Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР


Органические молекулы в космосе
 
 

 Самое интересное 
Самые яркие статьи за все годы существования журнала. Пока выложены только статьи 2007-2010 годов, но мы работаем над продолжением этого.
  Проекты  
«Проекты ЗС» - это своего рода исследования, которые предпринимает журнал в отношении комплексов проблем, связанных с развитием науки, культуры и общества. Для рассмотрения этих проблем мы привлекаем специалистов из разных областей науки, философов, журналистов. Каждый проект – это их заочный диалог. Здесь мы выкладываем связанные с этим материалы: статьи, интервью, дискуссии.
Верить ли геологической летописи?

Сергей Мейен

Время от времени слышишь сетования на недостаток свежих революционизирующих идей в биологии и геологии Я не уверен, что эти сетования полностью справедливы Скорее можно пожаловаться на обратное: разнообразнейших гипотез, концепций уже высказано и непрерывно поступает на научный рынок слишком много. Не успели разобраться с одной модной концепцией, как на смену ей спешит другая. Они наслаиваются одна на другую, погребают завалы предшествующего идейного наследия. Лучше всего это видно на эволюционных и геотектонических концепциях.

Недаром классификация эволюционных теорий давно уже стала особой биологической проблемой – этих классификаций набралось достаточно, чтобы ставить вопрос, как классифицировать сами классификации.

Геотектонику из-за столпотворения понятий, порожденного обилием концепций, еще в тридцатых годах сравнивали с сумасшедшим домом. Еще не затихли баталии между сторонниками и противниками концепции перемещающихся материковых плит, как возникли взгляды о расслоенности литосферы, возродился интерес к гипотезам расширяющейся и пульсирующей Земли. Стан мобилистов, двигающих материки, тоже не един, там свои противоречия - по поводу того, когда и куда перемещались основные литосферные блоки. На некоторых реконструкциях материки не только ползают, но и крутятся.

Рассказ о разнобое мнений среди геологов и биологов по поводу прошлого Земли и жизни можно продолжать до бесконечности. Пока будешь систематизировать накопившиеся разночтения истории и рассказывать о них, будут появляться новые, столь же конфликтующие взгляды.

Итак, я убежден недостатка в концепциях у нас нет. Больше заботит другое – как хоть немного сгладить противоречия между естествоиспытателями, разгрести идейные завалы. Думаю, что сейчас геология и биология в своих исторических изысканиях больше вcero нуждаются в хорошо поставленной критике. Конечно, критических высказываний хватает, как и разгромных статей. Не эту внешнею для каждого учения критику я имею в виду, а только критику внутреннюю, развиваемую самими сторонниками учения. Если бы малая доля той критической энергии, которую творцы новых концепций направляют на взгляды противников, была направлена на собственное детище, теоретическая атмосфера и в геологии, и в биологии была бы несравненно чище.

Что касается разнообразных гипотез, относящихся к далекому прошлому, а также к процессам, идущим и сейчас, но очень медленно, и ощущаемым лишь в глубокой исторической перспективе, то они (гипотезы) прежде всего нуждаются в осмыслении своего фактического фундамента. Необходимо переосмыслить все, извлеченное из геологической летописи. К сожалению, свойства геологической летописи в отношении полноты и надежности поставляемых ею сведений остаются крайне плохо изученными.

Любопытно, что отношение к геологической летописи, полноте и представительности ее материалов издавна было двояким. Всегда находились такие ее "читатели", которые принимают все наблюдаемое в земных слоях за ясную, недвусмысленную запись произошедшего, которую надо просто пробежать глазами без дешифровки и существенных поправок. Это как бы автоматическое скорочтение текста, когда каждое слово понимается буквально и в смысле, лежащем на поверхности.

Такое необдуманное, поверхностное чтение геологической летописи сослужило плохую службу и геологии, и биологии. Сторонники учения катастрофизма наблюдали несогласия в напластованиях пород и видели в них прямые свидетельства катастрофических переворотов в истории Земли. Находили морские раковины в слоях, обнажающихся в горах, и радовались, что нашли подтверждение всемирного потопа. Критики учения Дарвина поступали примерно так же. Они обращали внимание на то, что новые группы организмов появляются в геологической летописи внезапно, что промежуточных звеньев между разными группами нет и что вообще организмы появляются в палеозойских породах в уже сформированном виде, тогда как в более древних породах вообще нет органических остатков. Значит, заключали они, постепенной "дарвиновской" эволюции не было. В геологической летописи они усматривали ясные свидетельства актов творения.

