Текст книги "Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции"

Для каждого слоя – ордовикского, девонского и прочих – характерен свой набор ископаемых. До сих пор мы пользовались ими только для того, чтобы определить, к какому слою относится данная порода – пермского или, скажем, силурийского периода. Теперь мы воспользуемся прослеженным по всему миру порядком отложения геологических слоев, чтобы установить, какие слои образовались раньше, а какие позднее. Используя эти два блока информации, мы можем проследить, двигаясь вверх по слоям, образуют ли найденные в них ископаемые осмысленную с эволюционной точки зрения последовательность. Развиваются ли они в каком-то определенном направлении? Появляются ли некоторые разновидности ископаемых (например, млекопитающие) только после определенного момента (слоя) и никогда – раньше? Ответ на все подобные вопросы – да. Всегда. Никаких исключений. Это одно из главных свидетельств в пользу эволюции, поскольку оно не является необходимым фактом и никак не следует ни из нашего метода идентификации слоев, ни из способа, позволившего нам установить хронологический порядок их формирования.

Остатков животных, хотя бы отдаленно похожих на млекопитающих, никогда не обнаруживали в девонских или более ранних слоях. Млекопитающие не просто статистически реже встречаются в девоне. Они никогда не встречались в слоях старше определенного возраста. Не то чтобы это обязательно было так – могло бы быть иначе: копая все глубже и глубже от девона, раскрывая все более ранние слои (силур и ордовик), мы докопались бы до кембрия и с удивлением обнаружили бы там изобилие млекопитающих. На самом деле ничего подобного мы в кембрийских слоях, конечно, не обнаружим, но этот пример прекрасно иллюстрирует, что наши рассуждения не заводят нас в порочный круг. В тот момент, когда кто-либо извлечет остатки млекопитающего из кембрийской породы, теория эволюции рассыплется в прах. Таким образом, теория эволюции может быть опровергнута и, следовательно, является научной теорией. Я вернусь к этому вопросу в главе 6.

Попытки креационистов объяснить подобную последовательность находок выглядят комично. Нам авторитетно сообщают, что ключом к пониманию последовательности захоронения ископаемых является Всемирный потоп. Привожу цитату с одного заслуженного креационистского сайта:

В геологических слоях наблюдается следующая последовательность ископаемых остатков:

1 Беспозвоночные (малоподвижные морские животные). Во время Всемирного потопа они должны были погибнуть первыми, следом – более подвижные рыбы, которых завалило илом.

2 Амфибии (живут близко к морю) – вымерли, когда вода начала подниматься.

3 Рептилии (медленно движущиеся наземные животные).

4 Млекопитающие – могли убегать от наступающей воды, при этом чем крупнее и быстрее животное, тем дольше оно продержалось.

5 Человек – должен был проявить наибольшую изобретательность, цепляясь за плавающие бревна и тому подобное, чтобы спастись от наводнения.

Эта последовательность полностью объясняет порядок, в котором различные ископаемые обнаруживаются в геологических слоях. Это никоим образом НЕ порядок, в котором животные появлялись в процессе эволюции – это порядок, в котором они были погребены во время Ноева потопа.

Замечательное объяснение! Оставив прочие причины, по которым с ним невозможно согласиться, замечу только, что млекопитающие в таком случае должны быть только статистически, то есть в среднем успешнее убегать от воды, чем, например, рептилии. На самом деле, как и предсказывает теория эволюции, в более древних геологических слоях млекопитающих вообще нет. Теория “бегства в горы” была бы более обоснованной, если бы с глубиной залегания слоев количество остатков млекопитающих убывало статистически, постепенно. Однако выше перми нет трилобитов, а выше мела нет динозавров (кроме птиц). Теория “бегства в горы” в этих случаях предсказывает постепенное убывание.

