Страница 7 из 29
1 См. работы: М. М. Герасимов. Основы восстановления лица по черепу. М., «Советская наука». 1950. Б. В. Ляпунов. Из глубины веков. М., Госкультпросветиздат, 1952.
Тщательное изучение остатков ископаемых организмов животных и растений, а также геологии и палеографии позволяет восстанавливать ландшафт и среду их обитания. При этом изучают причины возникновения, распространения и вымирания каждой группы организмов. Другими словами, ископаемые организмы рассматриваются исторически и биологически, насколько это возможно, во мраке прошлого.Таким образом, палеонтологический путь изучения истории организмов по В О. Ковалевскому вкратце таков: детальное изучение строения организмов, восстановление среды (как по строению самого организма, так и по данным геологии) и далее выяснение истории данной группы организмов и ее закономерностей.Но эта история должна быть исследована как можно точнее и подробнее. Известно, что в индивидуальном развитии современных организмов повторяются некоторые черты далеких предков. Поэтому изучение индивидуального развития, а также сравнительное изучение строения современных животных помогают изучать историю жизни.Вообще изучение всей «лестницы живых существ» от амебы до человека, от бактерии и водоросли до высших цветковых растений необходимо для восстановления истории жизни. Всестороннему изучению развития жизни на Земле помогает физиология, биохимия, гистология, даже биофизика и геохимия. Таким образом, в настоящее время история жизни на Земле изучается самыми различными методами, большим комплексом самых различных наук. Среди них особое место занимают сравнительная анатомия и эмбриология, поэтому мы подробнее познакомимся с данными этих наук.Сравнительная анатомия располагает животных в определенные ряды от простого к сложному, изучая, сравнивая сходные и соответствующие друг другу органы. Оказывается, например, что все органы позвоночных (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) построены как бы по одному плану. Возьмем для примера хотя бы строение передней конечности наземных позвоночных. На первый взгляд, все они весьма различны.
РЕКОНСТРУКЦИЯ ДРЕВНЕГО ПЯТИМЕТРОВОЙ
ВЫСОТЫ НОСОРОГА ИНДРИКОТЕРИЯ (по К. К. Флерову)
скелет
общий вид индрикотерия
скелет, одетый мышцами
ландшафт с индрикотериями
Однако сравнительно-анатомическое изучение убеждает нас в наличии одного плана строения. У всех этих животных имеется плечевая кость, причленяющаяся одним концом к лопатке, другим к лучевой и локтевой костям. Эти последние могут быть слиты друг с другом или одна из них уменьшена, но все-таки они есть у всех. Никаких других костей в этом отделе конечности нет. Далее, к лучевой и локтевой костям причленяется группа мелких косточек, образующих место сгиба, затем идут кости пясти и пальцев, число которых не одинаково, но в основе равно пяти. Таким образом, несмотря на бросающееся в глаза большое своеобразие каждой конечности, все они имеют единый план строения.Изучение других частей скелета и всех остальных органов показывает то же самое. Не посвященному в сравнительную анатомию мозг человека кажется совершенно несравнимым с мозгом рыбы или ящерицы. Мозг их резко различен по форме, величине и расчлененности, но мы везде находим большие полушария, продолговатый мозг, средний мозг, мозжечок, всюду есть сходные по положению внутренние полости (или желудочки).Надо отметить, что в деталях строения мы всегда наблюдаем отличия. Как правило, все органы рыб устроены проще, чем у земноводных, над которыми в свою очередь по степени сложности стоят пресмыкающиеся, а далее птицы и млекопитающие. Таким образом, данные сравнительной анатомии позволяют говорить о «низших» позвоночных (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся) и «высших» (птицы, млекопитающие) и о том, что «высшие» произошли от «низших». Палеонтология окончательно убеждает нас в правильности этого. Первыми позвоночными на земле были рыбы, от них возникли земноводные. Последних вытеснили пресмыкающиеся, давшие начало первым птицам и млекопитающим.Этот взгляд имеет основательную опору в эмбриологии. Одно из основных ее положений гласит: онтогения (развитие индивида) кратко, в общих чертах, повторяет филогению (далекую родословную данного вида или группы организмов). Это нельзя понимать буквально. Зародыш птицы внешне совсем не похож на ящерицу, а зародыш человека — на обезьяну, но зародыши их сходны между собой.Хотя мы знаем теперь, что птицы произошли от небольших ящерецевидных пресмыкающихся, а человек — от особого рода человекообразных обезьян, мы наблюдаем у куриного зародыша пальцы на передних конечностях, а тело зародыша человека на определенной стадии развития имеет волосяной покров. В развитии зародыша каждого животного можно наблюдать массу признаков, особенностей, которые в какой-то степени напоминают таковые его далеких предков. Не странно ли, в самом деле, что зародыш птицы или даже человека имеет жаберные щели! С точки зрения теории развития этот факт легко объясним: в строении и особенно в индивидуальном развитии каждого организма отражены черты его исторического развития. Замечательные исследования русских биологов А. О. Ковалевского и И. И. Мечникова по эмбриональному развитию некоторых беспозвоночных животных и низших хордовых, о которых рассказывается в последующих главах, позволили выяснить происхождение позвоночных животных.Так данные различных наук позволяют нам восстанавливать историю жизни на Земле, законы ее развития.
