Кембрійські парадокс

Рафаїл Нудельман

Приблизно 530 мільйонів років тому, на початку кембрійської епохи, на Землі відбулося унікальна подія - раптово, швидко і майже одночасно виникло безліч нових біологічних форм, які стали попередниками найважливіших типів сучасних організмів аж до людини. Багатьом біологам до цих пір важко примиритися з думкою про реальність цього кембрійського вибуху. В одному зі стандартних підручників біології для американських університетів можна, наприклад, і зараз прочитати твердження, що "форми, які жили в той (кембрійський) період, напевно повинні були відбутися від предків, що існували принаймні за сотні мільйонів, а то і мільярди років до того ". Але в тому-то й 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 до них. І це відсутність звичного "містка" ставить перед біологами найважче завдання - пояснити, яким чином міг статися такий загадковий еволюційний стрибок.

Кембрійські епоха була унікальною поворотною точкою в історії еволюції. Це означає, що і причини, що викликали цей неповторний біологічний вибух, теж повинні були бути унікальними. Але що це за причини? Одна чи багато? Якого роду - чисто біологічного? А може, фізико-хімічного або геологічного? Або того, і іншого, і третім разом?

А чи був "вибух"?

Надзвичайна недавно увагу привернула стаття професора Каліфорнійського технологічного інституту Кіршвінка і його співробітників Ріппердана і Еванса, в якій висувалося сенсаційне твердження, ніби близько півмільярда років тому наша планета зазнала справжній перекид в космічному просторі. За даними авторів, під час цього катаклізму наша планета повернулась на цілих 90 градусів щодо своєї осі, в результаті чого основні материки Землі змінили своє колишнє місце розташування - біля полюсів - на нинішній.

Зрозуміло, наукові та науково-популярні журнали світу негайно сповістили своїх читачів про нової сенсаційної гіпотези. Але що дивно - всі повідомлення про неї йшли під заголовками на кшталт: "повертаються Земля пояснює кембрійських загадку ", або" перекид планети - причини кембрійського вибуху ". Дійсно, на завершення своєї статті автори безпосередньо пов'язували результати своїх досліджень з тим великим еволюційним стрибком, який стався на Землі ті ж півмільярда років тому. Вони писали, що виявлений ними стародавній планетарний катаклізм цілком міг стати вихідним поштовхом, що спричинило за собою цей загадковий стрибок.

Нагадаю та іншу публікацію, присвячену кембрійського "біологічному Біг Бенгу ": статтю трьох інших американських вчених, на цей раз біологів -- Валентина, Яблонського і Ервіна. І хоча стаття була названа суворо науково: "Походження тілесної планування багатоклітинних організмів", підзаголовок не залишав сумнівів у тому, що і ця робота має пряме ставлення до кембрійської загадки. "Нещодавно виявлені скам'янілості і нове розуміння процесу розвитку організму, - писали автори, - відкривають несподівані можливості для пояснення загадки вибухоподібного виникнення нових видів на початку кембрійської епохи ".

Які ж причини породжують ці невпинно відновляються спроби пояснення пересічного, здавалося б, еволюційного стрибка, яким уявляється кембрійський вибух необізнаній людині? Адже історія еволюції знає й інші, не менш катастрофічні і не менш загадкові події - наприклад, поголовне і майже одночасне зникнення динозаврів, яке сталося 65 мільйонів років тому тому, або так звана Велика Смерть ( "Пермська катастрофа", як її ще називають) - масове і стрімке вимирання живих організмів в земних океанах в Пермському епоху, 245 мільйонів років тому, коли "разом" загинули близько 95 відсотків всієї тодішньої морської фауни. Чому вони не залучають такого напруженого і невпинного уваги? Чому саме кембрійський вибух викликає найгостріші і незгасаюча суперечки ось вже понад сто п'ятдесяти років, майже з самого моменту його відкриття?

Відповідь полягає в тому, що серед всіх численних загадок біологічного минулого Землі кембрійський вибух займає особливе місце. На відміну від усіх інших катастроф, незмінно пов'язаних з вимиранням тих чи інших живих видів, цей вибух призвів до стрімкої появи багатьох нових біологічних форм.

Це народження нових форм було абсолютно несподіваним. Немає жодних свідчень, ніби йому передувало тривале накопичення поступових змін та ускладнень.