Но вернемся к датированию и радиоактивным “часам”. Поскольку последовательность расположения слоев осадочных пород хорошо известна и одинакова во всем мире, можно использовать вулканические породы, залегающие непосредственно над или под этими слоями (или внутри них) для датирования осадочных слоев и, соответственно, обнаруженных в них окаменелостей. Усовершенствовав метод, мы сможем датировать ископаемые остатки, находящиеся, скажем, в верхней части карбона или мела, как более ранние, чем окаменелости, лежащие чуть глубже в этих же слоях. Нет необходимости искать прослой вулканической породы в непосредственной близости от ископаемого, возраст которого мы хотим определить. Исходя лишь из того, что окаменелость найдена в определенной части девонского слоя, ее возраст можно определить, скажем, как верхнедевонский. Анализ возраста вулканических пород, обнаруживаемых рядом с девонскими осадочными породами по всему миру, показывает, что девон окончился около 360 миллионов лет назад.

Калий-аргоновые “часы” – только одни из многих радиоактивных “часов”, доступных геологам. Все они работают по одному и тому же принципу, хотя шкала у них разная. Ниже приведена таблица, в которой “часы” ранжированы от медленных к быстрым. Еще раз отметим огромный разброс периодов полураспада – от 49 миллиардов лет до 6 тысяч лет. Быстрые “часы” (например, углерод-14) имеют особый механизм обнуления. Все атомы быстро распадающихся изотопов, которые были на Земле в момент ее возникновения, давным-давно распались. Прежде чем перейти к рассказу о радиоуглеродном датировании, есть смысл остановиться еще на одном доказательстве древности Земли – планеты, возраст которой составляет миллиарды лет.

Радиоактивные “часы”

У всех химических элементов, встречающихся на Земле, есть 150 стабильных изотопов и 158 нестабильных, всего 308. Из 158 нестабильных изотопов 121 полностью исчез или существует, как углерод-14, только из-за постоянного обновления (мы увидим это чуть позднее). Теперь, если мы рассмотрим оставшиеся 37 существующих на Земле нестабильных изотопов, мы обнаружим важную и интересную вещь. Период полураспада каждого из них превышает 700 миллионов лет. У каждого из исчезнувших изотопов время полураспада не превышает 200 миллионов лет. Эти цифры не должны сбивать вас с толку – помните, что мы говорим о периоде полураспада. Рассмотрим судьбу радионуклида с периодом полураспада в 100 миллионов лет. Исходя из того, что мы обсуждали в середине главы, можно заключить: изотопы, период полураспада которых в десять и более раз уступает возрасту Земли, фактически исчезли, их больше нет на планете нигде, за исключением некоторых особых условий. Учитывая исключения, причины которых ясны, на Земле обнаруживаются только изотопы, период полураспада которых позволяет им сохраниться на очень старой планете. Углерод-14 представляет собой одно из вышеупомянутых исключений, потому что его запас на Земле постоянно пополняется. Следовательно, углерод-14 в качестве радиоактивных “часов” надо воспринимать отдельно от прочих. Что это означит – обнулить углеродные часы?

Углерод

Из всех химических элементов углерод представляется неотъемлемой частью всего живого. Без этого элемента очень трудно представить себе жизнь на любой планете. “Виной” этому выдающаяся способность атомов углерода к формированию колец, цепей и других молекулярных структур сложной архитектуры. Углерод попадает в пищевую цепь в ходе фотосинтеза – процесса, при котором растения усваивают молекулы двуокиси углерода (углекислого газа) из воздуха и используют энергию света для включения атомов углерода в состав молекул сахаров. Весь углерод, содержащийся в телах животных (и наших), поступает из растений, а значит, из атмосферного CO₂. Процесс замкнут: когда мы дышим, выделяем вещества во внешнюю среду, когда умираем – углерод возвращается в атмосферу.

