Следы трав индейских: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Сергей Викторович Мейен

Следы трав индейских

ПРЕДИСЛОВИЕ

«…Удивления достойны морские черепокожие, к переселению и переведенству неудобные гадины, кои находят окаменелые на сухом пути в горах лежащие к северу, где соседственные моря их не производят, но родят и показывают воды, лежащие под жарким поясом в знатном количестве. Еще чуднее, что в холодных климатах показываются в каменных горах следы трав Индейских, с явственными начертаниями, уверяющими о подлинности их породы. Сии наблюдения двояко изъясняют испытатели натуры. Иные полагают бывшие главные земного шара превращения, коими великие оного части перенесены с места на место чрезвычайным насильством внутреннего подземного действия. Другие приписывают нечувствительному наклонению всего земного глобуса, который во многие веки переменяет расстояние еклиптики от полюса».

Это слова М. В. Ломоносова из § 163 его книги «О слоях земных» — замечательного произведения, написанного в 1757–1759 гг., но опубликованного в 1763 г. в дополнении к «Первым основаниям металлургии». С тех пор прошло более двух веков, и уже, казалось, перестали быть «удивления достойны» и морские черепокожие (моллюски) в горах, и «следы трав индейских» в холодной Арктике. Все это вошло в учебники, не раз описывалось популяризаторами. Каждый студент — биолог, геолог или географ — объяснит, не задумавшись, в чем здесь дело, расскажет в импровизированной популярной лекции, как поднимаются и опускаются континенты, приходят и уходят моря, воздвигаются горы и скользят по поверхности земной полюса. Все это уже не достойно его удивления. И зря. Мы привыкаем к картинам прошлого, восстановленным поколениями ученых, и часто забываем удивиться тому, что прошлое это действительно было, что действительно на месте городов были моря, что сушу заселяли удивительные живые существа, что — и это главное — история Земли была куда сложнее, чем мы привыкли считать. По-видимому, такова особенность человеческой психики, что он легко привыкает к необычному. Еще сто лет назад было дикостью представить себе полет не в космические дали, а всего лишь без помощи воздушного шара или машущих крыльев. Сейчас мы не поднимаем глаз на пролетающий самолет. Так же привыкаем мы к тому, что в нашей крови множество микроскопических красных телец и что землетрясения — это подвижки в глубоких земных недрах. Привыкли мы и к чудесам палеонтологии. Только школьники и далекие от естествознания люди нет-нет да и порадуют своим волнением от находки в овраге доисторических раковин или костей. В общем-то прошлым Земли и жизнью на ней люди интересуются, но степень загадочности этого прошлого как-то не осознают. Приходится упрекнуть за эту потерю удивления и популяризаторов науки, и авторов учебников. Слишком уж там все гладко, как будто все написанное незыблемо, прочно, а оставшееся непознанным — второстепенные детали. Будто в летописи, доставшейся нам от природы, мы прочли самое главное и теперь лишь подбираем отдельные недостающие листки.

Речь не идет обязательно о недоверии к нынешнему прочтению геологической летописи. Пусть все написанное в книгах — истинная правда. Но даже если это и так, то это лишь небольшой кусочек всей правды. А вообще-то ошибок в литературе немало. Недаром сказанное в одной книге противоречит сказанному в другой. Об этих расхождениях ниже пойдет речь, но не для того, чтобы потешаться над научными баталиями. Хочется, чтобы читатель почувствовал суть и состояние проблем, проникся духом непредвзятого исследования. Может быть, читатель поймет, как мало мы в сущности знаем об отдаленнейшем прошлом Земли, как увлекательно раскрывать все новые страницы и как много открытий нам еще предстоит сделать.