Далі, це незрозуміле поява нових форм не розтягнулося на всю кембрійських епоху або хоча б значну її частину, а сталося майже одночасно, протягом яких-небудь трьох-п'яти мільйонів років. У геологічних масштабах часу це зовсім незначний термін - він становить всього одну тисячну від загальної тривалості еволюції, що й змушує назвати цей еволюційний стрибок "біологічним вибухом". Наслідки цього вибуху мали унікальне значення для еволюції життя на нашій планеті - вони поділили історію цієї еволюції на дві нерівні частини. Якщо до-кембрійських епоха була часом одноосібного панування одноклітинних організмів, то після-кембрійських стала епохою багатоклітинних форм. У ході кембрійського вибуху вперше в історії еволюції виникли багатоклітинні організми сучасного типу, склалися всі основні характеристики тих тілесних "планів", за якими ці організми будуються до цих пір, були закладені передумови майбутнього цих виходу організмів з морів на сушу і завоювання ними всій поверхні Землі.

Ось як це виглядало, виходячи з нинішніх наукових уявлень. Земля, згідно з сучасними оцінками, утворилася близько чотирьох з половиною мільярдів років тому тому. Перші одноклітинні організми в її океанах з'явилися близько трьох з половиною - чотирьох мільярдів років тому. Іншими словами, життя на Землі виникла майже відразу ж після того, як виникли необхідні для цього умови - Охолодження планети, освіта земної кори і океанів. Тим не менше, зробивши цей перший, найважливіший крок, еволюція чомусь загальмувалася на цілих три мільярди років. Перед нею ніби стояв якийсь невидимий бар'єр, якого вона не могла подолати. Весь цей час вона обмежувалася лише зміною та вдосконаленням вже існуючих видів - мікроскопічних бактерій і найпростіших водоростей.

А потім за найкоротший час, нагадаю - за три-п'ять мільйонів років, виникає "нове життя": прообраз і предтеча сучасної.

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

Унікальність і загадковість особливостей Кембрійського вибуху - ось що привертає до нього неослабний увагу біологів протягом останніх ста п'ятдесяти років.

Складність проблеми полягає, однак, не тільки в цій загадковості кембрійського "біологічного Біг Бенга" та причин, що його породили. Не менш важливим поштовхом до гострих і безперервним спорах навколо нього служить той факт, що проблема Кембрійського вибуху має ще й пряме відношення до дарвінівської теорії еволюції. Точніше кажучи, просто їй суперечить. Першим, хто це усвідомив, був сам Дарвін. Він же був першим, хто запропонував можливий вихід з цього суперечності. Однак запропонована Дарвіном гіпотеза не задовольнила багатьох його послідовників, і в результаті біологи-еволюціоністи розділилися на два ворогуючі табори, спір між якими триває ось уже півтора століття. Спробуємо розібратися в цій суперечці.

Першовідкривачем Кембрійського вибуху був Роберт Мерчісон - англійський аристократ, який під впливом своєї честолюбної дружини вирішив зайнятися наукою. Вивчаючи скам'янілості давніх епох, виявлені у відповідних відкладеннях, він виявив, що шари цих відкладень розділені різкою кордоном. Нижче цієї межі вони вкрай бідні біологічними останками і демонструють повсюдне поширення одних лише найпростіших одноклітинних організмів - бактерій і водоростей, а потім, починаючи з кембрійської епохи, близько 550 мільйонів років тому, раптово обзаводяться небаченим багатством нових біологічних форм. Будучи людиною віруючим і розділяючи переконання великого Ліннея, що "існує рівно стільки видів, скільки їх спочатку створив Творець ", Мерчісон розцінив відкрите ним явище як пряме свідчення втручання Божої руки в розвиток життя. Зрозуміло, що таке креаціоністських (від слова creation -- створення) пояснення було несумісне з поданням про природну еволюції біологічних форм.

Мерчісон опублікував результати своїх досліджень у тридцяті роки минулого століття. Кілька десятиліть потому вийшла в світ знаменита робота Дарвіна "Походження видів", в якій вперше послідовно викладалася і докладно аргументувалася теорія розвитку життя на Землі, заснована на уявленнях про наслідуваних зміни і природний добір. Зрозуміло, Дарвін не брав креаціонізму. Але він одразу ж побачив, що Кембрійські вибух є каменем спотикання для його теорії в іншому - не менш важливе -- аспекті.

