Внезапное появление множества скелетных животных около 540 млн лет назад принято называть Кембрийским взрывом. Креационисты до сих пор приводят это как аргумент в пользу божественного происхождения жизни на Земле. Но что же происходило с фауной на самом деле? Елена Наймарк, докт. биол. наук, вед. науч. сотр. Палеонтологического института РАН, попыталась экспериментально ответить на этот вопрос.
Елена Наймарк родилась в 1964 году в Москве. В 1988 году окончила биологический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова. В 1993 году получила степень кандидата биологических наук. С 1993 года работает в Палеонтологическом институте Российской академии наук. В 2000 году получила степень доктора биологических наук. Лауреат премии Раусинга и медали Российской академии наук по биологии. Автор более 150 научных статей по палеонтологии, эволюционной биологии и биогеографии. Член Международной комиссии по стратиграфии кембрия. Участвовала в научных экспедициях в Сибири, Казахстане, Китае, Западной Европе, Америке. Около 20 лет занимается научной популяризацией. Автор научно-популярных текстов для радио «Свобода», портала elementy.ru, журнала «Новый мир». Научный редактор популярных книг в издательствах Corpus, «АСТ», «Альпина нон-фикшн». В 2015 году за перевод книги «Трилобиты» удостоена Беляевской премии.
Вместе с мужем Александром Марковым номинирована на премию «Просветитель» за книгу «Эволюция: классические идеи в свете новых открытий».
— Елена, недавно Вы опубликовали в журнале Paleontology статью с итогами необычного эксперимента. Но Вы же занимаетесь вымершей много лет назад фауной. Какие могут быть у палеонтологов эксперименты? Разве палеонтология — это не длительные экспедиции и медленные раскопки?
— Это немножко устаревший взгляд: геолог или палеонтолог — бородатый мужик, с рюкзаком, в палатке у костра, а в рюкзаке пятьдесят килограммов камней. На самом деле сейчас наука совсем другая. И палеонтологи, и геологи большую часть времени отдают аналитической науке. Хотя, конечно, в основе всей нашей науки всегда камни. Но нам же нужно не только найти их, но и понять, откуда окаменелости взялись, как образовались, что представлял собой мир в древности, не говоря уже о более практических задачах.
— Расскажите подробнее о вашем эксперименте. Какова была его цель?
— Она касается кембрийской проблематики. Кембрийский период начался около 540 млн лет назад, закончился 485 млн лет назад. У нас очень мало прямых данных о том, как мир был устроен тогда, какими были моря, атмосфера, что было на дне моря, было ли море вообще. И одна из загадок кембрия — так называемый Кембрийский взрыв.
— Что там взорвалось?
— В начале XIX века знаменитый геолог Родерик Мерчисон постулировал, что в геологических слоях до кембрия нет никаких ископаемых, а потом появляется сразу очень много самых разных типов животных: и трилобиты, и моллюски, и брахиоподы; они сразу оказываются в кембрийских слоях в большом изобилии. Как будто бы это был акт единовременного творения. Мерчисон назвал это Кембрийским парадоксом, или Кембрийским взрывом. И очень долго, примерно до середины XX века, люди так и продолжали думать: все животные, все растения, все водоросли, всё живое появилось именно тогда, на границе докембрия и кембрия. Но с тех пор наука, конечно, очень много всего узнала.
— Больше палеонтологи так не думают?
— Сейчас Кембрийский взрыв называется у нас Кембрийской скелетной революцией. Оказалось, что в докембрии, в слоях, которые лежат ниже кембрия, есть остатки мягкотелых животных, что-то типа медуз, актиний, червяков нашего мира. Но у них нет минерального скелета, того, что обычно остается в ископаемом виде: зубы, кости, ракушки и другие твердые части. А до кембрия были животные и водоросли, их, вероятно, тоже было очень много, но у них не было скелетов.
— Почему?