Как знать, может быть, найдутся у этой книги и юные читатели, которые загорятся желанием ступить на палеоботаническую стезю. Чтобы не приманивать их понапрасну, в книге специально оттенена рутинная и не слишком разнообразная сторона работы палеоботаника. И пусть потом не попрекают меня те, кто будет изнемогать от бесконечного сидения за микроскопом и подсчета многих тысяч пылинок и спор, скользящих в поле зрения, от необходимости доставать и читать статьи на всевозможных языках. Разочарование от палеоботанической деятельности, сначала казавшейся столь привлекательной, — обычное дело.

Эта книга не учебное пособие. Как ни стараться быть точным в изложении материала, каких-то упрощений невозможно избежать. Опущено многое из того, что накопила палеоботаника по истории растительного покрова. Упрощена и терминология. В книге оставлены лишь те термины, без которых невозможно вести рассказ. Это в особенности названия геологических периодов, эпох и веков (рис. 1), а также названия (особенно латинские) растений и животных. Самые важные термины поясняются, смысл других, надеюсь, будет ясен из контекста. Оставшиеся непонятными слова читатель может просто пропустить. На общем понимании текста это едва ли скажется.

Рис. 1. Геохронологическая шкала эр (групп) и периодов (систем); линиями показано время существования основных групп высших растений

И последняя, может быть, самая важная оговорка. Чуть ли не самое интересное в науке — не полученные результаты, а сам процесс исследования. Чтобы рассказать о нем, те, кто не занимается историей науки специально, вынуждены обращаться к собственным исследованиям. И тут возникает проблема. Любое исследование начинается не с пустого места. Всегда приходится сталкиваться с работами предшественников, и далеко не всегда выводы предшественников подтверждаются. Стоит ли вспоминать чужие заблуждения, называть ошибавшихся по именам?

Думается, что стоит. Иначе получится искаженная и безликая картина исследования. Только важно помнить, что вскрывшиеся непроизвольные просчеты не компрометируют настоящего ученого. Более того, порой они сильнее стимулируют дальнейшие исследования, чем правильные выводы. В конце концов самую грубую ошибку делает тот, кто уверен в собственной непогрешимости.

Глава I

ЗАВОЕВАНИЕ СУШИ

В истории нашей Земли было немало вех, значение которых для правильного прочтения всей истории ясно каждому исследователю и которые тем не менее так и остаются загадкой. Мы убеждены, что когда-то не было самой Земли, а после того, как она образовалась, на ней появилась жизнь. Не всегда населяли Землю окружающие нас животные и растения. Совсем недавно в масштабе геологического времени появился сам человек. Эти и другие важнейшие события — от возникновения Земли до происхождения человека — источники неисчислимых гипотез. Время от времени то одна, то другая завоевывает чуть ли не всеобщее признание, но потом тускнеет под напором новых идей. Калейдоскоп гипотез рождает скепсис. Порой начинает казаться бессмысленной игра фантазии вокруг событий, не оставивших следов в геологической летописи. Исследователи обращаются к другим проблемам, и тут вдруг обнаруживаются новые факты, заставляющие вернуться к оставленной проблеме и попытаться решить ее иначе.

Именно так получилось с завоеванием суши растениями. От того времени, как зародилась на Земле жизнь, и до тех геологических эпох, когда на суше появились первые леса, прошли миллиарды лет. Растительность вполне современного облика покрывала континенты всю последнюю эру — кайнозойскую. В мезозое и в двух последних периодах палеозойской эры — пермском и каменноугольном — суша тоже была покрыта густой растительностью. Известны многочисленные остатки наземных растений и в предшествовавшем девонском периоде. А дальше? Что было на суше в силуре, ордовике, кембрии и в еще более древние — докембрийские — времена? Этого никто не знает.

Вольно или невольно мы навязываем далекому прошлому черты мира, окружающего нас сейчас. Ставшее привычным кажется непреходящим. Как ребенку трудно представить, что когда-то не было мамы и папы, дома, в котором он живет, так и исследователи с трудом приходят к мысли, что привычные черты нынешнего облика планеты — нечто появившееся не так уж давно. Особенно трудно свыкнуться с мыслью, что когда-то облик планеты был настолько иным, что взгляни мы на нее в иллюминатор самолета, то и не узнали бы Земли, а решили бы, что под нами неведомое небесное тело. С точки зрения геолога, привыкшего к срокам в сотни миллионов и даже миллиарды лет, Земля была именно такой, чужой и непривычной, не так уж давно — в середине палеозойской эры.