Подавляющее количество углерода, содержащегося в углекислом газе атмосферы СО₂, – это стабильный изотоп углерод-12. Примерно в одном случае из триллиона атомов встречается радиоактивный атом углерода-14. Он довольно быстро распадается (период полураспада, напомню, 5730 лет) и превращается в азот-14. Для растения разницы между изотопами углерода нет, поэтому они с удовольствием усваивают с углеродом-12 и углерод-14, встраивая в сахара атомы обоих типов в той же пропорции, в которой углерод присутствует в атмосфере. Попав в растения, углерод (оба его изотопа в том же соотношении, что и в атмосфере) быстро (по сравнению со временем полураспада углерода-14) распространяется по пищевым цепям: растения съедаются травоядными животными, травоядные – хищниками, и так далее. Поэтому все живые существа содержат углерод-12 и углерод-14 приблизительно в одних и тех же долях, соответствующих долям в атмосферном СО₂.

Итак, когда обнуляются “часы”? Когда растение или животное погибает. В этот момент оно отсекается от пищевой цепи и перестает получать углерод-14 из атмосферы. Проходят века, и углерод-14, содержащийся в трупе, деревяшке или куске ткани, постепенно превращается в азот-14. Следовательно, соотношение углерода-12 и углерода-14 в предмете постепенно опускается ниже значения, характерного для живых организмов и атмосферы. В итоге останется только углерод-12 – или, вернее, атомов углерода-14 станет слишком мало для того, чтобы мы могли их обнаружить. Таким образом, соотношение углерода-12 и углерода-14 может быть использовано для установления времени, прошедшего с момента оставления растением или животным пищевой цепи и прекращения углеродного обмена с атмосферой.

Это прекрасно, однако работает только потому, что запас углерода-14 все время возобновляется. Будь иначе, углерод-14 с его коротким периодом полураспада давным-давно исчез бы из атмосферы, так же, как оттуда исчезли другие быстро живущие природные изотопы. Углерод-14 – исключение из правил, поскольку он восстанавливается благодаря космическим лучам, бомбардирующим атомы азота в верхних слоях атмосферы. Азот – самый распространенный в атмосфере газ, массовое число которого – 14 (такое же, как и у углерода-14). Различие состоит в том, что в атоме углерода-14 содержится 6 протонов и 8 нейтронов, тогда как азот-14 имеет 7 протонов и 7 нейтронов (масса нейтронов почти равна массе протонов). Космические частицы способны, ударяя в протон ядра азота, превратить его в нейтрон. Когда это происходит, атом превращается в углерод-14 (углерод в периодической таблице стоит на клетку левее азота). Поскольку частота таких превращений мало изменяется от века к веку, радиоуглеродный метод прекрасно работает. На самом деле эта частота непостоянна, поэтому необходим метод учета и компенсации колебаний. К счастью, мы можем провести точную калибровку колебаний количества углерода-14 в атмосфере, что позволяет учитывать при датировании изменчивость соотношения углерода-12 и углерода-14. (Вы ведь не забыли, что временной промежуток, доступный для датировки при помощи углерода-14, в значительной мере покрывается дендрохронологией, которая позволяет определять возраст с точностью до года?) Таким образом, сопоставляя результаты, полученные двумя методами – радиоуглеродным и по годичным кольцам, – мы оценим ошибки, возникающие из-за непостоянной концентрации в атмосфере углерода-14. Мы можем пользоваться этой калибровкой при определении возраста органических образцов, для которых нет дендрохронологических данных (их абсолютное большинство).

Радиоуглеродный метод датировки изобретен сравнительно недавно – в 1940-х. Первое время он требовал большого объема органического материала. В 1970-х на помощь радиоуглеродному методу пришла масс-спектрометрия, и сейчас для анализа хватает крошечного образца. Это произвело настоящую революцию в археологии. Любопытный пример – Туринская плащаница. Из-за того, что на этом куске ткани таинственным образом появилось изображение распятого бородатого мужчины, множество людей верит, что этот предмет относится к временам Христа. Первые упоминания о плащанице во французских источниках относятся к середине XIV века (где она находилась до тех пор, неизвестно). С 1578 года плащаница хранится в Турине, причем с 1983 года – под надзором Ватикана. Когда с помощью масс-спектрометрии стало возможно определять возраст маленьких частиц, а не огромных кусков, как прежде, Ватикан позволил отрезать от плащаницы небольшую полоску. Образец был разделен на три части и отправлен в три лидирующие в области радиоуглеродного анализа лаборатории: в Оксфорде, американской Аризоне и Цюрихе. Лаборатории, соблюдая условие независимости экспериментов и не обмениваясь данными, одновременно опубликовали приговоры относительно “даты смерти” льна, из волокон которого была соткана ткань. Британские ученые назвали 1200 год, американские – 1304 год, швейцарские – 1274 год. Эти даты, с учетом погрешности, согласуются друг с другом и с датой первого упоминания о плащанице: середина 1350-х годов. Датировка остается спорной, но отнюдь не из-за претензий к точности радиоуглеродного метода. Так, например, на углерод плащаницы мог оказать влияние огонь во время пожара 1532 года. Я не буду вдаваться в подробности, поскольку плащаница представляет собой исторический, а не эволюционный интерес. Скажу только, что эта история прекрасно иллюстрирует работу радиоуглеродного метода, а также показывает, что он, в отличие от дендрохронологии, работает с точностью не до года, а примерно до столетия.