Никто так и не решил эту загадку. Однако у нас есть подсказка, которую тоже дает палеонтологическая летопись: так называемые лагерштетты. Сложное немецкое слово означает места, в которых сохраняются остатки мягкотелых животных. Это своего рода уникальные гробницы. Самое удивительное, что большинство их тоже появляется где-то на границе докембрия и кембрия. На самом деле имеются и существенно более ранние лагерштетты, возрастом 1,00–1,03 млрд лет, благодаря им изучают остатки грибов и микрофлоры.
— Что такого удивительного в этих гробницах?
— По логике вещей если мягкотелое животное, какой-нибудь червяк или медуза, попадает в осадок или на дно моря, он разлагается. Мягкие ткани не сохраняются долго. Они обычно исчезают, растворяются за неделю, две недели, в крайнем случае месяц. После этого не остается вообще ничего. Как могли они сохраниться в ископаемой летописи? Они должны по идее не разлагаться достаточно долго, чтобы мягкие ткани приобрели новую, минеральную вещественную структуру. Это великая загадка. На остатках мягкотелых животных найдены бактериальные окаменевшие формы. Значит, бактерии там были, и деструкция шла. Почему же не происходило разложение? Чтобы ответить на этот вопрос, мы решили поставить эксперимент.
Он длился два года и продолжается сейчас. Таких длительных экспериментов пока что единицы. Никаких аналогов у западных коллег нет. Нужно ведь успеть уложиться в обычный трехлетний грант, а потом еще и опубликовать результат. На это уходит много времени. Так что для экспериментальной тафономии, как называется эта область, характерны, как правило, эксперименты длительностью от месяца до четырех.
— И в чем суть вашего эксперимента?
— Фауну лагерштеттов на 80% составляют членистоногие. Поэтому мы поместили современных членистоногих, у которых нет минерализованных частей скелета, очень мелких рачков, в высокие пробирки со слоем осадка и залили их водой, чтобы воссоздать давление столба воды над дном. Палеонтологический анализ говорит о том, что все лагерштетты сформировались в результате катастрофических событий: лавин или штормовых выбросов. Это видно по сортировке размеров частиц осадка по толщине слоя. Мы смоделировали такое катастрофическое захоронение в высоких пробирках, закупорили, оставили в темноте (в толще осадка ведь нет света, и фотосинтез там останавливается) на два года. Нам осталось в серии пробирок постоянно фиксировать результаты.
охотящееся на трилобитов Yunnanocephalus yunnanensis. Илл.: «Википедия»
— Вы описываете очень простой эксперимент. Почему палеонтологи не провели его давно?
— Сейчас кажется, что суть эксперимента очевидна. Но на самом деле нужно было преодолеть некий догмат, который почему-то утвердился в голове у большинства палеонтологов. Бытовало упрощенное представление: окаменелость может образовываться, если она пропитывается солями из морской воды или из окружающих поровых вод. И поэтому все эксперименты проводились так: брался сосуд с морской водой, в которую добавляли определенное количество той или иной соли, например фосфорной или кальциевой, а дальше смотрели, будет идти образование окаменелости (фоссилизация) или не будет.
Почему-то осадок не участвовал в этих экспериментах. Я не знаю почему, так как напрямую об этом ни в одном экспериментальном протоколе не сказано. Возможно, считалось, что присутствие осадка будет лишь усложнять картину фоссилизации, но не менять ее основных принципов. Во всех учебниках написано, что фоссилизация должна происходить именно так, за счет пропитывания солями и замещения органических биологических тканей минералами.
— Вы сломали стереотип?
— Да, нам удалось продемонстрировать, что в определенных осадках за счет специфических химических процессов в пространстве вокруг захороненных остатков образуется очень кислая среда и появляется обилие дубильных веществ, так что процесс разложения останавливается. Кроме того, появляются в большом количестве и растворенные фоссилизирующие агенты. И это всё производные осадка, а не морской воды. Так что наши рачки за два года, вместо того чтобы разложиться, превратились в окаменелость, в нашем случае — сложенную из глинистых минералов, каолинита или бентонита.
— Можно ли говорить о том, что благодаря вашему эксперименту загадка Кембрийской революции решена?