Надо честно признаться, что мы так и не знаем, как выглядела бы Земля с птичьего полета в начале девонского периода — 400 млн. лет назад. Мы, конечно, не увидели бы лесов. Пейзаж скорее напомнил бы нам полупустыни в дни, когда снег уже сошел, а зелень еще не появилась. Может быть, только по берегам рек и морей вилась тонкая ниточка зелени. Так считают многие палеоботаники. Не раз высказывалось мнение, что различные низшие растения заселяли сушу и в додевонские времена. Но никаких их остатков до сих пор не находили. Гипотезы о заселении суши растениями могут опираться лишь на косвенные свидетельства.

Почему-то заселение суши растениями далеко не всеми исследователями признается проблемой. Некоторым кажется, что здесь не над чем особенно ломать голову. Разве не очевидно, что растения вышли когда-то из моря на сушу? Сначала они заселили мелководье, двинулись вдоль рек в глубь континентов, растеклись по берегам озер, а потом шаг за шагом, все дальше и дальше от воды. Надо лишь разыскать этих пионеров в древнейших континентальных толщах и прочитать по ископаемым остаткам, когда и как все было. Но и без этих находок дело казалось в целом ясным. В начале 40-х годов один крупный ученый без колебаний писал: «…первый расцвет жизни на суше был приурочен к приморским местностям, особенно к берегам лагунных озер и болот, лежащих между песчаными береговыми валами и подгорной террасой. Здесь впервые выработался тип растения, нижней своей частью находящегося в воде, а верхушкой — в воздушной среде под прямыми лучами солнца. Споры, развившиеся в мелкой нагретой воде лагун, при понижении уровня воды вследствие испарения образовывали заростки в виде плоских зеленых лопастных пластинок. Отдельные участки их, выдвигаясь из воды и испаряя воду, вызывали возникновение токов воды, возмещавших испаряемую, и этим способствовали росту своих тканей. Образовывалось подобие первичного стебля».

В таком же стиле, без тени сомнения описывались и дальнейшие события. В литературе тех и последующих лет можно найти немало подобных рассказов. Что это — считанная с документов история или правдоподобный домысел? Сейчас это выглядит почти как домысел, но в начале 40-х годов дело представлялось иначе. Тогда еще свежи были в памяти открытия конца 10-х — начала 20-х годов, когда англичане Р. Кидстон и В. Лэнг описали из девона Шотландии прекрасно сохранившиеся остатки простейших с виду высших растений. Особое впечатление произвели ринии — голые безлистные прутья с мешочками-спорангиями, содержавшими споры, на концах. Лучшего предка для всех высших растений нельзя было и желать. Присовокупляя другие известные к тому времени девонские растения, ученые стали конструировать генеалогические деревья, домысливая образование листьев, корней, стволов, разнообразных органов размножения. Некоторые из предложенных эволюционных схем были затем подтверждены новыми находками девонских растений.

Естественно, что взгляды исследователей обратились к более древним, додевонским отложениям — силурийским, ордовикским и кембрийским. Остатки, внешне похожие на высших наземных растений, в них попадались давно. Это были какие-то подобия стеблей, обрывки тканей, сходных с древесиной, микроскопические оболочки, похожие на споры высших растений. Особенно широко обсуждались открытия в кембрии Сибири остатков, названных Aldanophyton (фиг. I), и якобы спор высших растений в кембрийских и даже докембрийских отложениях Прибалтики. О находке спор сообщалось в печати как о важном открытии, Об этом писали в газетах и научно-популярных журналах.