Справа в тому, що, за Дарвіном, еволюція повинна була відбуватися поступово, плавно і безперервно, тобто, як сьогодні говорять, градуально. У своїй книзі він дуже недвозначно писав: "Природний добір щодня і щогодини піддає найсуворішому прискіпливого обстеження все що відбуваються в світі зміни, навіть самі найменші, відкидаючи те, що погано, зберігаючи і поліпшуючи те, що добре ... Ми не помічаємо цих повільних змін в їх поступовому становленні і помічаємо їх лише тоді, коли хід часу відміряє величезні проміжки цілих історичних епох ".

Зрозуміло, що дарвінівський градуалізму був несумісний з наявністю такого різкого, короткочасного і стрімкого явища, як Кембрійські вибух. Градуалізму грунтується на переконанні, прекрасно сформульований знаменитим популяризатором дарвінізму Т. Х. Хакслі: "Природа не терпить стрибків". Суперечність з даними Мерчісона настільки хвилювало Дарвіна, що в передмові до останнього видання своєї книги він спеціально відзначив "В даний час це явище (Кембрійські вибух. - Р.М.) залишається незрозумілим, і воно справді може бути розглядатися як переконливий аргумент проти поглядів, що розвиваються в даній книзі ".

Як вже сказано, Дарвін спробував знайти вихід із ситуації, що виникла. Можливо, припустив він, Кембрійські вибух, насправді, не був справжнім "вибухом", можливо, насправді їй передував тривалий період поступового нагромадження еволюційних змін і становлення нових біологічних форм; але Мерчісон просто не зумів виявити ці попередні, проміжні форми. Це пояснення дозволяло зберегти той безперервний і плавний характер еволюції, який Дарвін постулював на основі зібраних ним емпіричних даних і який був у його очах стрижневий рисою всього еволюційного процесу.

Деякі біологи-еволюціоністи не погодилися з дарвінівський тлумаченням кембрійської загадки. (Вже Хакслі в своєму листі Дарвіну напередодні публікації "Походження видів" попереджав: "Ви даремно поклали на себе абсолютно непотрібну труднощі, прийнявши, що природа не терпить стрибків ".) Ці дарвіністи взагалі не могли прийняти дарвінівського градуалізму. Він здавався їм не стільки виведеним з емпіричних фактів (адже суперечив ж він фактами Мерчісона!), скільки привнесеним у біологію ззовні.

Не так давно відомий сучасний біолог і популяризатор дарвінізму Стівен Дж. Гулд припустив у цьому зв'язку, що свою непорушну віру в градуалізму Дарвін запозичив у свого попередника, знаменитого засновника сучасної геології Чарльза Лайєлла, який був його близьким колегою і особистим наставником (Дарвін робив свої перші наукові кроки саме в геології). Для самого ж Лайєлла, стверджує Гулд, градуалізму був чимось більшим, ніж просто емпіричним науковим принципом. Він був для нього необхідною основою справді наукового розуміння і підходу. На думку Лайєлла, твердження, ніби окремі етапи розвитку можуть бути розділені різкими, катастрофічними стрибками, підсвідомо відроджує віру в надприродні дива і в Боже втручання в історію, іншими словами - повертає людську думку до донаукових, релігійних часів. (Той же Гулд зауважує, що це рішучий неприйняття стрибків, катастроф і революцій почасти було також відображенням загального духу вікторіанської епохи з її вірою в плавний, поступовий і безупинний прогрес.)

Нагадаємо, однак, що вже за часів Лайєлла і Дарвіна існувала й інша точка зору, яку найбільш енергійно розвивав французький натураліст Жорж Кюв'є і яка сьогодні іменується "катастрофізм". Відповідно до цієї концепції, геологічна (і, як наслідок, біологічна) історія Землі розгорталася далеко не плавно, а, навпаки, рясніла стрибками і розривами катастрофічного характеру, які, втім, не мали нічого спільного з надприродними чудесами або Божим втручанням, а піддаються цілком природному, раціональному поясненню. Кембрійський вибух чудово вписувався в цю концепцію, і саме ця обставина спонукало багатьох еволюціоністів заперечити гіпотезу Дарвіна, визнати реальність кембрійського стрибка і перейти на позиції "катастрофізму".

