9 Последний «большой взрыв» О национализме и о возникновении одноязычия кратко повествуется в книге Тимоти Бейкрофта «Национализм в Европе» (Timothy Baycroft. Nationalism in Europe, 1789–1945. - Cambridge University Press, 1998). Исчезновение мировых языков обсуждается в книге Дэвида Неттла и Сюзанн Ромейн

5.2. Биологический взрыв и нехватка вещества Одной из важных черт жизни является способность к рождению себе подобных, которые также могут размножаться, давая новые единицы, способные к размножению, и т. д. Это и есть известное явление автокатализа в физике, химии, при

Происхождение членистоногих - «артроподизация» (вендский и кембрийский периоды) В «домолекулярную эру» в распоряжении ученых было три научных дисциплины, при помощи которых можно было реконструировать эволюционную историю организмов: 1. сравнительная анатомия, 2.

Когнитивный взрыв Гипотеза макиавеллиевского интеллекта появилась в конце 1980-х и с тех пор неуклонно укрепляет свои позиции. В 2006 году Сергей Гаврилец и Аарон Воуз из Университета штата Теннесси в Ноксвилле разработали математическую модель, наглядно демонстрирующую

10. Культурный взрыв После того как увеличение размеров мозга открыло Homo sapiens возможности завоевания мира, человеческая волна выплеснулась из Африки и поколение за поколением покатилась по Старому Свету, сметая все на своем пути. Культура, поначалу незаметная, то тут, то

Для удобства изучения, история нашей планеты и жизни на ней была разделена на промежутки времени, границами которых являются геологические изменения в земной коре – процессы горообразования, поднятие и опускание суши, изменения очертаний материков, глобальные изменения климата.

Самые продолжительные хронологические периоды истории Земли называются эрами (они длились сотни миллионов лет). Эры в свою очередь подразделяются на периоды.

Всю информацию о прошлом Земли ученые получают, исследуя геологические свидетельства мировой летописи. Недра планеты состоят из различных пластов скальных и осадочных пород, которые формировались под непрерывным воздействием внешних условий, определявших облик Земли в далеком прошлом. Геологические образования сохранили и пронесли через миллионы лет информацию о живых организмах, которые населяли океаны и сушу в разные геологические периоды. Благодаря этому, мы сегодня имеем возможность представить облик Земли далекого прошлого и проследить эволюцию жизни за 3,5 миллиарда лет от момента ее появления.

Исследуя древние породы и окаменелости, ученые обнаружили два необъяснимых феномена в геологическом и биологическом прошлом Земли. Первый феномен носит название Всемирное несогласие, и представляет собой соприкосновение горных пород из разных геологических периодов, не следующих один за другим. Такое соприкосновение нарушает логическую последовательность расположения пластов, согласно хронологической периодике различных исторических ступеней в геологии. Следует заметить, что нелогичный контакт горных пород встречается повсеместно. Это объясняется перемешиванием структур земной коры в результате тектонической активности и процессами эрозии. Однако Всемирное несогласие этим объяснить нельзя, так как оно носит повсеместный характер и отражает несогласованный контакт горных пород, возрастом приблизительно 2,9 миллиарда лет, и молодых кембрийских отложений, которые сформировались примерно 500 миллионов лет назад.

Второй феномен, касающийся биологического прошлого Земли, назван «Кембрийский взрыв». Ученые-палеонтологи окрестили таким термином внезапный быстрый рост видового разнообразия живых организмов в Кембрийском периоде (самом начале Палеозойской эры). Это произошло за хронологический период в 30 миллионов лет (примерно 542–510 миллионов лет назад). За столь незначительный по палеонтологическим меркам промежуток времени, число биологических видов выросло в сотни раз. Внезапно появилось великое множество разновидностей раковинных организмов, возникли первые хордовые и проторакообразные (так называемые трилобиты).

Самое известное и изученное доказательство существования этих двух научных феноменов находится на территории США. Это Большой каньон, пролегающий на плато Колорадо, штат Аризона. Излюбленное место туристов со всего мира. Именно там, палеонтологи нашли самое большое число окаменелых форм жизни, так сильно непохожих на мягкотелые организмы, обитавшие в предшествовавшем Кембрийскому Эдиакарском периоде.

Долгое время ученые со всего света искали разгадку феноменов Кембрийского периода. Недавно в научных кругах возникла теория, которая объяснила природу возникновения Всемирного несогласия и «Кембрийского взрыва» и установила взаимосвязь между этими двумя уникальными фактами планетарной истории.

