Дно, которое стало вершиной
Когда современный турист, обвешанный фототехникой, стоит на краю Большого каньона, он видит величие. Почти два миллиарда лет истории, записанной в камне, реку Колорадо, которая, как упорный червь, веками точила эту неподатливую породу. Он видит пустыню, выжженное солнцем плато, памятник геологической вечности. Но если бы у него была машина времени и он отмотал бы плёнку на 530 миллионов лет назад, он бы увидел нечто совершенно иное. Он бы оказался на дне тёплого, мелкого моря, и вместо калифорнийского кондора над его головой проплывали бы причудливые создания, чей облик бросал вызов воображению. Место, которое сегодня является одним из самых засушливых в Северной Америке, когда-то было колыбелью, где жизнь устроила свою самую безумную и яростную вечеринку — Кембрийский взрыв.
То, что мы называем Большим каньоном, в кембрийский период было не каньоном, а частью континентального шельфа древнего суперконтинента Лаврентия. Этот кусок суши, который позже станет Северной Америкой, тогда располагался гораздо ближе к экватору. Представьте себе не Аризону, а скорее Багамы или побережье Австралии. Тёплые, залитые солнцем воды покрывали обширные территории. Глубина здесь была идеальной. Не слишком мелко, чтобы палящее ультрафиолетовое излучение и яростные штормы создавали невыносимые условия. И не слишком глубоко, чтобы солнечный свет не мог пробиться до дна, лишая его энергии для фотосинтеза. Это была, как говорят учёные, «зона Златовласки» — не горячо и не холодно, а в самый раз.
Именно в этих «райских» условиях и развернулась главная драма эволюции. До этого момента жизнь на Земле была довольно скучным зрелищем. На протяжении трёх миллиардов лет планетой правили одноклеточные организмы: бактерии, археи. Потом, нехотя, появились первые многоклеточные, похожие на странные стёганые одеяла или коврики, — так называемая эдиакарская биота. Они были пассивными, мягкотелыми, без скелетов, без челюстей, без мозгов. Они просто лежали на дне и фильтровали воду или впитывали питательные вещества. А потом, по геологическим меркам почти мгновенно, всё изменилось. За какие-то 20-40 миллионов лет на сцене появилось ошеломляющее разнообразие новых форм жизни. Возникли предки практически всех современных типов животных: членистоногие, моллюски, хордовые. Жизнь вдруг научилась строить скелеты, отращивать конечности, рыть норы, плавать и, что самое главное, активно взаимодействовать.
Слои породы в Большом каньоне, особенно формация под названием Брайт-Энджел-Шейл, стали для палеонтологов окном в этот затерянный мир. Долгое время считалось, что эти слои бедны на окаменелости, особенно на мягкотелые, которые сохраняются крайне редко. Но недавние исследования, в частности работа группы под руководством Джованни Муссини из Кембриджского университета, показали, что это не так. Используя новые методы, учёные смогли разглядеть в этих породах отпечатки существ, которые кишели в древнем море. И эти находки не просто дополнили картину Кембрийского взрыва. Они показали, насколько ожесточённой и высокотехнологичной была гонка вооружений, развернувшаяся на дне будущего Гранд-Каньона.
Рецепт эволюционного супа
Чтобы устроить «взрыв», нужен правильный рецепт. И природа в кембрийский период смешала все необходимые ингредиенты в идеальных пропорциях. Одним из ключевых факторов, как уже говорилось, была география. Мелководный, залитый солнцем континентальный шельф, которым тогда являлась территория Гранд-Каньона, был гигантским инкубатором. Солнечный свет, проникавший сквозь толщу воды, давал энергию для фотосинтеза. Это привело к бурному росту цианобактерий и водорослей — основы пищевой цепи. Они, в свою очередь, насыщали воду кислородом. А кислород — это топливо для активной жизни. Он позволяет организмам становиться больше, быстрее и сложнее. Как объясняет Джованни Муссини, «в средах, где у вас есть изобилие пищи, питательных веществ и кислорода, животные действительно могут позволить себе делать большие физиологические инвестиции».