Так сталося, що кембрійських загадка з самого початку розділила дарвіністом-еволюціоністів на два протилежних табори, по-різному розуміють хід біологічної еволюції. По один бік вододілу виявилися переконані "градуалісти", по інший - настільки ж переконані "катастрофісти". (Третій табір, що протистоїть і "градуалістам", і "катастрофісти" у своєму повному запереченні еволюції взагалі, складають сучасні "креаціоністи").

Прихильники дарвінівського градуалізму пропонують різні можливі пояснення відсутності докембрійських проміжних форм. Одні стверджують, що попередні Кембрію біологічні форми не збереглися тому, що не мали скелета або зовнішнього панцира і були м'якими, желевіднимі (що, до речі, в основному відповідає істині). Інші пояснюють відсутність перехідних форм у до-кембрійських відкладеннях суто фізичними причинами, стверджуючи, що до-Кембрійські породи піддалися такому сильному нагрівання і тиску, що в них не збереглися ніякі біологічні останки (що не зовсім відповідає істині). Треті висувають припущення, що до-кембрійських життя розвивалася в озерах, а кембрійський вибух - просто наслідок бурхливої та швидкої міграції вже сформувалися в цих озерах біологічних форм в моря й океани (ця гіпотеза отримала своєрідний розвиток у згаданій вище роботі Кіршвінка і співробітників). Всі ці гіпотези об'єднує прагнення показати, що перехід від до-кембрійських форм до після-кембрійських був головним і безперервним, тільки сліди його з тих чи інших причин поки що не знайдено або взагалі не збереглися.

І дійсно, не так давно дослідникам вдалося виявити перші види багатоклітинних організмів, що безпосередньо передували кембрійських. Вони були знайдені у відкладеннях поблизу австралійського селища Едіакарій і тому отримали назву "едіакарскіх". Майже до самого останнього часу, до вісімдесятих років, едіакарскіе організми трактувалися в дусі дарвінівського градуалізму - як проміжну ланку в історії поступового ускладнення, або еволюції біологічних форм від до-кембрійських до після-кембрійських.

Але близько п'ятнадцяти років тому більш ретельне вивчення цих останків показало, що, насправді, вони не мають зв'язку з сучасними біологічними формами. Можливо, вони взагалі представляли собою якусь особливу, тупикову гілку біологічної еволюції, яка не дала ніякого продовження. Деякі біологи вважають, що ця гілка життя була знищена під час якоїсь катастрофи, передувала Кембрійського вибуху. У ході подальшої розповіді нам ще доведеться повернутися до таємничої едіакарской фауні.

Зрозуміло, неможливо виключити, що надії Дарвіна та інших "градуалістов" ще виправдаються і з часом будуть знайдені якісь інші відкладення з таким же, як на шельфі Берджесса чи в Китаї, багатством біологічних форм, але тільки відкладення ці будуть до-Кембрійські, а форми - проміжні, що передують кембрійських. У е?? му випадку дарвінівська теорія еволюції збережеться разом зі всім її градуалізму, поступовістю і плавністю розвитку. Але поки що нічого подібного не виявлено, і на цій підставі біологи-"катастрофісти" все енергійніше наполягають на необхідності перегляду дарвінівської теорії. За їхнє переконання, Кембрійські вибух (а також інші аналогічні стрибкоподібні явища, на зразок швидкої загибелі всіх динозаврів або згадуваної вище "Пермської катастрофи") диктує неминучість такого розширення теорії еволюції, що припускала б не тільки плавне, але і "вибуховий" зміна біологічного різноманіття, не тільки поступовість, але також "стрибки" і "катастрофи" у розвитку біологічного світу. Особливої гостроти це тривала суперечка знайшов з початку 1970-х років, коли вже згадуваний Стівен Гулд і його колега, палеонтолог Прізвисько Елдрідж запропонували радикальний варіант такого розширення дарвінізму - так звану теорію "пунктирного рівноваги".

Ми ще повернемося до цього новітнього розвитку еволюційної теорії та спорів навколо нього, але спочатку варто, мабуть, закінчити нашу перерваний розповідь про те, якими ж причинами пояснюють сьогодні Кембрійські вибух ті, хто вважає його еволюційної реальністю, які фізико-хімічні та біологічні гіпотези висуваються сьогодні для пояснення кембрійської загадки. Адже за останні десятиліття таких гіпотез було запропоновано чимало, і згадані на початку статті недавні роботи Кіршвінка і Валентина - лише останні за часом в цьому довгому ряду. Кожна з цих гіпотез - свого роду "машина часу на логічному паливі ", що дозволяє заглянути в далеке минуле Землі. Використовуємо ж це фантастичне засіб пересування і вирушимо в наступній статті в кембрійських епоху - до останніх галлюцігеніям і першим трилобіта.