Примерно 600 миллионов лет назад в недрах Земли начали происходить большие перемены, вызвавшие колоссальные сдвиги на поверхности планеты. Произошло движение литосферных плит, которое разорвало некогда единый континент — Гондвана, множество вулканов одновременно извергали волны лавы. Повсеместные землетрясения порождали громадные цунами. Поверхность суши несколько раз подвергалась затапливанию водами мирового океана, что и явилось основной причиной формирования Всемирного несогласия.

Более молодые и расположенные поверхностно осадочные пласты подвергаются разрушению водой и сопутствующими факторами в несколько раз медленнее, чем более древние и глубокие скальные породы. Именно в периоды затопления материков произошло размывание и деградация осадочных пород, оголение древних скальных пород, которые подверглись быстрой эрозии. Продукты разрушения скальных пород миллиардами тон растворились в водах доисторических океанов. Внезапно возросла концентрация ионов калия, кальция, магния, железа, фосфатов, сульфатов. Кислотно-щелочное равновесие воды мирового океана резко сдвинулось в щелочную сторону.

Главный принцип жизни гласит – чтобы существовать, живой организм должен постоянно поддерживать постоянство внутренней среды. Примитивным мягкотелым потомкам современных организмов пришлось быстро эволюционировать, чтобы противостоять резкому изменению условий обитания. Мгновенный рывок в эволюции древней жизни был вынужденным ответом на внезапное повышение концентрации различных солей в морской воде. Результатом этого эволюционного скачка явились механизмы минерализации, которые направили эволюцию древних животных иным путем.

Эта теория подтверждается одновременным появлением минерального скелета у неродственных организмов во время Кембрийского периода. Основные три разновидности минеральных солей определили направление дальнейшей эволюции жизни – это фосфат кальция, минеральная основа скелета хордовых, карбонат кальция и оксид кремния, являющиеся материалом раковин первых раковинных созданий. Кальций, кремний и фосфаты являются основными составными частями Кембрийских пластов, сформировавших участки Всемирного несогласия.

Вновь появившиеся молодые формы жизни имели преимущество над примитивными мягкотелыми, лишенными твердых органов. Новые организмы имели зубы для нападения и обороны, раковины для защиты, хорды и твердые скелеты, позволившие им передвигаться в воде целенаправленно и с более высокой скоростью. Внезапно приобретенные механизмы минерализации позволили молодым созданиям размножиться в небывалых количествах и вытеснить старые формы жизни. Масса самых первых созданий с минеральными органами явилась основой для формирования геологических пластов Кембрийского периода, которые легли на древние пласты скальных пород.

Формы жизни с минеральными скелетами начали формироваться еще в докембрии, но именно геологические аномалии, сформировавшие Всемирное несогласие многократно ускорили этот процесс и придали ему взрывной характер. Спусковым крючком процессов, создавших облик основной массы современных видов животных, явилась быстрая минерализация воды мирового океана. Геологические процессы определили биологическую эволюцию на миллионы лет вперед.

Добровольный читательский взнос на поддержание проекта

Статистический анализ посещаемости нашего сайта убедительно свидетельствует о том что наибольшим успехом пользуются научно-популярные статьи, причём материалы подобного рода просматриваются стабильно в течение длительного срока. Вот я и решил вновь поработать в этом русле, освещая тему, волнующую меня давно.

Вопрос о том как мог выглядеть мир в начале своего пути, будоражил людские умы с незапамятных времён. Долгое время загадки минувших эпох оставались тайнами за семью печатями, и за отсутствием научного знания человечество творило мифы, напоминая окружённого сказочными фантазиями ребёнка в колыбели. С развитием научного мировоззрения загадки никуда не исчезли, они лишь обрели конкретную форму. Одной из таких загадок является кембрийский взрыв.

Известно, что возраст геологических пород можно определить стратиграфически: более молодые слои, как правило, лежат выше древних. По окаменелым останкам вымерших организмов, насыщающих породы, возможно воссоздать картину постепенной эволюции жизни на Земле. Однако постепенность эта внезапно обрывается на глубинах, соответствующих слоям кембрийского периода «541,0 ± 1,0 млн. лет назад – 485,4 ± 1,9 млн. лет назад). Здесь обнаруживаются практически все современные типы многоклеточных животных, а дальше – как будто пустота, таинственный докембрий, словно произошёл акт сотворения… Этот феномен получил в науке название кембрийского взрыва.