КАЛЕНДАРЬ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ И ЖИЗНИ
Все познается в сравнении и во времени. Человек хорошо чувствует, понимает время, которым он измеряет свою жизнь, ее этапы. Поэтому мы легко догадываемся о возрасте какого-либо человека, определяя его по внешности. Возраст лошади или другого млекопитающего животного легко определить по зубам, а дерева — по толщине его ствола или по годовым кольцам роста. Мы приняли за единицу времени год — время обращения Земли вокруг Солнца — и сутки — время обращения Земли вокруг своей оси.Гораздо труднее представить и определить большие отрезки времени: тысячелетия, миллионы и миллиарды лет, бесконечность.Измерение возраста далекого прошлого очень важно для понимания: истории нашей планеты, развития жизни на ней, истории человека и человеческого общества, а также для решения практических задач при поисках полезных ископаемых.Несравненно труднее и задача определения таких длительных отрезков времени. Однако современные достижения науки, как в точности, так и в расширении интервалов измерения времени, огромны.С помощью различных методов сейчас измеряют время от миллиардных долей секунды до миллиардов лет. Следует сказать, что уже более 200 лет назад ученые пытались разрешить задачу о возрасте Земли, о длительности различных геологических эпох. Эти решения, несмотря на их неточность, весьма любопытны, и поэтому мы вкратце на них остановимся.В 1715 году английский ученый Галлей пытался определить возраст Земли с помощью «солевого» метода, заключавшегося в следующем.Первобытные океаны и моря были пресными. Теперь они имеют соленость в среднем около 35%о (промилле), или 3,5%, то есть в 100 граммах воды растворено 3,5 грамма различных солей. Откуда же появились в них соли? Очевидно, реки и другие воды материков, вымывая из горных пород соль, растворяют ее в своей воде и приносят в моря и океаны. Там вода все время испаряется, а на ее место реки приносят новую воду, все более и более засолоняясь.Каждый год реки приносят в море 2735 миллионов тонн соли. По подсчетам академика А. Е. Ферсмана, только в воде морей и океанов растворено ее около 20 миллионов кубометров. Эта соль могла бы покрыть всю европейскую часть нашей страны слоем толщиной в 4—5 километров. Было подсчитано, сколько соли приносят реки за год, сколько ее всего растворено в водах океанов и морей, и затем подсчитано время, в течение которого реки могли нанести в океан такое количество соли.Возраст земной коры получился равным 90—350 миллионам лет.Однако доверять таким подсчетам нельзя: во-первых, вероятно, первобытные океаны имели некоторую соленость; во-вторых, накопление солей в океане шло неравномерно, и, возможно, что ранее оно шло гораздо медленнее. Кроме того, этим способом мы не можем определить начало, продолжительность тех или иных эр, периодов, эпох.Ненадежен и другой способ определения геологического времени, которым увлекались в прошлом столетии. Путем измерения толщ осадочных пород и подсчета времени, нужного для их образования, пытались определить возраст Земли. Дело в том, что в морях, озерах образующиеся осадки с течением времени уплотняются, нарастают. Если считать, что толщина осадочных пород Земли равна примерно 100 километрам и что для намывания слоя толщиной в 1 метр требуется от 3 до 10 тысяч лет, то возраст осадочных толщ земной коры оказывается равным 300—1000 миллионов лет. Возраст Земли, разумеется, значительно больше.