В 50-х годах сложились две точки зрения на проблему заселенности суши растениями в додевонские времена. Одни исследователи, условно назовем их «энтузиастами», говорили, что суша была заселена высшими растениями даже в докембрийские времена. Более осторожные из них соглашались, что все додевонские документы, если брать их порознь, недостоверны. Но в сумме, считали они, «улик» вполне достаточно. Другие исследователи, «скептики», соглашались учитывать только неоспоримые документы.

К 60-м годам сообщений о додевонских находках накопилось столько, что настало время как следует в них разобраться. Пошли на строгий экзамен микроскопические оболочки, описанные как споры. В 1965 г. в «Палеонтологическом журнале» вышла статья Н. А. Волковой. Она тщательно проанализировала все сообщения о докембрийских, кембрийских и ордовикских спорах. Выяснились любопытные закономерности. Прежде всего оказалось, что наиболее важные находки иллюстрированы не фотографиями, а схематическими рисунками. Чтобы отличить споры высших растений от оболочек микроскопических водорослей (внешне эти два типа остатков могут быть похожими), очень важно найти трехлучевую фигуру, которая образуется у спор еще тогда, когда они сидят в спорангиях (фиг. II). Материнские клетки спор делятся, и из каждой клетки формируются четыре споры, расположенные крест-накрест. Такая группа из четырех спор называется тетрадой. Трехлучевая фигура (она называется еще трехлучевой щелью или тетрадным рубцом) обращена внутрь тетрады. Через трехлучевую щель происходит прорастание спор, когда они, высеявшись из зрелых спорангиев, попадают на подходящую почву. О присутствии трехлучевой щели у древнейших спор и писали «энтузиасты». Однако ни в одном случае это наблюдение не было подтверждено фотографиями. Трехлучевые щели изображались только на рисунках. В палеонтологии часто бывает так, что некоторые детали ископаемых организмов хорошо видны наметанному глазу, но подтвердить наблюдение фотографией не удается. Например, швы на ископаемых черепах иногда маскируются рельефом кости. Поэтому на фотографиях получается бугристая поверхность, и проследить на этом фоне тонкие линии швов невозможно. В таких случаях вместо фотографии документом служит рисунок. Но при трехлучевой щели спор дело обстоит иначе. Здесь всегда есть возможность сделать вполне убедительные фотографии. Тем не менее их не было.

Н. А. Волкова обнаружила и другую закономерность. В работах 40—50-х годов ссылки на находки древнейших спор звучали уверенно и количество спор в препаратах указывалось большим. В начале 60-х годов те же исследователи, описывая тот же материал, что и раньше, уже писали, что количество спор с трехлучевой щелью очень небольшое. Все чаще слышались оговорки, что, дескать, это споры мхов и других сравнительно низко организованных высших растений. Энтузиазм начал давать трещину. К концу 60-х годов «энтузиастов» почти не стало слышно.

Не надо воспринимать эту историю как некое умышленное введение в заблуждение одними учеными других, а эти другие, дескать, разоблачили очковтирателей. Дело было отнюдь не так. Заблуждение было искренним, и не честь мундира спасали те, кто продолжал настаивать на присутствии спор в древнейших, даже докембрийских, толщах. Что же касается злополучной трехлучевой щели, то за нее принимали случайные складки на микроскопических оболочках водорослей. При жизни эти оболочки были шаровидными. Попав в породу, они сплющивались, и возникала сложная, беспорядочная система складок. Найти в переплетении складок трехлучевую фигуру не сложнее, чем увидеть неведомого зверя в прихотливо изогнутом лесном корне или голову старика в силуэте одного из Красноярских столбов.