Я подчеркивал, что существует множество часов, которыми может воспользоваться ученый-эволюционист, а также то, что наилучшим образом они работают в разных пересекающихся временных шкалах. Для определения возраста одного и того же образца породы можно пользоваться разными радиоактивными “часами”, потому что все они обнулились одновременно, когда образец затвердел. В таких случаях результаты, полученные при помощи разных часов, совпадают (с учетом обычной погрешности). Это, безусловно, дает нам уверенность в точности этих инструментов.

Проверенные друг на друге и на породах известного возраста, эти методы могут быть использованы и при решении более интересных проблем, например вопроса о возрасте Земли. В настоящий момент ученые, использующие различные радиоактивные “часы”, сходятся в том, что нашей планете около 4,6 миллиарда лет. В сходстве результатов, полученных разными путями, нет ничего удивительного, но, к несчастью, нам приходится снова и снова подчеркивать это: не менее 40 % населения США и чуть меньшая доля населения Великобритании (точные данные вы найдете в приложении) считает, что возраст Земли не превышает десяти тысяч лет. К несчастью, в США и мусульманском мире некоторые из “отрицателей истории” обладают существенным влиянием на учебные программы.

Допустим, “отрицатели истории” скажут, например, что с калий-аргоновым методом датирования что-либо не так. А вдруг известная нам скорость распада калия-40 стала такой только после Всемирного потопа? Что если в допотопные времена период полураспада калия-40 был гораздо короче – не 1,26 миллиарда лет, а, например, несколько столетий? Меня восхищает предлагаемая аргументация: ну почему, скажите, законы физики должны изменяться так внезапно, глобально и таким удобным для креационистов образом? Чем больше подобных допущений, тем удивительнее. На сегодняшний день исследования доступных нам изотопов показывают сходный результат: Земля образовалась 4–5 миллиардов лет назад. Эти результаты основаны на предположении, что период полураспада радиоактивных изотопов за время существования планеты не менялся. Законы физики утверждают, что так это и должно быть. “Отрицателям истории” пришлось бы, чтобы опровергнуть эти факты, доказать, что период полураспада всех элементов разом изменился в разных пропорциях, причем именно так, чтобы сегодня все радиоактивные “часы” показывали, будто Земле миллиарды лет, хотя на самом деле планете всего шесть тысяч лет. Вот уж действительно сложная задача! Я уже не говорю о других методах, дающих близкие результаты, например о датировании по следам осколков распада. Вспомните, что разные “часы” имеют разную шкалу и работают с разной погрешностью. А теперь представьте себе, как нужно подтасовать факты, чтобы все эти “часы” показали возраст Земли равным шести тысячам лет! Если учесть, что единственная цель, которую преследуют занимающиеся этим энтузиасты, – консервация космогонического мифа, бытовавшего у одного из кочевых племен бронзового века, то удивительно, что они кого-то могут обмануть.

Существует еще один тип эволюционных часов – молекулярные. О них мы поговорим в главе 10.