Загадка "біологічного Біг-Бенга" - раптового і одночасного появи всіх сучасних біологічних типів у кембрійських епоху - продовжує інтригувати багатьох дослідників. Дві з новітніх гіпотез -- "киснева" і "земного оберти" - пояснюють цей стрибок еволюції різкою зміною фізико-хімічних умов на всій планеті. У противагу цьому біологи висувають інші припущення, що зв'язують кембрійський вибух з різкими екологічними або генетичними зрушеннями.

перекид планети?

Серед гіпотез, запропонованих для пояснення кембрійської загадки, найбільш серйозною до останнього часу вважалася так звана киснева. Вона заснована на припущенні, що кембрійський вибух був викликаний передували йому різким зміною хімічного складу земної атмосфери і океанів.

Фізико-хімічні умови впливають на темп біологічної еволюції - це відомо давно. Багато біологи переконані, що надзвичайно повільне зміна біологічних форм на Протягом перших трьох мільярдів років їх існування було зумовлене недоліком вільного кисню.

В первинній атмосфері Землі кисню не було взагалі, тому що він відразу ж вступив в реакцію з іншими елементами і залишився пов'язаним в земній товщі і атмосфері у вигляді оксидів. Але з появою перших одноклітинних водоростей -- приблизно через півмільярда - мільярд років після утворення Землі - розпочався процес фотосинтезу, при якому вуглекислота (поглинена водоростями з повітря) і вода за сприяння сонячного світла перетворювалися на вільний кисень і органічні речовини. Однак і тут кисню "не пощастило" - Його жадібно захоплювало розчинена океанської воді залізо. Виникали в результаті оксиди заліза повільно осідали на океанське дно, вибувши з хімічного кругообігу; світ, як висловився один з геохімік, безперервно іржавів; а вільного кисню в ньому не додавалося.

В відсутність вільного кисню організми змушені були залишатися анаеробними. Це означало, що переробка в них, обмін речовин, або метаболізм відбувалися без участі кисню - повільно і неефективно. Саме це, як вважають біологи, гальмувало еволюцію першого організмів. Положення дещо змінилося тільки з того моменту, коли розчинена в океанах залізо насититься киснем і концентрація цього газу в атмосфері, завдяки все тому ж фотосинтезу, стала нарешті поступово зростати. Це зробило можливим поява перших аеробних організмів. Вони все ще були одноклітинними, але їх метаболізм йшов куди ефективніше, і тому вони швидше розмножувалися і щільніше заселяли океани. Так пройшли перші 3,5 мільярда років, до кінця яких вміст кисню в атмосфері досягла, як вважається, близько одного відсотка. У цей момент еволюція зробила наступний важливий крок - з'явилися перші багатоклітинні організми. А потім, ще через півмільярда років, настав кембрійський вибух і разом поклав початок всьому складного різноманітності сучасного життя.

Можна сказати, що історія біологічної еволюції була - у певному сенсі -- історією кисню. Так чи не був і кембрійський "стрибок еволюції" наслідком стрибкоподібного зростання вільного кисню в атмосфері?

Саме таке припущення висловили в 1965 році два американських фізика, Беркнер і Маршалл. Вони міркували в такий спосіб. Складні багатоклітинні організми потребують великої кількості кисню, причому відразу в двох його видах -- по-перше, у вигляді вільного кисню, необхідного для дихання (тобто для метаболізму) і побудови колагену, цього дуже важливого елементу тілесної структури, і по-друге, у вигляді озонового шару, необхідного для захисту від шкідливого сонячного ультрафіолету. Оскільки такі організми до кембрійської епохи не з'являлися, значить, їх поява було затримано відсутністю необхідної концентрації кисню в атмосфері. На цій підставі можна припустити, що саме в кембрійських епоху такі кількості вперше з'явилися. Це унікальна подія - подолання "кисневого кордону", стрибкоподібне підвищення рівня кисню в атмосфері до нинішнього 21 відсотка - Було, по Беркнеру і Маршаллу, основною причиною кембрійського вибуху.

