На суше и на море 1964(5)

Загадка далекого прошлого

В свое время великий английский ученый Чарлз Дарвин показал, что всякие изменения, происходящие в растительном и животном мире, появление одних видов и исчезновение других могут быть вызваны, с одной стороны, изменениями внешней среды, а с другой — изменчивостью самих животных и растений. В результате действия этих двух факторов выживают лишь те организмы, которые приобрели признаки, делающие их наиболее приспособленными к внешним условиям. Всякие другие отклонения от нормы обречены на вымирание в процессе борьбы за существование и естественного отбора организмов. Однако в истории развития нашей планеты бывали и такие периоды, когда одна группа животных и растений сменяла другую без заметной борьбы за существование...

В чем причина?

В конце древнейшей (палеозойской) эры на Земле появились первые пресмыкающиеся. Быстро развиваясь, они уже в следующую, древнюю (мезозойскую), эру достигли величайшего расцвета. Земную поверхность сотрясала тяжелая поступь гигантских динозавров и диплодоков, водную гладь морей и океанов бороздили бесчисленные ихтиозавры, по воздуху то и дело проносились крылатые птеродактили. Гегемония ящеров была безраздельной и нерушимой. Они полностью завоевали сушу, воду и воздух. Господство их продолжалось около 140 миллионов лет. Казалось, ему не будет конца...

И вдруг произошло нечто неожиданное. Именно тогда, когда ящеры, казалось, навсегда подчинили себе нашу планету, их постигла странная участь. За сравнительно короткий исторический срок чудовищные рептилии почти полностью исчезли, уступив свое место млекопитающим... Это случилось на грани последнего, мелового, периода мезозойской эры и начала современной, кайнозойской, эры.

Примерно в тот же период существенные изменения произошли и в растительном мире Земли. В середине мезозоя и начале мелового периода наивысшего расцвета достигли так называемые голосемянные, важнейшими представителями которых являются хвойные растения. Однако в конце мелового периода необычайно широкое распространение получают покрытосемянные, и Земля быстро одевается лиственными лесами.

Правда, в целом процесс вымирания ящеров продолжался не одно тысячелетие, так как различные группы динозавров вымирали не одновременно. А ряд крупных пресмыкающихся — крокодилов, змей, черепах — сумел пережить критический период перехода от мезозоя к кайнозою и сохранился до сих пор, так же как и некоторые группы наземных растений.

Однако эти «смягчающие» обстоятельства отнюдь не снимают вопроса о причинах исчезновения ящеров. А такие причины, очевидно, должны были существовать.

Какая же сила уничтожила динозавров? Млекопитающие, которые в это время только-только появлялись, не могли представлять для них сколько-нибудь серьезной опасности. Исчезновение рептилий не было также результатом борьбы за существование между различными группами самих ящеров.

Что же произошло? Этот вопрос приобретает особый интерес.

Многие исследователи пытались связать события, о которых идет речь, с различными геологическими процессами, а также изменениями климата Земли, происходившими в те времена. Однако подобные предположения, к сожалению, не могут объяснить всех известных нам фактов.

В то же время многие исследователи, в том числе биологи и геологи, высказывали мысль о том, что загадочная быстрота, с которой произошла «смена декораций» на Земле, зависела от какой-то космической причины.

В опубликованной несколько лет назад монографии А. Л. Тахтаджяна, посвященной эволюции покрытосемянных растений, отмечается, что их молниеносное распространение представляет для нас величайшую «загадку», а, по словам Дарвина, оно является даже «ужасной тайной».

Известный советский ученый ботаник М. И. Голенкин еще в 1927 году писал в своей книге «Победители в борьбе за существование в мире растений»:

«Я склоняюсь к признанию главной роли в деле расцвета и победоносного наступления покрытосемянных за какой-то внезапной, следовательно, космогонической причиной. Что это за причина, конечно, я сказать не могу».