— Конечно, нет. Это только начало большой работы. Перспективной, как мне кажется, так как есть наглядный метод изучения формирования фоссилий мягкотелых; можно подобрать условия, наиболее благоприятствующие этому процессу, сравнить с тем, что нам удается реконструировать по составу и строению кембрийских слоев. Отсюда появятся экспериментально проверяемые гипотезы, что для палеоэкологии и эволюции не частое дело. Это один из реальных путей для разгадки природы Кембрийской скелетной революции.
— А можно ли сказать, что вашим экспериментом вы вбили очередной гвоздь в крышку гроба креационизма?
— Ну, он был вбит уже очень давно, гораздо раньше наших экспериментов. Кембрийский взрыв перестал казаться чудом в 1950-х годах, когда стали находить ископаемые в докембрийских породах, всё более и более древние. Потом стали находить бактерии в древнейших протерозойских и даже архейских породах. Ведь возраст древнейших палеонтологических находок, ископаемых бактерий — это примерно 3,5 млрд лет. Какой уж тут Кембрийский взрыв, когда 3,5 млрд лет назад были бактерии. Сначала думали, здесь какая-то ошибка. Как может бактерия сохраниться в ископаемом состоянии? Это казалось абсурдом. Бактерия — она же такая маленькая, эфемерная, дунешь — и ее уже нет. Какая окаменелость? А оказалось, всё не так. Было в экспериментах показано (опять-таки, вот вам эксперименты вместо экспедиций и рюкзаков с камнями), что бактерии могут окаменеть очень быстро, в течение 15 минут — часа, в зависимости от условий. Так что микроразмеры обернулись на пользу фоссилизации: активный метаболизм, большая поверхность относительно объема, особые свойства наружной полисахаридной оболочки бактерий, способной осаждать на себя катионы Ca, Fe и других металлов — золота, серебра, марганца, мышьяка и т.д, какие имеются в избытке в окружающей среде, — всё это факторы скорейшей фоссилизации бактерий.
— Помимо научной работы Вы занимаетесь популяризацией. Скажите, Вас не напрягает разрыв между специалистами и широкой публикой с полностью перпендикулярными представлениями о мире?
— Совершенно не напрягает. Я считаю, что у каждого человека есть своя жизненная задача, которую он и выполняет тем или иным способом. Если у человека есть задача разработать лекарство от опасных болезней, или выяснить, почему возрастает резистентность бактерий к антибиотикам, или, например, выяснить, почему фрукты и овощи в овощехранилище гниют, то он будет придерживаться научной точки зрения, потому что с помощью молитв он не решит эту проблему. Ему нужно обзавестись пробирками, аппаратурой и встать на определенную позицию с определенной системой знаний.
— Вас лично не пугает, что мракобесие побеждает?
— Да, меня это, естественно, пугает. Я бы хотела, чтобы это было не так. Но я считаю, что на своем рабочем месте я делаю всё, что могу, чтобы этого не случилось.
— А какую самую удивительную находку сделала палеонтолог Елена Наймарк?
— Самую удивительную вещь я нашла на шкафу у нас в лаборатории. Это была каменная плита, которая за 15 лет лежания на шкафу покрылась очень тонким идеально ровным слоем пыли. Чтобы разглядеть на камне окаменелых трилобитов того же цвета и текстуры, что и сама порода, их обычно покрывают тонким слоем магниевой пыли. Но такое ровное напыление, как от хранения на шкафу, нам так и не удалось воссоздать потом, как мы ни старались. И под этим идеальным напылением стали прекраснейшим образом видны все самые мельчайшие трилобитики, которые на этой плитке отпечатались. Там нашлось около 3 тыс. экземпляров, включая самые ранние стадии их развития. И это было удивительно, до этого никто не находил настолько полные возрастные серии для этой группы трилобитов. И благодаря одной этой плитке, покрытой пылью и пролежавшей на шкафу 15 лет, я написала монографию и несколько статей.
— О чем вы больше всего мечтаете?
— Я хотела бы на машине времени отправиться в кембрий и увидеть, как это всё было на самом деле, а не то, что мы представляем себе. Ну хоть на одну секундочку, хоть одним глазком бы увидеть тот мир.