Спочатку ця "киснева гіпотеза" не мала достатнього підтвердження. Але буквально в останні роки (1994 - 1996) ситуація різко змінилася. Причиною тому було відкриття американського дослідника Кнолл. Вивчаючи співвідношення двох ізотопів вуглецю, С-12 і С-13, в породах докембрійських і кембрійських часів, Кнолль отримав незаперечні свідчення того, що на самому початку кембрійської епохи це співвідношення різко змінилося - ізотопу С-12 "разом" стало менше, ніж раніше. А такий "вуглецевий стрибок" повинен був обов'язково супроводжуватися відповідним "кисневим стрибком ", що якраз і відповідає припущенням Беркнера - Маршалла.

Після робіт Кнолл наявність "кисневого стрибка" в кембрійський період визнається більшістю вчених. Але залишається незрозумілим: що могло бути причиною того "неповернення" С-12 в навколишнє середовище, яке призвело до цього "кисневого стрибка"?

Інша гіпотеза була запропонована американським геологом Муром в 1993 році. За Муру, причиною убутку С-12 були різкі тектонічні зрушення, типу переміщення материків, що відбулися в переддень кембрійської епохи. Такі зрушення, говорить Мур, могли призвести до роздроблення океанів на менш великі і до того ж замкнуті водойми - моря й озера, а це повинно було зменшити інтенсивність циркуляції води. У результаті органічні рештки водоростей разом з їх вуглецем залишалися на морському дні і не піднімалися до поверхні, де їх могли б розкладати бактерії. Тим самим вуглець виходив з кругообігу, дозволяючи синтезованого водоростями кисню швидко накопичуватися в атмосфері.

"Тектонічна гіпотеза "Мура теж спочатку не мала фактичного підтвердження. Але три роки по тому вона отримала зовсім несподіване, навіть можна сказати -- сенсаційне розвиток. У середині минулого року наукова, а потім і масова друк раптово заповнилася заголовками на кшталт: "перекид Землі пояснює загадку кембрійського вибуху! "Дивно те, що горезвісний "перекид" (або "кульбіт", як його ще називали) не був якимось журналістським перебільшенням. Як випливало з текстів, мова йшла про цілком серйозною (хоча й радикальної) наукової гіпотези, що пояснювала кембрійських загадку саме теми "тектонічними зсувами", про які ми тільки що говорили, тільки набагато більш грандіозного масштабу - чимось на зразок одноразової зсуву всієї земної кори. Воістину "перекид"!

Автор цієї радикальної ідеї, відомий американський геолог Кіршвінк, прийшов до своїх висновків на підставі даних, зібраних за час двадцятирічних досліджень.

Його роботи дозволили побудувати наочну картину геологічних змін, що відбувалися на Землі на початку кембрійської епохи - 550 - 500 мільйонів років тому. Картина ця виявилася досить несподіваною і справді сенсаційною. Ось як, за Кіршвінку, розгорталися тодішні геологічні події.

Незадовго до початку кембрійської епохи завершився розкол найдавнішого суперконтиненту, складався з більшості сучасних материків (палеогеологі дали цьому суперконтинент ім'я Батьківщини). Майже відразу ж слідом за цим розділились материкові маси почали перегруповуватися, об'єднуючись в новий суперконтинент - Гондвана. На останніх стадіях освіти Гондвани виник різкий дисбаланс у розподілі континентальних мас щодо земної осі. Земний "дзига" втратив стійкість. Обертове тіло найбільш стійко, коли утворюють його маси зосереджені на екваторі (що дає йому максимальний момент інерції) або розподілені щодо нього більш-менш рівномірно; тим часом Гондвана розташовувалася занадто близько до полюса.

Відновлення стійкості Землі зажадало швидкого перерозподілу континентальних мас. Тому вся тверда оболонка планети стала зісковзувати по мантії як єдине ціле, поки не змістилася на дев'яносто градусів щодо осі обертання. Як показують дані Кіршвінка, материкові плити Австралії та Америки, перебували раніше в районі полюсів, зробили цей поворот і переміщення до екватора за якихось п'ятнадцять мільйонів років - термін в геологічних масштабах нікчемний (три десятитисячних загального віку Землі). То був справжній "перекид" всієї планети. Його результатом було те, що вісь її обертання, зберігаючи колишнє напрямок у просторі, повернулась тепер на 90 градусів відносно твердої оболонки. Обертання земної дзиги знову стало стійким.