Этим крайним взглядам противостояли более обстоятельные, вдумчивые. Один из основателей современной геологии, Ч. Лайель еще в тридцатых годах прошлого века доказывал, то несогласное залегание земных пластов – результат неполноты геологической летописи. "...В твердом остове земного шара, – писал он в "Основных началах геологии", – мы имеем хронологическую цепь естественных событий, и в этой цепи недостает многих звеньев, но внимательное рассмотрение всех явлений приведет к заключению, что ряды эти и первоначально были неполными, что от времени они сделались еще более неполными, что большая часть их все еще недоступна человеку, и даже из этой доли, которая ему доступна, девять десятых до сих пор еще не исследованы". Лайель отметил, что условия для непрерывного накопления осадков наименее благоприятны на континентах. Сохранение органических остатков в земных пластах он правильно считал следствием счастливого стечения обстоятельств.

Чтобы отвести возражения оппонентов, неполнотой геологической летописи пришлось обстоятельно заняться и Ч. Дарвину. Глава десятая "Происхождения видов" так и называется: "Неполнота геологической летописи". В подлиннике стоит слово, которое также переводится как "несовершенство", что, может быть, точнее отразило бы смысл понятия.

Вот заключение, к которому пришел Дарвин в этой главе: "Те, которые думают, что геологическая летопись сколько-нибудь полна, без сомнения, сразу отвергнут эту теорию. Что же касается меня, то, следуя метафоре Лайеля, я смотрю на геологическую летопись как на историю мира, не вполне сохранившуюся, написанную на изменявшемся наречии, историю, из которой у нас имеется только один последний том, относящийся к двум или трем странам, от этого тома сохранилась там и сям краткая глава, и от каждой страницы уцелело местами только по нескольку строчек. Каждое слово медленно изменявшегося наречия, более или менее различного в последовательных главах, представляет собой формы жизни, которые погребены в наших последовательных формациях и которые мы ошибочно считаем появившимися внезапно. С такой точки зрения выше рассмотренные трудности значительно уменьшаются или даже исчезают".

Лайель и Дарвин преподали превосходный образец настоящего научного отношения к свидетельствам геологической летописи. Они не могли не обращаться к ней, для обоих она была источником ценнейших свидетельств. Они осознавали и ее неполноту, но опять же это не было некое общее заявление, порождающее скепсис к любому геологическому документу. Они попытались проанализировать, насколько это было возможно в те годы, в чем именно геологическая летопись неполна, несовершенна.

Оказалось, что таких аспектов несколько. От исследователя ускользают определенные интервалы времени, осадки накапливаются не везде, документы могут быть вторично уничтожены, не все объекты прошлого, например не все группы организмов, способны захороняться. Наконец, от многих объектов остаются лишь устойчивые к разрушению части. Все это можно отнести и к живому существу, и к целому материку.

Все это, так сказать, объективные, собственные свойства геологической летописи. К ним надо добавить все привносимое самим исследователем. Мы исследуем лишь доступные обозрению или горным выработкам слои, одни районы посещаются снова и снова, а в других не ступала нога человека, собираемые коллекции могут быть никудышными, а до хороших коллекций не всегда доходят руки, немало огрехов в наших наблюдениях, еще больше ошибок мы делаем в выводах.

Правда, ни Лайель, ни Дарвин не сформулировали, не назвали только что перечисленные аспекты полноты-неполноты геологической летописи и нашего ее прочтения. Это перечисление, точнее исчисление, составлено мною по их работам с минимальными добавлениями. Возможно, я что-нибудь и упустил, но у меня сложилось впечатление, что у Лайеля и Дарвина фактически учтены, хотя и не названы, все наиболее существенные стороны интересующей нас проблемы.

Все, что с тех пор писалось о полноте геологической летописи (эта литература очень велика), всегда касалось лишь какого-то одного или немногих ее аспектов. Чаще всего речь идет о том, какая доля геологического времени документирована в геологических разрезах. Палеонтологи подсчитывали, какой процент видов представлен в земных пластах и собранных коллекциях, в современных и захороненных экосистемах. Есть и другие работы по иным аспектам. Все же я не берусь назвать работу, в которой, прошу прощения за игру слов, поставлен вопрос, насколько полно наше знание о неполноте геологической летописи. Это значит, что научной "критики источников", конкретнее, учения о полноте-неполноте геологической летописи, пока нет.