Ещё одним важным ингредиентом стало изменение химического состава океана. В кембрии в воде увеличилось содержание кальция и фосфатов. Это строительные материалы. Именно из них жизнь научилась создавать первые твёрдые части тела: раковины, панцири, зубы. Появление скелета — как внешнего, так и внутреннего — стало революцией. Во-первых, он давал защиту. В мире, где появились первые активные охотники, твёрдый панцирь был лучшей страховкой. Во-вторых, скелет стал каркасом, к которому можно было крепить мышцы. Это позволило животным двигаться целенаправленно и эффективно, а не просто пассивно дрейфовать. Появились те, кто плавает, ползает и роет. Мир обрёл третье измерение — глубину.
Но, возможно, главным катализатором «взрыва» стало появление нового типа взаимоотношений. Как только в этом мирном «супе» из водорослей и фильтраторов появился кто-то, кто нашёл более прямой путь к получению энергии от соседа, правила игры изменились навсегда. Началась гонка вооружений. В ответ на появление активных охотников их потенциальные соседи по экосистеме были вынуждены изобретать средства защиты: отращивать панцири, шипы, учиться зарываться в грунт или быстро убегать. Охотники, в свою очередь, должны были совершенствовать свои стратегии: развивать челюсти, когти, улучшать зрение, чтобы выслеживать добычу. Этот цикл «нападение-защита» стал вечным двигателем эволюции, подталкивая обе стороны к всё большей сложности.
Среда, подобная той, что была в районе Гранд-Каньона, была идеальной ареной для этой гонки. «Похоже, что такого рода высокопродуктивные, очень пригодные для жизни шельфовые среды, вероятно, подпитывали эволюционные гонки вооружений», — говорит Муссини. Здесь было достаточно ресурсов, чтобы «инвестировать» в дорогостоящие приспособления. В бедной среде организмам не до изысков — все силы уходят на то, чтобы просто выжить. А здесь, в этом кембрийском раю, можно было позволить себе экспериментировать, создавая всё более изощрённые и энергозатратные конструкции. Именно поэтому окаменелости, найденные в формации Брайт-Энджел, демонстрируют такую поразительную сложность. Это не первые робкие шаги жизни, а следы уже в разгаре идущей битвы титанов, пусть и размером в несколько сантиметров.
Зубы, шипы и конвейерные ленты
Настоящим сокровищем формации Брайт-Энджел стали первые для Гранд-Каньона окаменелости мягкотелых организмов. Обычно от таких существ не остаётся и следа. Но здесь, благодаря уникальным условиям захоронения в мелкозернистом иле, сохранились не только раковины, но и отпечатки мышц, кишечников и даже нервной ткани. Эти находки, датируемые возрастом от 507 до 502 миллионов лет, позволили заглянуть в анатомию кембрийских обитателей с невероятной детализацией. И то, что увидели учёные, поразило их. Это были не примитивные создания, а настоящие машины для выживания, оснащённые по последнему слову тогдашней эволюционной техники.
Одной из самых ярких находок стали останки червей-приапулид. Их современные потомки получили довольно прямолинейное прозвище «пенис-черви». Но их кембрийские предки были весьма эффективно устроенными охотниками. У них был выдвижной хобот, оснащённый острыми зубцами. Этим аппаратом они, скорее всего, исследовали илистый грунт, находя и захватывая мелкие организмы. Это была одна из первых в истории планеты «технологий» активного поиска пропитания.
Не менее впечатляющими оказались и другие обитатели древнего моря. Учёные обнаружили останки предков современных ракообразных. У этих крошечных существ, размером всего в несколько миллиметров, уже были сложные ротовые аппараты. Их челюсти, или моляры, были предназначены для перемалывания планктона, который они захватывали с помощью щетинкоподобных придатков. Другие находки принадлежали моллюскам, похожим на слизней. У них во рту был радула — орган, похожий на тёрку или, как описывает его Муссини, на «конвейерную ленту» из хитиновых зубчиков. С помощью этой радулы они соскребали с камней водоросли и бактериальные плёнки.