Згідно палеомагнітним даними Кіршвінка, зібраним у скелях Америки та Австралії, обидві ці материкові плити (складові в сумі майже дві третини всієї земної кори) зробили своє переміщення щодо земної осі практично одночасно, між 534 і 518 мільйонами років тому. Такі грандіозні геологічні події - крайня рідкість. В усякому разі, за останні двісті мільйонів років, з кінця пермської епохи, вони напевно не відбувалися жодного разу. Кіршвінк, однак, не виключає, що щось подібне описаному їм геологічного катаклізму могло повторитися в проміжку між кембрійської і пермської епохами.

Як ні незвична намальована Кіршвінком картина, вона досить солідно обгрунтована даними автора, а крім того, відразу ж отримала ряд незалежних підтверджень, так що геологи в цілому висловили готовність її прийняти. Але ця картина зацікавила і біологів. Як вже було сказано на самому початку, на думку авторів, саме цей "перекид" планети міг бути основною причиною кембрійського біологічного вибуху. "Швидке переміщення материків, -- каже один зі співавторів Кіршвінка Ріппердан, - не могло не привести до закриття одних і утворення інших водних басейнів - цих єдиних тоді ареалів життя, до зміни тодішніх океанських течій, до різких змін клімату та до інших, настільки ж катастрофічним явищам. Усі ці катастрофи повинні були дати поштовх до підвищення нових форм життя, пристосованих до умов, що змінилися. Але саме таке швидке виникнення нових форм і було характерно для "кембрійського вибуху".

За думку самого Кіршвінка, швидкі зміни акваторії океану, викликані зісковзування материків, повинні були привести до досить частим і різким змінах океанських течій. "Кожне таке зміна мало глобальний характер, - говорить він. - Воно руйнувало сформовані регіональні екосистеми на дрібніші ареали. У цих дрібних ареалах нові форми життя мали більше шансів на виживання, ніж у великих регіонах. Наші дані говорять, що такі зміни течій відбувалися тоді мало не кожен мільйон років або близько того. За мільйон років еволюція встигала відібрати найкраще з вцілілого від останнього циклу і створити нові регіональні системи. Але потім цей процес починався знову, і так півтора-два десятки разів за час усього катаклізму. Це найкращі умови для виникнення великого біологічного різноманіття, тим більше, що все це відбувалося невдовзі після появи тих генів, які керують головними етапами ембріонального розвитку багатоклітинних організмів ".

Звернемо увагу на останню фразу. На перший погляд - погляд непосвяченого людини - Вона звучить досить загадково: що це за "гени, що керують головними етапами ембріонального розвитку ", і який стосунок вони мають до кембрійського вибуху? Були, однак, люди, які почули в цій фразі довгоочікуване визнання тих радикальних біологічних ідей, які вони висували протягом останніх двох років, сподіваючись привернути до них увагу наукового світу. І не просто визнання, але й цілком прозорий натяк на можливість поєднання цих ідей з настільки ж радикальними геологічними ідеями "планетарного кульбіту" в рамках нової фізико-біологічної теорії кембрійського вибуху.

Розповідь про ці біологічних поясненнях кембрійської загадки ми й присвятимо заключну частину нашого нарису.

Першої з "чисто біологічних" гіпотез, висунутих для пояснення кембрійського вибуху, була "гіпотеза женцем", сформульована в 1973 році американцем Стівеном Стенлі. Стенлі виходив з добре відомого в екології "принципу проріджування". Було відмічено, що впровадження в штучний ставок хижої рибки веде до швидкого збільшення різноманітності зоопланктону в цьому ставку. І навпаки, достатньо видалити зі скупчення різноманітних водоростей що харчуються ними морських їжаків, як це розмаїття починає зменшуватися. Іншими словами, "проріджування" екологічної ніші "женців-хижаком", що живиться її мешканцями, необхідно для підтримки або розширення її біологічного різноманіття.