Было время, когда попытки объяснения земных явлений действием космических факторов встречали резкие возражения со стороны многих ученых.

С точки зрения современной науки подобные предположения бесспорно заслуживают самого серьезного внимания. Успехи астрономии и физики и в особенности многочисленные исследования, осуществленные с помощью ракет и спутников, убедительно показали, что природные явления, происходящие на поверхности нашей планеты, нельзя рассматривать изолированно от разнообразных процессов, протекающих в космическом пространстве.

Но если гибель гигантских ящеров действительно связана с воздействием какого-то космического фактора, то этот фактор должен был, очевидно, оставаться постоянным на протяжении десятков миллионов лет, а затем испытать столь резкое изменение, чтобы это могло существенно отразиться на развитии жизни на Земле.

Внимательное рассмотрение всех возможных причин космического порядка, с которыми можно было бы связать изменения растительного и животного мира пашей планеты, заставляет нас прежде всего обратить внимание на космические лучи.

Из глубин Вселенной

Из неизведанных глубин Вселенной к Земле мчатся ядра атомов водорода и других химических элементов — космические лучи.

Во время своих межзвездных скитаний многие из частиц, входящих в состав космического излучения, приобретают огромные скорости и энергии. Однако, сталкиваясь с ядрами атомов воздуха, они постоянно растрачивают свою энергию и до поверхности Земли почти не доходят. Сюда проникает лишь вторичное излучение, порожденное первичными лучами в самой атмосфере.

В атмосфере Земли всегда имеется некоторое количество радиоактивных газов. Образование их происходит под действием различных причин, в том числе под влиянием космического излучения. Эти газы есть и в приземных слоях воздуха. Но их настолько мало, что они не могут принести нам никакого вреда.

Но всегда ли за время существования Земли интенсивность космического излучения оставалась неизменной? Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать, откуда приходят к нам космические лучи, где и при каких условиях они рождаются.

Главная трудность при исследовании космических лучей заключается в том, что нам приходится изучать их лишь в «конце пути». Поэтому разгадать тайну их происхождения не менее трудно, чем, например, восстановить биографию человека по его почерку. Для этого нам неизбежно понадобились бы дополнительные сведения.

Нельзя ли, однако, получить подробные сведения о космических лучах? Оказывается, это возможно. В космических лучах, наряду с ядрами атомов, имеются также электроны, движущиеся с большими скоростями. Подобные электроны, перемещаясь в межзвездных магнитных полях, должны излучать радиоволны. Эти своеобразные «радиопередачи» могут быть приняты с помощью чувствительных приемников — радиотелескопов. Таким путем можно получить информацию о местах скоплений космических частиц.

Где же располагаются такие скопления? Радиотелескопы указали на оболочки так называемых сверхновых звезд. В 1054 году в созвездии Тельца неожиданно вспыхнула необычная звезда. Она сияла так ярко, что ее можно было наблюдать даже днем. Странная звезда светила около полугода, а затем медленно погасла. Это удивительное событие описали в своих книгах китайские, японские и арабские летописцы. Впоследствии подобные же мощные вспышки наблюдались еще дважды — в 1065 и 1512 годах.

Явления эти получили название вспышек сверхновых звезд. В момент такой вспышки, происходящей под действием каких-то пока еще неизвестных нам физических процессов, звезда неожиданно увеличивается, сбрасывая с себя газовую оболочку. А в некоторых случаях может произойти даже полный разлет всего материала звезды. Взрыв звезды сопровождается выделением чудовищной энергии. Достаточно сказать, что иногда в течение нескольких дней сверхновая звезда излучает такое же количество света, как несколько миллиардов солнц.

После вспышки на месте взорвавшейся звезды образуется газовая туманность, состоящая из ее распыленных остатков. Одна из таких туманностей находится и в созвездии Тельца — на месте вспышки сверхновой 1054 года. За свою своеобразную форму она получила название Крабовидной. Наблюдения показали, что Крабовидная туманность, а также туманности, образовавшиеся в результате вспышек других сверхновых звезд, представляют собою мощные источники радиоизлучения. Это означает, что в подобных туманностях имеется множество быстрых электронов. Но как это проверить?