Впрочем, в действительности отпечатки более древних животных учёными обнаруживались, однако длительное время их относили к кембрийским слоям и отождествляли с таксономическими группами организмов, сохранившихся до наших дней. Сталкивались с подобными артефактами и немецкие геологи в Намибии Южной Африки в 1908 г., и Р. Сприг в Эдиакаре Южной Австралии, в начале 30-х гг. XX в., выпустивший в 1947 г. работу «Раннекембрийские медузы хребта Флиндерс Южной Австралии». Избежать соблазна объяснить неизвестное давно привычным – для этого исследователю требуется определённое мужество. Лишь в 1952 г. академик АН СССР Б.С. Соколов установил существование венда – периода, предшествовавшего кембрию. «…впервые заняла свое истинное геохронологическое положение и так называемая эдиакарская фауна бесскелетных Metazoa, первоначально считавшаяся кембрийской… Вендский период (венд) назван по имени древнейшего славянского племени вендов (или венедов), обитавших к югу от Балтийского моря».

В связи с этим не могу удержаться, не поведать о курьёзном случае, когда в возрасте 5-ти лет выиграл в споре кандидата геологических наук по этому вопросу. Собрались у нас в очередной раз дома гости, по какому-то семейному торжеству. Завершалась совсем иная эпоха в жизни страны, и кажется теперь сном благополучный советский Баку со столами, полными фруктами и осетровой икры, с регулярными визитами друг к другу дружной оравы родственников. С двоюродным братом под руководством старшей двоюродной сестры мы играли в тот вечер в космонавтов, путешествуя с завязанными глазами по подоконникам и шкафам, представляя их другими планетами. И была у меня в детстве книжка по палеонтологии «Живое прошлое Земли», с геохронологической таблицей, в которую был включён вендский период… Дядя, тогда – кандидат геологических наук, спросил меня: какой период – самый первый, и я ответил что венд. А дядя отвечает: нет, кембрий. Я с ним не согласился. Через некоторое время, порывшись в какой-то литературе, дядя признал что появились новые научные данные, вызвав немалое веселье моих родителей.

Но вернёмся к кембрийскому взрыву. С т.зр. стратиграфической ответить о причинах наблюдаемого взрывного увеличения количества находок с переходом от докембрийских толщ к кембрийским – не так уж сложно. В кембрие появляются скелетные организмы: раковины, панцири, шипы – всё это прекрасно сохраняется в окаменелом виде. Докембрийские формы – мягкотелые и бесскелетные, требуется особое стечение обстоятельств, чтобы их отпечатки оставили память в летописи нашей планеты, и именно поэтому длительное время о них было ничего неизвестно. Поэтому теперь история органического мира Земли разделяется на 2 больших эона: фанерозой – эра явной жизни и криптозой – эра скрытой жизни. Но что явилось действительной причиной т.н. «скелетной революции?»

На этот счёт имеются очень разнообразные версии, интересующиеся всегда могут ознакомиться с ними в сети Интернет. Долгое время в отечественной литературе доминировала гипотеза о том, что увеличение по геологическим причинам концентрации в морской воде ионов Са2+, необходимых для построения защитных систем, таких как раковины, панцири, и т.д. – причина. Однако ещё в далеком уже теперь 2007 г. мне приходила на ум в форме интуитивных визуальных образов иная версия, представляющаяся более простой и логичной (следуя принципу бритвы Оккама о том, что кратчайший путь к истине – по прямой). Со временем стало ясно, что многие учёные, занимающиеся проблемой, последовали тем же путём, и ныне эта гипотеза упоминается даже в отечественных школьных учебниках биологии.

«…уже изучены тысячи экземпляров представителей вендской биоты, и ни на одном из них не обнаружены повреждения или следы укусов. Это означает, что в вендской экосистеме практически отсутствовали биотурбаторы, макроскопические трупоеды и хищники, измельчавшие пищу. Отмершая органика подвергалась только микробному разложению» . Кстати, в 2007 г. даже эти факты известны мне не были.

Итак, отношения хищник-жертва среди многоклеточных появляются лишь в кембрие (хотя имеются данные, и это закономерно, что зарождались они в эдиакаре (альтернативное название вендского периода). «С увеличением количества кислорода (в результате миллионов лет фотосинтетической активности водорослей – прим. авт.), одни животные начали потреблять других, провоцируя кембрийский взрыв через эскалацию «гонки вооружений» хищников и жертв» . Здесь имеется в виду что возникновение кислородного дыхания сделало возможным увеличение скорости обмена веществ и энергии, и тут моя научная интуиция нащупывает некоторый причинно-следственный провальчик: возникновение антагонистических экологических отношений хищник-жертва определяется прогрессивным, с т.зр. эффективности использования ресурсов, ароморфозом (ароморфоз – прогрессивный эволюционный скачок) – возникновением кислородного дыхания. Если же вспомнить такое понятие В.И. Вернадского как давление жизни, обусловленное её непрерывным стремлением умножать биомассу в процессе размножения с одной стороны и ограничиваемое имеющимися ресурсами с другой, то логично предположить что отношения хищник-жертва возникли как следствие описанных В.И. Вернадским принципов. Короче говоря, однажды их стало слишком много, а их оружие и то, чем они защищались друг от друга, хорошо превращается в камень…