На перший погляд, це суперечить здоровому глузду. Видається, що такий "жнець", винищуючи населення ніші, буде зменшувати число населяють її видів, а деякі, самі нечисленні, і взагалі зведе нанівець. Але, як бачимо, дійсність спростовує це інтуїтивне міркування. І ось чому. Під всякої ніші, населеної так званими первинними виробниками (тобто організмами, які отримують свою їжу прямо - з фотосинтезу, а не за допомогою поїдання інших), один або декілька видів неминуче стають "монополістами" - вони захоплюють все життєвий простір і поживні речовини ніші і не дають розвиватися іншим видам. З'явився в цих умовах "жнець" буде швидше за все харчуватися цими панівними видами (хоча б тому, що вони здатні забезпечити його найбільшою кількістю їжі) і, отже, буде в першу чергу зменшувати саме їх біомасу. Але завдяки цьому він розчистить частина життєвого простору і тим самим звільнить місце для нових видів. А це призведе до збільшення біологічного різноманіття всієї ніші. Той же принцип, як видно з наведених вище прикладів, діє і в інших екологічних системах. Стенлі ж застосував "принцип проріджування" для пояснення загадки кембрійського вибуху.

Легко бачити, що цей вибух цілком вкладається в цю схему. У предкембрійскую епоху земні океани майже монопольно заселяли одноклітинні бактерії і водорості декількох небагатьох видів. Цілі мілліардолетія їх ніхто не "проріджували", і тому вони не мали можливості швидко еволюціонувати. Якщо б у такому середовищі раптово з'явився який-небудь одноклітинний рослиноїдний "хижак", він обов'язково повинен був би - За "принципом проріджування" - викликати швидку появу нових видів. Це, у свою чергу, повинно було привести до появи нових, більш спеціалізованих "женців", розчищають місце для?? ледующіх нових видів, так що різноманітність біологічних форм почало б наростати як сніжний ком - а це і є ситуація кембрійського вибуху.

Таким чином, за Стенлі, "тригером" кембрійського вибуху було випадкове поява якогось "хижака" в середовищі найпростіших одноклітинних організмів предкембрійской епохи. А той факт, що цей вибух мав характер різкого стрибка, не являє собою ніякої особливої загадки. Точно такий же характер має розвиток багатьох біологічних систем в умовах наявності досить вільного життєвого простору і досить великої кількості їжі. Якщо, наприклад, висадити невелику колонію бактерій на живильне середовище в лабораторної чашці Петрі, вона буде розмножуватися за тим же законом "сніжної лавини", і це стрибкоподібне розмноження припиниться лише з заповненням усього доступного простору і вичерпанням поживних речовин. Кембрійські океани і були такий природної "чашкою Петрі" для нових біологічних видів. Коли ж вони заповнили собою ці океани, умови для стрибка зникли і більше ніколи вже не повторювалися, чим і пояснюється, по Стенлі, унікальність кембрійського вибуху.

Цілком інше біологічне пояснення кембрійського вибуху запропонували в 1994 - 1997 роках американські біологи Валентин, Ервін і Яблонський. На їхню думку, цей вибух стався внаслідок того, що у деяких примітивних предкембрійскіх організмів у результаті випадкових генетичних змін з'явилася здатність різко розширити спектр можливих тілесних структур. Дійсно, однією з найважливіших особливостей кембрійського еволюційного скачка.било саме таке ось раптова поява безлічі біологічних форм із зовсім новими тілесними ознаками. Деякі з цих нових організмів набули чітко виражені голови і хвости, в інших чітко виділилися сегменти і черевце, у третьому виникли кінцівки, ще якісь одяглися в панцирі, деякі обзавелися вусиками-антенами або зябрами - і так далі. В цілому дослідники налічують цілих 37 нових тілесних планів, що виникли - і до того ж майже одночасно - в ту епоху бурхливої еволюційної активності. І всі основні принципи тілесної архітектури сучасних організмів зародилися саме тоді.

При чому тут, проте, гени? На думку про зв'язок цього "архітектурного стрибка" з генами авторів нової гіпотези наштовхнули останні досягнення так званої біології розвитку. Вже раніше було відомо, що під час зародкового розвитку будь-якого багатоклітинного організму його клітини проходять спеціалізацію - з одних виходять, наприклад, ноги, з інших, скажімо, м'язи, зябра чи в очі. Було відомо також, що команди на спеціалізацію клітин дають ті чи інші гени. Але в останні роки було встановлено: для того, щоб розвиток йшов по певним планом - наприклад, око не виріс там, де повинна бути нога, -- необхідно, щоб ці гени "включалися" до певної послідовності, один за одним, в потрібний час, і керують такими планомірним включенням особливі, так звані регул