На помощь пришла оптика. В 1954 году советский ученый профессор В. Л. Гинзбург высказал мысль о том, что, если в Крабовидной туманности имеются быстрые электроны, ее излучение должно быть поляризовано.

Как известно, свет представляет собою электромагнитные волны. Волны эти поперечны, то есть направление колебаний в них перпендикулярно направлению распространения. В обычном свете лучи с различными направлениями колебаний хаотически перемешаны. Однако при известных условиях в световом луче могут происходить колебания лишь одного определенного направления. Такой свет называется поляризованным, а плоскость, в которой происходят колебания,— плоскостью поляризации.

Но как выяснить, поляризован луч света или нет? На помощь приходят особые вещества — поляроиды. Они пропускают световые лучи лишь с одним определенным направлением колебаний, задерживая все остальные. Попробуем рассматривать источник излучения сквозь поляроид, при этом постепенно его поворачивая. В тех случаях, когда свет поляризован, вращение поляроида будет сопровождаться периодическими усилениями и гашениями света.

Не прошло и года, как грузинскому астроному В. А. Вашакидзе удалось обнаружить поляризацию Крабовидной туманности, предсказанную В. Л. Гинзбургом. Так было доказано, что Крабовидная туманность содержит огромное количество электронов и других заряженных частиц, движущихся с гигантскими скоростями, то есть космических лучей. Следовательно, при вспышках сверхновых звезд рождаются космические лучи.

К такому выводу пришли в результате анализа многочисленных фактов советские ученые В. Л. Гинзбург, И. С. Шкловский, Г. Г. Гетманцев и С. Б. Пикельнер, создавшие новую теорию происхождения космических лучей.

Но если Крабовидная туманность действительно образовалась в результате мощного взрыва, то естественно ожидать, что она должна быстро расширяться. И в самом деле, сравнение фотографий, сделанных с промежутком в десять лет, показало, что за это время отдельные узелки туманности заметно переместились вдоль радиусов в стороны от центра.

По мере расширения туманности концентрация космических лучей в ней должна постепенно уменьшаться. Правда, происходит это довольно медленно. Так, например, даже тогда, когда радиус Крабовидной туманности достигнет пятнадцати-восем-надцати световых лет, плотность космических лучей здесь все еще будет примерно в тридцать раз превышать их плотность в окрестностях Солнца.

Вспышки сверхновых звезд происходят не только в нашей Галактике, но и в других подобных ей звездных системах. Однако наша Галактика в этом отношении является, так сказать, аномальной: вспышки сверхновых происходят здесь особенно часто. Подсчитано, что в пространстве радиусом около трех тысяч световых лет, окружающем наше Солнце, за каждую тысячу лет происходит в среднем одна вспышка сверхновой...

Однако при очень далеких вспышках космические частицы вследствие расширения газовой туманности постепенно рассеиваются в пространстве. Поэтому такие вспышки практически не могут оказать никакого влияния на изменение интенсивности космического излучения, приходящего на Землю.

Однако если вспышка сверхновой звезды произойдет достаточно близко, примерно на расстоянии не более двадцати пяти световых лет, то, после того как расширяющаяся газовая туманность достигнет Солнечной системы, интенсивность космических лучей на Земле может существенно увеличиться на достаточно длительный срок.

Но происходили ли подобные вспышки за время существования нашей планеты?

И если в нашей Галактике, в пространстве радиусом около трех тысяч световых лет, за каждую тысячу лет происходит в среднем одна вспышка сверхновой, то в непосредственных окрестностях Солнца, в радиусе примерно около двадцати пяти световых лет, подобные явления происходят еще реже.

