всієї біологічної фундаментальності цієї події воно, тим щонайменше, було лише необхідним, але недостатньою умовою кембрійського вибуху. Цілком можливо, що навіть за наявності однієї з тих генів, його перший володар, який-небудь плаский хробак, мав не оком, а «потенцією очі «- чимось на кшталт світлочутливого плями вся її голова.

Организмы — не механічні іграшки, що досить штовхнути, щоб отримати автоматичний відповідь; швидше за все знадобилося складне поєднання різних умов, щоб можливість стала дійсністю і незабаром стався стрибок еволюції, такий кембрийскому вибуху.

Иными словами, в кембрийскую епоху повинно бути щось додаткове, сыгравшее роль «триггера «для запуску цих генів у роботу, тобто до створення безлічі різноманітних форм і типів, настільки притаманне того часу. Валентин та його колеги не уточнюють, що могло б бути такою «додатковим тригером ». Вони потрібні тільки пишуть, що «припущення варіюються від різкого зростання атмосферного кисню вище деякого рівня до екологічної «гонки озброєнь », у якій еволюційний взаємодія хижаків і жертв могло породити цілий спектр різних нових видів » .

В цих словах легко розпізнати натяки на «кисневу гіпотезу «Беркнера — Маршалла і «гіпотезу хищника-жнеца «Стенлі. З іншого боку, творець «гіпотези земного перекиду «Киршвинк вважає, як і пояснення кембрійського вибуху одночасним сповзанням всіх земних материків також має здатність поєднуватися з теорією «стрибка регулювальних генів », запропонованої Валентином, Яблонским і Ервіном. Тому, підбиваючи підсумки, можна сказати, що найновіші теорії кембрійського вибуху мають тенденцію об'єднувати у собі кілька різних гіпотез і тим самим пояснювати це унікальне і загадкове явище не однієї будь-якої причиною, а взаємодією кількох різних чинників, як фізико-хімічного, і біологічного характеру.

На цьому ми могли рису під розповіддю про загадки кембрійського вибуху, і спробах їх пояснення. Але в переліку цих загадок залишилася ще одне невирішена проблема.

Как ми вже казали, кембрійський еволюційний стрибок становить принципову труднощі для «ортодоксальної «теорії Дарвіна, у якій еволюція вважається обов’язково «плавної «і «безупинної «. Щоб обійти цю труднощі, одні біологи взагалі заперечують реальність кембрійського вибуху, інші пропонують внести досить радикальні зміни у «ортодоксальний дарвінізм ». У найостанніші роки кожна зі сторін висунула нові докази собі на користь, і це різко загострило суперечка навколо основ дарвінізму. Суперечка ця точно заслуговує на окремий оповідання.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.