Здесь не могу удержаться от соблазна объявить этот раздел естествознания самостоятельным, считать новую научную дисциплину созданной (ее отцы – Лайель и Дарвин) и дать ей название, скажем, "геоархеография" (по некоторой аналогии с археографией). Хотя в названии поставлено слово "гео", новорожденная дисциплина не принадлежит лишь геологии, поскольку ее будут интересовать и организмы. К счастью, пока все они земные.

Итак, будем считать, что рождение геоархеографии состоялось. Если бы сейчас пришлось писать по ней руководство, то в нем пришлось бы выделить разделы, примерно соответствующие тем аспектам неполноты геологической летописи, которые я попытался вычленить в "Основных началах геологии" и "Происхождении видов". Что же можно написать в каждой из глав? Автор подобной книги окажется в крайне трудном положении. Он столкнется с тем, что нужные материалы разбросаны в литературе самым фантастическим образом и неизвестно, как их собирать.

Я уже перечислял те вопросы, которые чаще всего анализировались в литературе. Прежде всего, это полнота разрезов. Если разрез богат органическими остатками, то обычно можно легко выяснить, насколько полно в нем представлена последовательность подразделений геохронологическои шкалы. В стандартной шкале различаются группы (самые крупные единицы), в них выделяются системы (во времени им соответствуют периоды – кембрийский, ордовикский, силурийский и т д.), далее следуют более дробные подразделения – отделы, ярусы и зоны. Нашли в разрезе непрерывную последовательность стандартных зон и утверждаем, что разрез полный. При более детальном исследовании можно различить в разрезе небольшие перерывы, захватывающие какие-то части зон. Их видно по строению границ между слоями. Кроме того, бывают еще и скрытые перерывы, устанавливаемые более сложными методами.

Есть данные, что в каждом месте подлинно непрерывное осадконакопление никогда не длится долго в масштабах геологического времени. По-видимому, оно не длится дольше первых сотен тысяч лет даже в самых благоприятных условиях. Потом наступает хотя бы краткая пауза. В обычных условиях время непрерывного отложения осадка гораздо меньше и исчисляется тысячами или сотнями лет. В вулканических областях накопление пород может происходить всего лишь сутками. После извержения наступает длительная пауза. Конус вулкана вполне может быть почтенного возраста, но если сложить интервалы извержений, то окажется, что для роста вулкана фактически потребовались считанные месяцы.

Большая часть тех геологических разрезов, с которыми приходится иметь дело, пронизана многочисленными скрытыми перерывами. Подсчитано, что в условиях шельфовых мелководий, где порой накапливаются мощнейшие толщи пород, время, потребное для их образования, составляет доли процента от общего времени наслоения всей толщи. Остальное время в осадке не материализуется.

Жаль, что пока не известно, можно ли эту прерывистость осадконакопления относить ко всей Земле. Если суммировать все геологические разрезы планеты, мы, может быть, получим летопись без каких-либо временных перерывов. А может быть, и не получим. Пока это - проблема. На границе пермской и триасовой систем, которая одновременно служит границей палеозоя и мезозоя, во всех районах Земли, где известны пограничные толщи, наблюдается больший или меньший перерыв в осадконакоплении. Наиболее полный разрез пограничных слоев сейчас найден и описан в Южном Китае, но едва ли и там нет скрытых перерывов. Если они есть, не известно, где искать их заполнение.

В последние годы ученые много говорят о событиях на границе мезозоя и кайнозоя (мелового и палеогенового периодов). На этой границе, кстати, произошло пресловутое вымирание динозавров - одна из излюбленных тем газетных репортеров. Сейчас многие склоняются к гипотезе, что рубеж между двумя эрами был отмечен космической катастрофой – падением на Землю небольшого астероида. Во многих местах планеты нашли слой с повышенным содержанием иридия и других редкоземельных элементов. Их обычно больше содержится в метеоритах, чем в земной коре. Около слоя с иридием, во многих местах обнаружен кратковременный перерыв в осадконакоплении. Он не нарушает общего строения осадочных толщ, так что заметить его трудно. Не мог ли этот перерыв быть планетарным? Земля на какой-то момент как бы замерла, накопление осадков ненадолго прервалось, потом возобновилось. Пока это фантазия, но не совсем беспочвенная.