Всё это разнообразие пищевых стратегий говорит о многом. «Здесь прослеживается тема передовых технологий для своего времени, — говорит Муссини. — Это та среда, где мы действительно видим существенную эскалацию сложности адаптаций, особенно в стратегиях питания, которые мы наблюдаем после Кембрийского взрыва». Мир перестал быть однородным. Появились разные экологические ниши, и организмы начали специализироваться, чтобы занять их. Появились фильтраторы, хищники, падальщики, травоядные. Экосистема становилась всё более сложной и структурированной.
Находки в Гранд-Каньоне показали, что уже 500 миллионов лет назад многие группы животных обладали анатомическими чертами, которые сохранились у их потомков до наших дней. Эволюция нашла настолько удачные конструктивные решения, что они практически не изменились за полмиллиарда лет. Конвейерная лента радулы у моллюсков, фильтрующий аппарат у ракообразных, хищный хобот у приапулид — все эти изобретения кембрийской «гонки вооружений» оказались невероятно успешными.
Эти окаменелости — не просто отпечатки древних животных. Это чертежи первых сложных машин, созданных природой. Они рассказывают историю о том, как в тёплых водах древнего моря жизнь лихорадочно изобретала новые способы двигаться, защищаться и, самое главное, добывать энергию. И эта история, записанная в камнях Аризоны, оказалась куда более драматичной и высокотехнологичной, чем кто-либо мог себе представить.
Конкуренция: двигатель прогресса
Ключевая идея, которую иллюстрируют находки в Гранд-Каньоне, — это концепция «эволюционной гонки вооружений». Этот термин, заимствованный из лексикона холодной войны, как нельзя лучше описывает то, что происходило в кембрийских морях. Как только появляется эффективный охотник, он создаёт мощное эволюционное давление на всех остальных. У его соседей по экосистеме есть только два пути: либо быстро выработать контрмеры, либо уступить свою нишу. Это запускает цепную реакцию.
Представьте себе мир, где все ходят без доспехов. Вдруг один из игроков изобретает копьё. Теперь все остальные вынуждены либо изобрести щит, либо научиться бегать быстрее, либо обзавестись собственным копьём, ещё более острым. Тот, кто не успел, выбывает из игры. В кембрийском море роль «копья» сыграли первые челюсти и хищные хоботы. А ролью «щита» стали твёрдые панцири и раковины. Например, знаменитые трилобиты, одни из самых успешных животных той эпохи, были покрыты прочным хитиновым панцирем, который надёжно защищал их. Многие из них к тому же умели сворачиваться в шар, как современные броненосцы, подставляя врагу свою самую защищённую часть.
Но гонка не ограничивалась простым противостоянием «брони и снаряда». Она шла по всем фронтам. Появились первые глаза. Способность видеть мир, а не просто ощущать его химически или на ощупь, стала колоссальным преимуществом. Охотник мог выслеживать жертву издалека. А жертва, в свою очередь, получала шанс заметить опасность и вовремя скрыться. Это подстегнуло развитие нервной системы и мозга, ведь всю эту визуальную информацию нужно было как-то обрабатывать.
Конкуренция шла не только между охотником и добычей, но и между представителями одного вида или близких видов, занимающих одну и ту же нишу. Если твой сосед научился более эффективно соскребать водоросли с камней, он оставит тебя без еды. Значит, и тебе нужно срочно модернизировать свой ротовой аппарат. Как говорит Муссини, «о чём вам действительно нужно беспокоиться, если вы организм в этих экосистемах, так это о конкуренции со стороны других живых существ. Это означает, что выигрышная стратегия — много вкладывать в сложные, высококонкурентные, мощные адаптации, наиболее заметные на уровне переработки пищи, которые дают вам преимущество».