Существует гипотеза, согласно которой вендские животные могли питаться за счёт обитающих в их теле микроскопических водорослей-симбионтов, которые в свою очередь потребляли солнечную энергию в процессе фотосинтеза, ведь многие представители эдиакарской биоты, похоже, являлись обитателями заливаемых солнечными лучами мелководий. Как дополнительный, такой тип питания встречается и у современных животных. В вендский период этот способ питания мог являться и основным. Мир вендобионтов, где никто никого не ел, Мак-Менамин назвал «садом Эдиакары», с явной аллюзией на сад Эдема. Подобная аллюзия возникала и у меня.

Каким же был мир венда? Сутки были на 3 часа короче, а год насчитывал 420 дней. Другие материки, другие океаны… Докембрийский мир красочно описывают Я.Е. Малаховская и А.Ю. Иванцов… «Дно обширных мелководных морей и низменные участки суши покрывали ковры бактериальных матов, кое-где колыхались леса лентовидных водорослей» . «Это было великое оледенение: по оценкам ученых, тогда в море льды заплывали даже в тропическую зону, а суша была покрыта ледниками едва ли не полностью. После окончания ледниковой эпохи возвращающиеся на мелководья сообщества микроорганизмов и водорослей уже включали многоклеточных животных. Среди этих мягкотелых существ встречались гиганты, достигавшие в длину полутора метров, и совсем малютки, не более 2-3 мм. Одни плавали или парили в толще воды, другие жили на дне: прикреплялись к нему, свободно лежали или ползали» . «Несмотря на столетнюю историю изучения вендских отпечатков, до последнего времени не было удовлетворительного ответа на вопрос, кем были вендские организмы – растениями, животными, грибами или принадлежали иному, не дожившему до наших дней царству. Большинство исследователей считает их многоклеточными животными, возможно, лишь из-за внешнего сходства отпечатков с некоторыми беспозвоночными» .

Чарнии (Сharnia masoni) вели прикреплённый образ жизни.

Трибрахидиум (Tribrachidium heraldicum) неподвижно сидел на дне, только слегка шевелились реснички на внешней поверхности. Реснички улавливали из воды мелкие органические частицы и перегоняли их от периферии в центр ко рту, возможно, даже к трём ртам.

Дикинсонии (Dickinsonia lissa, Dickinsonia cf. tenuis, Dickinsonia costata) ползали. Самая крупная, 1,5 м. длиной, происходит из Эдиакары.

Кимберелла (Kimberella quadrata) чем-то напоминала моллюсков.

Ёргия (Yorgia waggoneri) , брюшная сторона тела которой была покрыта чем-то похожим на мерцательный эпителий, опустившись на дно, выедала под собой участок субстрата (реснички эпителия захватывали и перемещали ко рту органические частицы). Потом она переплывала на другое место… После того как участок морского дна, на котором паслись животные, был засыпан осадком, их следы смогли сохраниться благодаря плотной органической плёнке, на которой они были как бы «выгравированы».

Вентогирус (Ventogyrus chistyakovi) , вероятно, плавал.

Перечислять всех в научно-популярной статье смысла нет…

Будучи подростком, в постсоветском Баку, я видел самый красивый сон в своей жизни. Мои пятки ласкали воды ночного доисторического моря. На дне среди скал – песок и флюоресцирующие сиреневым, зелёным, бирюзовым губки и отдалённо напоминающие коралловые полипы кустики… Груз сотен миллионов лет жестокой эволюции и последовавшей за ней человеческой истории – всё далеко впереди и наверху… Там же, на берегу вендского моря, меня охватили лёгкость и безмятежность.

Потом приплыл кембрийский трилобит. Я дотронулся до его панциря…

Наступал кембрий… Я проснулся.

Литература:

1. Малаховская Я. Е., Иванцов А. Ю. Красочный иллюстрированный атлас древнейших мягкотелых животных вендского периода // Архангельск, изд-во ПИН РАН: 2003. 48 с.
2. Соколов Б. С. Очерки становления венда // М.: КМК Лтд., 1997. 157 с.
3. Mario Aguilera. Dawn of Carnivores Explains Animal Boom in Distant Past // UC San Diego News Center, July 30, 2013.
4. Ястребов С. А. Кембрийский взрыв // Химия и Жизнь, 2016, №10.
5. Mark A. S. McMenamin. The Garden of Ediacara // PALAIOS, Vol. 1, No. 2 (Apr., 1986), pp. 178-182

В формате видео:

Про кембрий:

Все выпуски «Эволюции»: