Занимательно о геологии

Значит, первый вывод напрашивается сам собой: это органы ориентации. Можно точно держать определенное направление, если луч света пойман только одной или группой фасеток!

Потомком древних трилобитов является современный мечехвост. Изучение мечехвостов - это ключ к прошлому. Американский ученый Хартлайн установил у мечехвостов цветовое зрение! Удалось обнаружить у них способность различать окраску в инфракрасных и ультрафиолетовых частях спектра! А американский зоолог Уотерман обнаружил способность мечехвостов видеть поляризованный свет!

Второй вывод отсюда еще более ошеломляющий. Трилобиты могли ориентироваться и по ультрафиолетовым, и по инфракрасным сигналам, и, что особенно важно, по поляризованным лучам.

Зарывшись в ил, трилобит видел окружающее пространство в яркой цветовой тональности. Чешуйка слюды - биотита, отразившая поляризованный свет, воспринималась трилобитом как ориентир темно-зеленого цвета, а рядом могло располагаться зеленое пятно роговой обманки.

Существа, жившие более полумиллиарда лет назад до появления человека, умели видеть цветовые следы поляризованного, ультрафиолетового, инфракрасного света - тот многокрасочный мир, который открывается нам только с помощью сложных приборов.

В темный, непогожий день ориентиры, отражавшие солнечный свет, не выделялись. Но это не смущало трилобитов. Невидимый человеческому глазу поляризованный свет отлично служил для ориентировки.

У мечехвостов обнаружена еще одна особенность глаза. Клетки зрительных нервов соединены перекрестно. Взаимодействуя друг с другом, подавляя слабые сигналы, такие соединения способствовали увеличению контрастности изображения. Этот принцип недавно использован в телевидении.

Исследование свойств глаз трилобитов продолжается. В 1965 году Е. Н. Кларкзон опубликовал интересную заметку о том, как он изучал глаза силурийских трилобитов. На специальном столике, приделанном к бинокулярной лупе, ученый измерял положения в пространстве оси каждой фасетки глаза трилобита. Результаты измерений наносились на стереографическую сетку, позволяющую фиксировать положение зрительной поверхности в пространстве. Изучались и личиночные и взрослые формы.

В результате оказалось, что, несмотря на рост глаза при росте трилобита и увеличение с возрастом количества фасеток, углевой размер зрительного поля оставался постоянным. Удалось установить также, что глаза трилобитов были приспособлены к восприятию движущихся объектов.

Еще нет пока научных исследований, посвященных изучению органов осязания и вкуса у трилобитов. Об этих органах можно судить только по аналогии с другими существами.

Исследователи не раз отмечали наличие чувствительных волосков - щетинок, сохранившихся иногда на 'антеннах', иногда на головных щитках трилобитов.

Что воспринимали эти чувствительные рецепторы? Пока мы вряд ли ответим удовлетворительно на данный вопрос. Можно лишь сказать, что волоски 'антенн' таких животных могли служить и для целей осязания, и для определения вкуса, и, возможно, для передачи и приема других сигналов.

А дальше можно говорить и о координации систем биоориентации этих удивительных существ.

В предисловии к книге по проблемам бионики академик А. И. Берг рассказывает, что у некоторых насекомых (бабочек, жуков) имеются особые органы - гиротроны. Устройство этих органов весьма просто и гениально. Пара усиков таких животных все время колеблется в строго горизонтальной плоскости. Если животное сбивается с курса, то концы колеблющейся системы вызывают силовые напряжения, воздействующие на нервные клетки, расположенные у основания усиков. Автоматически, после сигнала того или иного усика, нервный центр дает команду, как следует поступить, чтобы выправить курс.

По типу этих аппаратов созданы современные гиротроны, применяемые в самолетах. Роль усиков в них выполняют камертоны, приводимые в движение электромагнитными импульсами.

Единая система ориентации предусматривает учет и определение скорости передвижения. Эти функции легко выполняет фасеточный глаз. Система ориентации и определила то, что у многих насекомых средством передачи информации стал танец.

У нас нет оснований сомневаться в том, что у трилобитов было что-либо иное. Ориентироваться во время передвижения в море им помогали гидрогиротро-ны. Их роль могли исполнять и 'антенны' и любая пара конечностей.

У нас нет оснований сомневаться в том, что у трилобитов было что-либо иное. Ориентироваться во время передвижения в море им помогали гидрогиротро-ны. Их роль могли исполнять и 'антенны' и любая пара конечностей.

Трилобичество, для чего оно?

Hа самом деле: для чего? Прошло почти полмиллиарда лет. Забылся даже облик некогда грозных властителей Земли, царствовавших на планете более ЮО миллионов лет. Невольно встает вопрос: можем ли мы сейчас осветить смысл существования всего трилобичьего племени? Каков итог их многомиллионолетнего владычества? Что дала нашей планете жизнь всех трилобитов? Можем ли мы сейчас разрешить те проблемы, которые, конечно, не могли поставить и на которые не могли дать ответ сами трилобиты?

Однажды, лет сорок назад, я шел в Ленинграде мимо Таврического дворца. Засмотрелся. Споткнулся. Вывернул из тротуара плитку известняка. Поднял ее. На ней был четкий отпечаток трилобита.

Тротуары Петербурга-Ленинграда в свое время мостили известняком - плитняком из каменоломен, заложенных в известняковых массивах. Плитняки эти накопились на дне древнего моря, некогда покрывавшего территорию Ленинградской области.

Такие трилобитовые известняки можно встретить почти на всех материках, там, где распространялись полмиллиарда лет назад морские бассейны. География в то время была иной. Вот и находим мы на нынешней суше слои с окаменелыми трилобитами.

Значит, первый ответ на вопрос о том, какую роль сыграли трилобиты в жизни Земли, напрашивается сам собой. Они изменили состав верхних слоев земной коры. Возникли слои с окаменелыми остатками этих животных. Для геологов это очень важно. Найдешь в земных слоях окаменелого трилобита и знаешь, что в великой летописи планеты ты столкнулся с весьма древними слоями.

Палеонтологи совместно с геохимиками точно определяют этапы палеонтологической летописи, выделяя слои с предковыми формами трилобитов, с высокоразвитыми экземплярами и слои с вымирающими представителями этого племени.

Не гладко развивалась жизнь трилобичества. Особые потрясения они перенесли на рубежах в 70 миллионов лет после их массового появления, а также в 100 и 160 миллионов лет от этой же даты.

Для геологов такие рубежи, сопровождавшиеся массовым вымиранием старых видов и появлением новых, являются хорошими реперами на великой лестнице развития жизни. По трилобитам очень удобно выделять первые ступеньки палеозойской эры: кембрийский период - 570-500 миллионов лет, ордовикский период - 500-440 миллионов лет, силурийский период - 440-410 миллионов лет. И для каждого из названных периодов характерен свой комплекс трилобитов, различать который геологи научились.

А для эволюции жизни на Земле особенно велика была роль трилобитов как мощного фактора борьбы за существование, выработки жизнестойкости и своих отрядов и тех, кто им противостоял. В жестокой битве за жизнь выживали наиболее приспособленные. В этом второй и самый главный смысл существования не только трилобитов, но и других групп живых существ.

СРАЖЕНИЕ КОНСТРУКТОРОВ ПРИРОДЫ

У власти голова и ноги

Тысячами радужных искр отвечало голубому небу и ярким солнечным лучам морское дно. Ничем не омрачалась морская гладь. Лишь легкая тень от отряда трилобитов прошла по разноцветному дну. Тень не задержалась и прошла мимо.

И вдруг дно зашевелилось. Поблекли краски. Отчетливо стали видимыми какие-то уроды, копошившиеся на дне.

Так или примерно так приспосабливалась к борьбе с врагами одна из прогрессивных групп организмов, вступившая в борьбу за жизнь.

Что могло противостоять обостренному цветовому зрению царей природы - трилобитов?

И жизнь четко ответила на этот вопрос. Есть два пути: либо столь же яркая защитная окраска, либо создание полного затемнения.

Во всякой войне побеждает тот, кто применяет новое тактическое или стратегическое оружие.

Я видел современных головоногих моллюсков, изменяющих свой цвет.

Мы расположились на пляже курортного города Саранды, в Албании, на берегу Ионического моря. Купались. Дурачились. Прозрачная вода давала возможность рассмотреть мельчайшие детали и яркие краски морского дна.

Тихо проплыла лодка. Морской охотник-рыболов был вооружен острогой. Миг... Удар... И там, где мы только что видели чистое разноцветное дно, затрепыхалась добыча.

Это был небольшой осьминог. Мы бросились на помощь рыбаку. С трудом отцепили от бортов лодки щупальца-присоски. А осьминог на наших глазах становился то серым, то коричневато-пурпурным.

Природа выработала у головоногих моллюсков не только защитную окраску. Выжили те экземпляры, которые могли и нападать.

В силурийском море, 440-410 миллионов лет назад, выжили те из головоногих, которые могли, подпустив трилобита, задержать его своими мощными присосками. А потом пойманная жертва притягивалась к роговым челюстям клюва и перемалывалась во рту на терке из многочисленных рядов пластин и крючков.

Пищи для таких головоногих было много. И они стали наращивать свои размеры. Обычны в силурийских осадках окаменелые остатки раковин головоногих моллюсков до 2 метров длиной. Попадаются среди них экземпляры и до 4,5 метра длины.

Если кому-либо встретится в Ленинграде, на какой-нибудь старой улочке тротуар из такого плитняка, о котором говорилось в предыдущей главе, то внимательно присмотритесь к нему. На плитах можно встретить отпечатки каких-то странных палок. Это и есть окаменелые раковины головоногих моллюсков, называемых палеонтологами 'эндоцерасами'.

У власти голова и ноги

Большие размеры 'эндоцерасов' не способствовали мобильности. И, как это ни парадоксально, 'эндо-церасы', заняв на короткое время главенствующее положение, погибли... от хорошей жизни. Раздобрев, увеличившись в размерах, потеряв мобильность, они сами стали добычей других, более приспособленных форм.

И все же головоногие моллюски не раз достигали главенства. Живут они и сейчас, занимая скромное, но прочное положение среди прочих обитателей океана.

Из современных нам организмов весьма интересна сепия. Ее тело окрашено в желто-розовый цвет. Глаза у нее синеватые, руки зеленоватые. В возбужденном состоянии она становится темно-каштановой. Глаза переливаются всеми цветами радуги. Если это изменение окраски не помогает, сепия мгновенно 'пускает пыль в глаза' - выбрасывает чернильную жидкость и скрывается в 'дымовой завесе'.

Мгновенный бросок сепии или другого современного головоногого - кальмара связан с особой формой движения - реактивной.

Такой головоногий моллюск, набрав воды в мантийную полость, плотно запирает ее в организме мощным хрящеватым замком. А в случае необходимости следует мышечный импульс - и вода выбрасывается через профилированное поворотное сопло. Всасывание и выброс воды чередуются с молниеносной быстротой. Вода всасывается во время движения тела по инерции.

Гидрореактивный движитель головоногих моллюсков сочетается с совершенными органами ориентации - продольными килями, с помощью которых можно не только сохранять направление, но и легко менять его. Изобретен этот двигатель был свыше 400 миллионов лет назад.

Некоторые из головоногих моллюсков в прошлом не раз изменяли форму раковины. Она у них стала спирально закрученной. Другие выработали внутренний скелет. Третьи наращивали только мягкую ткань. Об этих третьих мы мало что знаем. Каменные плиты не сохранили нам их следов.

Великие 'изобретения' рыб

Первое впечатление от новых властителей природы - рыб - их необычайная красота. Вот золотая макрель. Она, по описанию Брема, 'плывя на поверхности воды, сверкает блестяще-синим или пурпурным цветом, с металлическими отблесками всевозможных оттенков и отливов, смотря по тому, находится ли она на свету или в тени; только хвост сохраняет свой золотисто-желтый цвет. Когда макрель вытянута из воды и принесена на палубу, эти цвета изменяются в другие, также красивые: горящий пурпур и золотисто-желтый цвет переходит в серебристый, на котором сверху переливаются первоначальные пурпурные и золотистые отливы'.

Другие рыбы - краснобородковые - особенно ценились у древних римлян за их окраску. Для удовольствия гостей в столовую приносияи большие сосуды с этими рыбами. Сначала любовались движениями рыб, яркими переливами чешуи и блеском жа-бер, а потом их быстро жарили и съедали.

К сожалению, в ископаемых остатках поблекли все эти краски. В знаменитом местонахождении ископаемых рыб, живших на территории современной нам Шотландии в слоях, накопленных 370-380 миллионов лет назад, тысячами обнаруживаются великолепные экземпляры. Но среди них нет ни одной цветастой рыбы - краски умерли.

Великие 'изобретения' рыб

То же можно сказать о рыбах из других местонахождений. Вот рыбы из хребта Каратау в Южном Казахстане. Они значительно моложе шотландских. Им всего около 150 миллионов лет, но и они впитали только цвет вмещающей их породы.

Мне подарили однажды отпечаток рыбы из черных медистых сланцев Мансфельда (ГДР). Отпечаток тоже стал черным. В земле эта рыба пролежала 250 миллионов лет.

Как знать, может быть, предки современных рыб соревновались в приобретении защитной окраски с головоногими моллюсками? Современная бородавчат-ка так приспособила свою окраску к цвету кораллов, что когда она лежит на пурпурном ложе, то самый внимательный наблюдатель не отличит ее от кораллов.

Но не цветовая гамма вывела рыбий род в число главенствующих в море организмов.

Конструкторское бюро природы выдало рыбам патент на гениальное изобретение, практическое применение которого обеспечило многим из них победу над врагами.

Рыб, обладающих способностью атаковать врага мощными электрическими ударами, человек знал давно. Брем приводит рассказ одного из таких охотников за электрическими угрями.

'Я поднял в перчатках, защищавших меня от электрических ударов, здоровенный экземпляр угря более чем в 1,5 метра длиною, сильно бившийся у меня в руках, и только что собрался было бросить его в приготовленный сосуд, как угорь вдруг выскользнул у меня из рук, упал к моим ногам, его голова и хвост коснулись сразу моих обеих ног, и я получил несколько сильнейших электрических ударов. На несколько секунд угорь оставался в вышеописанной позе, но от страха я не в состоянии был пошевельнуться, так как сильно раздраженное чудовише буквально как градом сыпало в меня свои страшные разряды; я громко кричал от нестерпимой боли, пока, наконец, угорь не отполз от моих ног и не ускользнул в реку мимо загороженного сетями пространства'.

Строение черепа ископаемых рыб показывает, что в определенной части их мозга также наблюдаются увеличения, подобные тем, которые есть у современных электрически активных рыб. Если уж человек кричал от нестерпимой боли, то что делалось с прежними царями природы - трилобитами, и головоногими! Они легко доставались в пищу новым властителям водной стихии.

Еще Дарвин в свое время удивлялся: зачем некоторым рыбам слабые электрические органы? И относил их к непознанным явлениям природы.

Разгадка пришла в наши дни. Наблюдения над нильским длиннорылом, излучающим низкочастотные электромагнитные колебания, показали, что это органы локации. Отраженные от препятствий, эти колебания воспринимаются особыми органами рыбы, расположенными в основании спинного плавника.

Рыбы ориентируются и по запахам, и по солености воды, и по температурным изменениям, и по магнитному полю, и по звуковым сигналам. Органы чувств рыб воспринимают малейшие изменения окружающей обстановки. И развились эти приспособления у рыб вместе с удивительной способностью к покорению пространства, силой и мощным зубным аппаратом.

В настоящее время наиболее быстроходные рыбы развивают скорость до 120-130 километров в час. И в немалой степени способствуют этому гармоничные пропорции их тел. Биологи, заглянувшие в труды Н. Е. Жуковского, Л. Эйлера, Д. Бернулли - творцов аэро- и гидродинамики, были ошеломлены сходством проекций очертаний корпуса многих акул с профилями самолетов, рассчитанными для получения большой подъемной силы.

Но что самое удивительное - рыбы освоили так называемый кавитационный режим. Кавитация, пишут специалисты,- это нарушение сплошности текущей жидкости, которое сопровождается образованием пузырьков газа; взрываясь, они вызывают разрушающий гидродинамический удар. Кавитационная энергия ежегодно выводит из строя десятки тысяч тонн металла гребных винтов. Ученые многих специальностей работают над проблемой кавитации. Например, создатели быстроходных судов трудятся над ее устранением. А буровики, наоборот, разработали даже особый режим кавитационного бурения и рассчитывают, что в скважине на определенной глубине сила гидродинамического удара пузырька воздуха будет равна заряду в 20 граммов тротила. Миллионы таких пузырьков раздробят горные' породы любой твердости.

А рыбы освоили кавитацию! Пузырьки газа около их тела не взрываются, а помогают им добиваться огромных скоростей. И изобрели все это сотни миллионов лет назад!

Не удивительно, что еще во второй половине силурийского периода - в нижнем девоне, то есть более 400 (!) миллионов лет назад, уже существовал царь рыб 'Цефаласпис'. Он был закован в гибкие латы, обладал совершенными органами локации и, судя по его очертаниям, развивал скорости кавита-ционного режима.

Нет ничего удивительного, что рыбы и сейчас продолжают владычествовать над океаном.

О чем обычно пишут

Bот из зарослей древовидных папоротников показалась зловещая тень. Прижимаясь к земле и как-то странно покачивая задней частью тела, выполз страшный зверь. Один вид его вызывал ужас и оцепенение. Он был чем-то похож на современного и ископаемого тигра. Та же мощная грудь. Страшные когти на лапах. Вытянутая морда. В оскаленной пасти - страшные клыки. Раскосый взгляд.

Миг. Прыжок! И на земле бьется не менее ужасное и столь же гигантское, почти трехметровое тело. Но, несмотря на ужасный облик, это всего лишь безобидный парейазавр, попавший на обед хищнику - иностранцевии.

Этот эпизод выдуман не мной. Я просто описал то, что изображено на обложке книги академика Н. М. Страхова 'Историческая геология'.

Произошло это событие, а по существу рядовой эпизод из жизни животных, около 230-240 миллионов лет назад.

А потом по какой-то причине скончалась и ино-странцевия. Кости этих зверей перенесла река. Они затонули в спокойных ее плесах.

На рубеже XIX и XX столетий их открыл профессор В. П. Амалицкий. Отпрепарировал находки.

Кто хочет взглянуть на этих наших страшных предков - садитесь на автобус или троллейбус и поезжайте в Палеонтологический музей Академии наук СССР на Ленинском проспекте в Москве. Там выставлены для всеобщего обозрения окаменевшие остатки наших далеких родственников.

Если вы живете не в Москве, а, скажем, в ГДР, советую посмотреть в вестибюле Естественно-исторического музея города Карлсруэ интересный стенд. Вы сразу увидите десятиметровую стену из черных сланцев, с вделанными в нее скелетами морского крокодила, двух ихтиозавров, различных рыб и моллюсков. Все эти животные жили в юрском периоде - 140 миллионов лет назад.

О чем обычно пишут

Думаю, что можно не называть адреса других естественно-исторических отделов музеев в различных городах и странах. В каждом из них можно встретить что-нибудь удивительное.

В большинстве случаев во всех этих учреждениях наше внимание концентрируется на тех животных, развитие которых привело к возникновению человека. Сначала показывают отпечатки червей. Их считают родоначальниками всех позвоночных (хотя никем это не доказано). Потом демонстрируют рыб. Из рыб произошли земноводные, а потом рептилии. Из рептилий- млекопитающие. Венцом развития млекопитающих явился человек.

Мы искренне переживаем трагедию млекопитающих в мезозое, в эру расцвета рептилий. Свыше 150 миллионов лет находились млекопитающие под гнетом гигантских рептилий. Некоторые ученые считают, что это было связано с особым 'изобретением', разработанным рептилиями. С помощью своеобразного термометра они необычайно точно фиксировали температуру окружающего пространства. Тысячные доли градуса учитывались ими. А это означало, что любое теплокровное, пробегающее мимо рептилии, мгновенно уничтожалось.

По не вскрытым еще наукой причинам крупные рептилии вымерли в конце мезозойской эры, 70 миллионов лет назад. И сразу начался расцвет млекопитающих. От сумчатых - к человеку, так можно назвать этот этап.

За всю историю развития позвоночных конструкторская мысль природы выдвигала много полезных и разумных приспособлений, проверяя их на полигоне жизни. Особенно много ценных 'изобретений' было сделано при переходе животных из водной среды на сушу и в воздух.

Первыми были 'изобретены' ноги. Произошло это у позвоночных около 400 миллионов лет назад. 'Старина четвероног' - целакант - первая 'ходячая рыба'. Кроме ног, целакант 'изобрел' и легкие. Это было двоякодышащее существо.

Другие двоякодышащие - амфибии - использовали ноги, 'изобретение' целаканта, усовершенствовали их, развив необычайную прыгучесть.

Амфибиям пришлось соревноваться с рептилиями. У тех появилось новое преимущество - зубы и страшная сила.

О чем обычно пишут

Силовое направление в развитии позвоночных было необычайно важным. Но и прыгучесть не считала себя побежденной. В жизненном соревновании постепенно удлинялись прыжки. Освоили их и рептилии. И не только освоили, а довели до совершенства. Летающие драконы надолго завоевали мир. Они соединили в себе ловкость, длительность полета, грубую силу и страшные зубы.

Самым крупным из драконов был летающий ящер птеранодон, живший в меловом периоде. Он летал лучше современных альбатросов. Размах его крыльев превышал 8 метров. В планирующем полете никто бы не смог соревноваться с ним.

Завоевание воздуха требовало и новых приемов ориентировки. Судя по современным летучим мышам, многие из летающих тварей овладели техникой ультразвуковой локации. Ультразвук, испускаемый животным, отраженный от препятствий, давал возможность не только огибать в полете препятствия, но и ловить даже мельчайшую дичь.

Среди летающих животных долго длилось соревнование между чешуей, шерстью и перьями. Что лучше в полете?

Проверка временем (а такая проверка длится миллионы лет) показала лучшее качество перьев. Почему птица может пролететь без отдыха огромные пространства? Возможно, здесь имеет значение электростатический заряд, легко удерживающийся и возникающий в полете при трении перьев о воздух? В общем факт, что в жизненном соревновании победили птицы!

А у млекопитающих опробовались лучшие формы конечностей, сила, зубы, скорость передвижения, теплокровность, позволяющая сохранить активность даже в холодное время года, и, наконец, умственные способности, высокое развитие мозга. Что лучше: копыта, когти или ласты? Каждый тип конечностей требовал полного к ним приспособления всего организма.

Рассказывают такой эпизод из жизни одного из крупнейших палеонтологов прошлого столетия - Жоржа Кювье. Он был большой сторонник и автор закона корреляции - закона полного приспособления любого организма к определенным жизненным условиям, закона полного взаимного соответствия органов. Студенты решили напугать своего профессора. Один из них, нарядившись чертом, вошел в комнату, в которой спал Кювье, разбудил его и стал делать вид, что хочет его съесть. Кювье, взглянув на переодетого студента, сказал: 'Раз у тебя имеются рога и копыта, ты, по закону корреляции,- травоядное существо и съесть меня не можешь',- повернулся на другой бок и заснул.

Законы корреляции привели к тому, что те существа, которые возвратились к морскому образу жизни, стали иметь и соответствующий облик. Дельфины, например, уже десятки миллионов лет имеют облик рыб, но взяли на вооружение то, что изобрели их сухопутные родичи,- ими освоен ультразвук. Используя ультразвук, взяв скорости передвижения от рыб и, что самое важное, обладая мозгом, превышающим мозг высокоразвитых сухопутных млекопитающих, дельфины стали полноправными обитателями морей.