Таким образом, даже в наиболее разработанном разделе геоархеографии мы не можем ответить на самые важные вопросы. С другими разделами все обстоит не лучше. Возьмем систематику организмов прошлого. Насколько полно их таксоны представлены в геологической летописи, писали многие палеонтологи и цифры приводили весьма разноречивые. Очевидно, какой-нибудь универсальный для всех таксонов процент вывести нельзя. Одно дело–кремневыескелетики морских одноклеточных радиолярий. Они прекрасно сохраняются неограниченно долгое время. Другое дело–мягкотелыедождевые черви. Их трупы и сгнить не успеют, как будут уничтожены многочисленными трупоедами.

Полноту летописи приходится ставить в зависимость и от ранга группы. Надо полагать, в ранге царств геологическая летопись полна. Какую бы ни взять классификацию живых существ из царства, получается, что каждое из них оставило своих представителей палеонтологам. Если спуститься вниз по цепочке рангов, то в конце иерархии будут располагаться виды. Утверждать, что каждый вид запечатлелся в геологической летописи, рискованно. Какие-то виды, очевидно, ускользнули от нашего наблюдения навсегда. Стало быть, уровень полноты геологической летописи находится где-то посередине между видами и царствами. Утверждение, прямо скажем, не слишком впечатляющее.

Я пробовал анализировать этот вопрос на примере голосеменных. Составлял систему голосеменных растений и пробовал реконструировать ее становление, привлекая буквально все доступные палеоботанические данные. Получившаяся система включает двадцать девять, нацело вымерших семейств. Подавляющее большинство их установлено в последние полвека, только четыре семейства были известны раньше. Тем не менее растения, вошедшие в эти вновь установленные семейства, фактически известны и описаны палеоботаниками еще в прошлом веке или начале нынешнего. Их знали, но систематическую принадлежность не могли расшифровать, относя к другим семействам.

Чаще всего палеоботаники допускали ошибки из-за того, что не знали, как соединялись при жизни части, встречающиеся в захоронениях разрозненно. Например, семейство каллистофитовых, характерное для каменноугольного периода, было установлено в 1970 году американскими палеоботаниками Б. Стиддом и Д. Холлом. Сейчас это одно из наиболее изученных палеозойских семейств голосеменных. Удалось реконструировать входящие в него растения целиком, в семенах, наблюдали даже проросшую пыльцу с пыльцевой трубкой. Лишь после установления семейства выяснилось, что один из относящихся к нему видов описан еще в 1820 году основателем палеоботанической систематики Э. Ф. фон Шлотгеймом. Листья этого голосеменного растения долго считали папоротниковыми. Окаменелые стебли тех же растений были описаны в 1879 году и ошибочно отнесены совсем к другой группе растений.

Получается, что последние полвека, хотя это время наиболее интенсивного коллекционирования ископаемых голосеменных и наиболее детальных палеоботанических исследований, привели лишь к расшифровке семейств, представители которых давно лежали в коллекционных лотках и ждали своего часа.

Я убежден, что мы расшифровали далеко не все семейства вымерших голосеменных. Но я также убежден (приводить все доводы было бы скучно), что уже сейчас в коллекциях палеоботаников лежат, оставаясь отчасти нерасшифрованными, нераспознанными, представители всех или почти всех когда либо существовавших семейств голосеменных. Иными словами, я думаю, что на уровне семейств геологическая летопись, касающаяся голосеменных, полна. Аналогичный анализ вполне можно провести и по некоторым другим группам организмов.

Не во всех случаях полнота геологической летописи может быть представлена в цифрах. Многих животных мы знаем лишь по остаткам скелета, раковины. Имеет ли смысл здесь говорить о сохранности в процентах? Как считать проценты и будет ли смысл в самих подсчетах?

Оценить полноту морфологической сохранности трудно еще и из-за того, что мы многое можем надежно реконструировать по сохранившимся частям. И впоследствии часто трудно отделить найденное от восстановленного. Палеонтологу приходится выступать в роли Шерлока Холмса, который успешно догадывался об облике не только хозяина, но и его собаки, глядя на оставленную в его квартире трость. Когда антрополог М. М. Герасимов научился восстанавливать лицо человека по сохранившемуся черепу, он опирался на опыт палеонтологов. Им доводилось выполнять сложнейшие реконструкции, которые порой блестяще подтверждались последующими более полными находками. Помимо подобных реконструкций, когда восстанавливается общий облик вымерших животных и растений, палеонтолог может судить о многих утраченных частях просто из знания систематической принадлежности организма. Простейший пример лишь совсем недавно удалось обнаружить сохранившиеся внутриклеточные органеллы, в том числе и хлорофилловые зерна ископаемых растений. Однако палеоботаники никогда не сомневались, что у всех вымерших растений, с которыми они имели дело, был хлорофилл. Ведь хлорофилл есть у всех высших растений, кроме некоторых паразитических видов.