Не забыли скептики и о крупных растительных остатках из додевонских отложений. С большинством остатков разделались быстро. На них не обнаружилось никаких деталей, подтверждавших, что перед нами действительно наземные растения. Труднее пришлось с сибирским алданофитом. В 1971 г. в Новосибирске состоялась Международная палинологическая конференция, на которую съехались авторитетные и весьма скептически настроенные палеоботаники. Лучшая коллекция алданофитов хранится сейчас в Томском университете у проф. А. Р. Ананьева. Он привез несколько образцов в Новосибирск, где состоялся своеобразный консилиум. Отношение к образцам было непредвзятое, но придирчивое. Смотрели на образцы в лупу и под микроскопом, смачивали ксилолом, чтобы ярче проявились детали. Заключение было единодушным: алданофит — неизвестно, что такое. Внешне он действительно похож на некоторые палеозойские плауновидные, но никаких деталей, подтверждающих общее впечатление, не видно. Главное, что нет никаких, даже самых слабых, намеков на проводящую систему. Это может быть и водоросль, и какое-то неведомое животное.

Обсуждая вопрос о природе алданофита, участники консилиума помнили и об условиях его захоронения. Это карбонатные морские отложения, образовавшиеся в открытом море. Как могли попасть так далеко от берега остатки наземных растений и не разумно ли ждать больше их остатков в отложениях, откладывавшихся ближе к берегу? Направление, в котором проходила береговая линия этого моря, примерно известно. Но находок алданофитов больше нигде не было. В общем разошлись участники консилиума, пожимая плечами и отказываясь высказываться об алданофите хоть сколько-нибудь определенно.

Рис. 2. Уровень появления в геохронологической шкале основных структур высших растений: 1 — трахеиды; 2 — устьица; 3 — дихотомически ветвящиеся оси; 4 — побеги с главной осью; 5 — выросты (эмергенцы) на оси, не снабженные проводящим пучком; 6 — то же с проводящим пучком; 7 — вильчатые листоподобные органы; 8 — уплощенные листья; 9 — звездчатый в сечении проводящий цилиндр в оси; 10 — округлые спорангии на концах осей; 11 — эллиптические спорангии; 12 — собрания спорангиев; 13 — спорангии, раскрывающиеся продольной щелью; 14 — спорангий в пазухе листа; 15 — двурядное расположение спорангиев с придатками между ними; 16 — споры с трехлучевой щелью и без орнаментации оболочки; 17–23 — споры с различной орнаментацией и разного размера; во второй колонке слева яруса (века) силура и нижнего (раннего) девона (по В. Г. Чалонеру, с изменениями)

На XI Международном ботаническом конгрессе в 1969 г. собрался симпозиум по основным событиям в эволюции растений, документированным палеоботаникой. Английский палеоботаник В.-Г. Чалонер собрал все доступные к этому времени материалы о древнейших наземных растениях. Его доклад был затем опубликован. Чалонер рассуждал так: есть три признака, совместное присутствие которых у ископаемого растительного остатка позволяет считать, что перед нами остаток высшего растения, — это древесинные клетки (трахеиды), споры с трехлучевой щелью и устьица на поверхности тела. Устьица можно видеть, сняв с отпечатка покрывающую его пленку (кутикулу)! с оттисками клеток. Кутикула состоит из высокополимерного органического вещества и хорошо сохраняется в ископаемом состоянии. Обычно ее отделяют, растворяя обугленный остаток растения в смесях, не действующих на вещество кутикулы. Чалонер учитывал, что часто мы встречаемся с такими остатками, у которых нельзя изучить все три признака. Поэтому он предложил оценивать время появления высших растений иначе. Он свел в одну таблицу все известные к тому времени находки, позволившие наблюдать хотя бы один из трех признаков (рис. 2). Оказалось, что первые споры с настоящей трехлучевой щелью появляются с самого начала силурийских отложений, а остатки с кутикулой и устьицами или с трахеидами — с самого конца силура. Все сообщения о более древних находках остатков с такими признаками оказались сомнительными. В одних случаях не были надежно датированы породы. В других — остатки оказались вмытыми по трещинам из более молодых отложений. В третьих случаях сообщения не подкреплялись убедительными иллюстрациями.