Ясно, что подобные методы не дают возможности правильно решить задачу об измерении больших промежутков времени. Только в нашем столетии были открыты более точные часы для отсчета тысячелетий, которые можно назвать «радиоактивными часами». В начале нашего века физиками было открыто, что некоторые вещества на протяжении сравнительно небольшого времени не остаются неизменными, а безостановочно меняются, превращаются в другие вещества. Этот процесс протекает всегда с одной и той же скоростью, независимо от внешних воздействий. Доказано, что даже высокие температуры и давления, имеющиеся в глубинах Земли, обычные химические соединения не влияют на скорость распада радиоактивных элементов, к которым относятся уран, торий, радий, актиний и др. Скорость радиоактивного распада определяется по времени, необходимому для распада половины имевшегося в начале количества элемента. Этот промежуток времени называется периодом полураспада. Определенные и постоянные для каждого радиоактивного элемента скорость распада и длительность периода полураспада, длящиеся миллионы и миллиарды лет, позволяют использовать их для измерения возраста горных пород, в которых они обнаружены.Радиоактивные методы определения возраста минералов, горных пород основаны на измерении отношений количества радиоактивных веществ и продуктов их распада. Период полураспада радиоактивных веществ точно измерен: период полураспада урана-238 равен 4,498 миллиарда лет, тория-232 — 13,9 миллиарда лет и т. д. Килограмм урана, в каких бы горных породах он ни залегал, через 100 миллионов лет даст 13 граммов свинца и 2 грамма гелия; через 2 миллиарда лет в породе, содержащей 1 килограмм урана, накапливается 225 граммов уранового свинца с атомным весом 206 и 35 граммов гелия. Следовательно, чем больше в горной породе гелия и уранового свинца, тем она и пласт, ее включающий, древнее. Когда мы находим рядом урановый свинец и уран, то, высчитывая их соотношения и зная закономерности распада урана, можно вычислить, сколько миллионов лет лежал уран.Таков принцип действия «радиоактивных часов» — наиболее надежного в настоящее время средства определения возраста пластов земной коры. Возраст наиболее древних минералов — ураниинитов — из Северной Карелии определен в 1,6 миллиарда лет, а ураниинитов из Манитобы (Канада) в 1,985 миллиарда лет. В Южной Африке возраст наиболее древних горных пород определен в 3500 миллионов лет. Возраст Земли как планеты значительно больше, и в настоящее время он определяется приблизительно в 5—6 миллиардов лет.Радиоактивный метод измерения больших отрезков времени дает первичную схему шкалы геологического возраста (геохронологическая шкала). Приведенные на таблице (стр. 39) цифры длительности отдельных геологических эр, периодов получены указанным образом. Для проверки радиоактивного метода и уточнения возраста эр и периодов применяются другие методы, дающие в совокупности более надежные результаты. Для наиболее молодых периодов и эпох большое значение имеют астрономический метод, вычисление времени по скорости осадконакопления, о котором говорилось выше, по химическому составу крупных изверженных пород, по биологическим факторам эволюции организмов, то есть путем учета темпов их изменения в определенные отрезки времени, и т. п.Вот как некоторые ученые-биологи, изучающие развитие жизни на Земле, представляют себе ее возраст.Академик Л. С. Берг пишет: «Действительно, вряд ли хватит трех-четырех миллиардов лет, для того, чтобы на Земле успела не только зародиться жизнь, но и чтобы она могла дать начало всему тому разнообразию органического мира, какое мы видим в настоящее время. Вспомним, что на эволюцию одного подтипа животных — позвоночных — ушло около полумиллиарда лет. Сколько же требовалось для образования первичных хордовых, для иглокожих, для моллюсков, членистоногих, червей и т. д. Какой промежуток времени употребила природа, чтобы произвести группу одноклеточных организмов, включающих в себя не только несколько типов, но одновременно и животных и растений? Сколько времени нужно было, чтобы из бесформенного комочка живого вещества получил начало первый оформленный организм?»1