Глава 5
Прямо перед глазами

Выше я сравнил эволюциониста с детективом, который реконструирует картину преступления по сохранившимся уликам. Но, возможно, я поспешил, сказав, что мы не в состоянии проследить за ходом эволюции. Несмотря на то, что подавляющее большинство эволюционных изменений произошло задолго до появления людей, есть примеры перемен настолько быстрых, что мы можем наблюдать их на протяжении человеческой жизни – буквально собственными глазами.

Есть данные, что подобное может происходить даже с такими медленно размножающимися громадами, как слоны. Дарвин считал слонов примером животных с крайне медленной репродукцией и одной из самых медленных на Земле смен поколений. Одна из основных причин смертности у африканских слонов – люди с ружьями, охотящиеся на них ради бивней. Естественно, охотники выбирают особей с самыми большими бивнями. Это означает, по крайней мере в теории, что особи с меньшими бивнями получают селективное преимущество. Как всегда бывает в эволюции, между разнонаправленными давлениями отбора возникает конфликт, и эволюционные изменения, которые в итоге произойдут, станут результатом компромисса. Слоны с крупными бивнями, без сомнения, имеют существенное преимущество в конкуренции с себе подобными, и это будет в какой-то степени уравновешивать те недостатки, которые проявляются при встрече с охотником. Любое увеличение интенсивности легального или браконьерского отстрела приведет к смещению баланса в сторону уменьшения размера бивней. При прочих равных условиях можно ожидать, что в результате охоты возникнет эволюционная тенденция к уменьшению размера слоновьих бивней. И чтобы эта тенденция обнаружила себя, не требуются тысячелетия.

В графике ниже приведены данные Департамента по делам охоты в Уганде, опубликованные в 1962 году: вес бивней слонов, отстреленных по лицензии в 1925–1958 годах, когда Уганда была протекторатом Британской империи. Точками обозначены среднегодовые значения. Линия, проведенная между точками, построена не на глаз, а при помощи статистического метода линейной регрессии. Заметно, что на протяжении тридцати пяти лет средняя масса бивней постоянно снижалась. Более того, тенденция обладает очень большой статистической достоверностью, что скорее всего означает, что перед нами действительно тенденция, а не просто совпадение.

Вес бивней добытых в Уганде слонов

Статистически значимая тенденция к снижению веса слоновьих бивней не обязательно означает, что мы наблюдаем эволюцию в действии. Если бы вы нарисовали график среднего роста двадцатилетних мужчин в XX веке, то обнаружили бы, что во многих странах мужчины стали существенно выше. Однако, как считается, эволюция здесь ни при чем: это скорее результат улучшения питания. Тем не менее, в случае слонов мы имеем веские причины предполагать, что идет активный отбор против особей с крупными бивнями. Более того, хоть график и построен на основании данных о деятельности легальных охотников, наибольшее эволюционное давление, вероятно, оказывают браконьеры. Надо всерьез рассмотреть возможность того, что в данной ситуации мы имеем дело с эволюционной тенденцией, причем быстро наметившейся. При этом нам не следует делать слишком далеко идущие выводы. Вполне возможно, мы наблюдаем сильный естественный отбор, имеющий высокие шансы отразиться на генофонде, но такие генетические эффекты пока не заметны. Может быть также, что различия между особями с большими и маленькими бивнями имеют негенетическую природу. Тем не менее я со всей серьезностью отношусь к возможному эволюционному объяснению наблюдаемых изменений.

Важно то, что мой коллега доктор Иэн Дуглас-Гамильтон, мировой авторитет в области изучения африканских слонов, также воспринимает эту гипотезу весьма серьезно и уверен в необходимости тщательного исследования феномена. Он считает, что тенденция обозначилась задолго до 1925-го и продолжается после 1958 года. Более того, у него есть причины думать, что эта же тенденция в прошлом привела к отсутствию бивней у многих популяций азиатских слонов. Похоже, мы наблюдаем случай быстрой эволюции, случай, исследование которого окупится сторицей.

Перейдем теперь к случаю, который демонстрирует более чем интересные современные результаты эволюции: к ящерицам с островов Адриатического моря.