Идеальные условия на шельфе Лаврентии, где было много еды и энергии, позволяли организмам делать эти «инвестиции». Они могли позволить себе роскошь отрастить сложные челюсти или построить толстый панцирь, потому что им не приходилось экономить каждую калорию. Вся избыточная энергия шла на вооружение. Это и привело к взрывному росту разнообразия и сложности. Эволюция работала в режиме форсажа.
Таким образом, Кембрийский взрыв — это не история о мирном расцвете жизни в райских условиях. Это история об эпохе всеобщей конкуренции. Именно это вечное противостояние стратегий нападения и защиты стало главным двигателем прогресса. Парадоксально, но именно появление активного взаимодействия между видами сделало мир таким сложным и разнообразным. Без этого безжалостного отбора жизнь на Земле, возможно, так и осталась бы на уровне примитивных слизистых ковриков, мирно лежащих на дне океана. Но кто-то первый нашёл новый способ получения ресурсов, и мир уже никогда не был прежним.
Окна в затерянный мир
Гранд-Каньон — не единственное место на планете, где сохранились свидетельства кембрийской драмы. Палеонтологи называют такие уникальные местонахождения «лагомштеттами» — это немецкое слово означает «место хранения». Это своего рода палеонтологические сокровищницы, где благодаря особым условиям сохранились не только твёрдые части организмов, но и отпечатки их мягких тканей. Каждое такое «окно» в прошлое даёт нам бесценный, хотя и фрагментарный, взгляд на затерянный мир кембрия.
Самым знаменитым из таких мест, пожалуй, являются сланцы Бёрджес в Британской Колумбии, Канада. Открытые ещё в 1909 году, они подарили миру целую плеяду фантастических существ, которые перевернули все представления об эволюции. Именно там были найдены аномалокарис — гигантский полуметровый хищник с двумя хватательными придатками и круглым ртом, полным зубов; галлюцигения — червь с шипами на спине и ножками-ходулями; опабиния с пятью глазами и длинным хоботом-клешнёй. Долгое время считалось, что фауна Бёрджес уникальна, что это был какой-то локальный, неудачный эволюционный эксперимент.
Однако находки в других частях света, в том числе в Китае (знаменитое местонахождение Чэнцзян) и в Гренландии (сланцы Сириус-Пассет), а теперь и в Гранд-Каньоне, показали, что это не так. Многие из «странных» существ Бёрджес или их близкие родственники оказались широко распространены по всему миру. Это означает, что кембрийские моря повсюду кишели этим причудливым бестиарием. Просто нам не везде повезло найти его следы.
Находки в формации Брайт-Энджел особенно важны, потому что они дают представление о жизни именно на мелководном шельфе. Многие другие знаменитые лагомштетты, такие как Бёрджес, сформировались в более глубоких водах, у подножия подводных рифов. «Гранд-Каньон — это первый действительно хороший снимок, который у нас есть, этих более обширных мелководных морских сред», — подчёркивает Муссини. А именно такие среды, как считается, и были главными «фабриками» эволюции.
Сравнивая фауну из разных «окон», учёные могут восстановить общую картину. Они видят, как одни и те же группы животных адаптировались к разным условиям, как они мигрировали по древним океанам. Они понимают, что Кембрийский взрыв не был единичным событием в одном месте, а глобальным процессом, охватившим всю планету. От Сибири до Калифорнии, от Китая до Аризоны жизнь вела свои рискованные эксперименты, порождая всё новые и новые формы.
Каждая новая окаменелость, найденная в слоях Большого каньона, — это ещё один кусочек гигантского пазла. Она помогает нам понять, как из простых одноклеточных организмов возникло то невероятное древо жизни, на одной из веточек которого сидим и мы с вами. История, записанная в этих камнях, — это наша собственная история. История о том, как полмиллиарда лет назад на дне тёплого моря наши самые далёкие, червеобразные и членистоногие предки ввязались в безжалостную гонку вооружений. И, как ни странно, именно этой гонке мы обязаны своим существованием.