Заранее установить пределы способности квалифицированного палеонтолога восстанавливать морфологические, физиологические и экологические особенности ископаемых организмов невозможно, поскольку человеческая изобретательность - как в дедукциях, так и в совершенствовании исследовательской техники – беспредельна. То же можно сказать про любой другой объект или событие прошлого. Вспомним пример с падением астероида на рубеже мелового и палеогенового периодов. Кто бы мог подумать в прошлом веке, что мы сможем весьма обоснованно судить о такой космической катастрофе по повышению концентрации иридия в осадках? Разве могло прийти кому-нибудь в голову, что изучение химического состава метеоритов приведет к весьма правдоподобной реконструкции события, случившегося почти 70 миллионов лет назад? Я готов, не колеблясь выдвинуть оптимистический тезис, нет такого объекта, события сколь угодно отдаленного прошлого Земли, реконструкция которого принципиально, заведомо невозможна. Все то мы никогда не восстановим, но решительно утверждать, что именно мы никогда не реконструируем, нельзя.

Внимательный читатель может упрекнуть меня в противоречии. Я начинал с довольно скептических фраз по поводу того, что говорят геологи о прошлом Земли, биологи - об эволюции жизни. Теперь я вроде бы сам поощряю фантазии. Чтобы упрек не был справедливым, я дополню только высказанный оптимистичный тезис менее оптимистическим. Действительно, нельзя обозначить ограничений в нашем познании прошлого, Но, к сожалению, нельзя сделать и другого - указать такое утверждение о прошлом, которое заведомо полно и истинно. Каждое наше высказывание, если оно не тривиально, может потребовать каких-то корректив в будущем. С прошлым здесь все обстоит так же, как с настоящим и будущим.

Важно учитывать еще вот что. Для достоверной реконструкции прошлого мы должны хорошенько разобраться не только в полноте, но и в представительности геологической летописи, а это не одно и то же. Представительность - как бы кворум нужных нам свидетельств, которых достаточно для принятия решений. Полнота нам вообще-то даже не нужна, мы просто утонули бы в избыточности свидетельств.

Геоархеография, если таковая будет когда-либо создана, должна быть хорошо развитой естественнонаучной дисциплиной. Тогда от нее будет прок. Но вот парадокс: для своего развития геоархеография нуждается в тех самых сведениях, к проверке, оценке которых она сама призвана. В самом деле, многие наши подсчеты, касающиеся осадков, их полноты в пространстве и времени, полноты фиксации геологического времени в земных пластах, тесно зависят от общих и частных геологических концепций, от реконструкции экосистем прошлого и многого другого.

Допустим, нас интересует зависимость распространения слоев по поверхности Земли от их возраста. Так мы могли бы узнать скорость уничтожения осадков вторичными процессами. Это – важный для геоархеографии вопрос. Но решать его придется по-разному, если допускать или не допускать движение материков, пульсацию или расширение Земли. Надо делать выбор между столь общими концепциями, а это требует развитого геоархеографического знания.

Мы как бы попадаем в замкнутый круг. Но так уж устроено наше познание, ничего другого не остается. Для создания геоархеографии как полноценного раздела естествознания придется привлечь весь арсенал исторической геологии, палеонтологии и других наук. Как только геоархеография станет на ноги, она будет обратной связью влиять на своих доноров. (Кстати, хорошо звучит термин "обратная связь" по-английски: feed-back – "обратное питание".) В них многое придется переоценивать, что, в свою очередь, вызовет перемены в геоархеографии. Мы знаем массу примеров подобного развития наук. Более того, видимо, все они так или иначе существуют благодаря "обратному питанию".

Но все же – можно ли верить геологической летописи? Что касается самой летописи, то ей, конечно же, можно верить. В природе нет составителей ложных документов. Все документы Земли, хотя и неполны, но говорят только правду. Ложным же, лучше сказать ошибочными, может быть лишь наше прочтение сохранившихся страниц геологической летописи. Как отличить правильное прочтение от неправильного, я не берусь дать общего рецепта. Ведь геоархеология еще не создана. 

"ЗС" №2/1984

Вернуться назад

Архив проектов

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source