Учитывая, что сверхновые звезды распределены в Галактике неравномерно, советские ученые И. С. Шкловский и В. И. Красовский подсчитали, что за время существования нашей планеты могло произойти около десяти вспышек близких сверхновых звезд. Следовательно, две из них могли случиться в тот период, когда на поверхности Земли уже существовала жизнь.

Итак, можно предполагать, что в истории нашей планеты были такие периоды, когда в течение некоторого времени плотность космического излучения значительно превышала нормальную.

К каким же последствиям могло это привести?

Как известно, все ткани и органы живых организмов построены из клеток. Одна из главных частей клетки — ее ядро, внутри которого находятся мельчайшие продолговатые образования — хромосомы, являющиеся носителями наследственности. Каждая из них имеет сложную молекулярную структуру.

Приступая к сооружению здания, инженер-строитель имеет в своем распоряжении точный проект будущего дворца, театра, жилого дома, разработанный архитекторами. Заложен лишь первый камень, а сооружение, которое только еще предстоит возвести, уже определено во всех своих деталях, вплоть до самых мелких. Подобным проектом будущего организма является молекулярная структура хромосом, которая представляет собой своеобразную кодированную запись всех его многочисленных и разнообразнейших качеств. Благодаря информации, содержащейся в хромосомах половых клеток, эти качества могут передаваться по наследству.

Чтобы строящееся здание соответствовало чертежам, их содержание доводится до всех строителей, инженеров, прорабов, рабочих. Нечто подобное происходит и в процессе развития организма. При размножении клеток, которое происходит путем их деления, удваиваются также и хромосомы. Благодаря этому в каждую из вновь образовавшихся дочерних клеток попадает по одному экземпляру каждой из хромосом. Таким путем «наследственная информация доводится» до каждой клетки.

Почему строители не ошибаются и вместо школы не построят театр, а вместо клуба — стадион? Опять-таки потому, что в их руках имеются чертежи будущего строения. Почему из зародышевой клетки тигра вырастает тигр, а из, казалось бы, точно такой же зародышевой клетки обезьяны — обезьяна?

И здесь все объясняется тем, что уже в первый момент своего возникновения каждый живой организм имеет особый аппарат, в дальнейшем управляющий процессом его развития в соответствии с «чертежами», содержащимися в хромосомах. С помощью этого удивительного аппарата формируются все части тела организма, все его органы и обеспечивается правильное их функционирование.

Однако под действием достаточно сильных радиоактивных излучений могут происходить так называемые мутации, связанные с перестройкой молекулярной структуры хромосом. В результате такой перестройки у потомков могут появиться новые качества, которых не было у родителей. Большинство потомков, полученных таким путем, будут дефективными, но среди них могут встретиться и отдельные ценные экземпляры. Сейчас подобный метод, получивший название радиационной селекции, широко используется для искусственного воздействия на наследственность и выведения новых пород животных и сортов растений.

Подобным же образом выведены ценные сорта культурных злаков, обладающих определенными качествами, в том числе сорта, устойчивые против различных заболеваний. Мутации могут происходить не только в результате искусственного облучения, но также и под действием различных природных факторов. Такие мутации получили название спонтанных, или случайных.

Почему вымерли гигантские ящеры?

Спонтанные мутации могут быть вызваны разными причинами, но значительная их доля возникает под действием радиоактивных излучений.

Частота мутаций, возникающих под влиянием радиации, для различных организмов неодинакова. Более сложные организмы чувствительнее к действию радиации, чем менее сложные, а долгоживущие формы чувствительнее тех, жизнь которых непродолжительна. С другой стороны, устоявшиеся виды животных и растений, по-видимому, поражаются случайными мутациями в значительно большей степени, чем вновь появившиеся.

Так, например, для плодовой мушки — дрозофиллы — доля случайных мутаций, возникающих вследствие радиоактивности воздуха, составляет примерно одну тысячную всех спонтанных мутаций, а для мышей чувствительность к облучению увеличивается уже примерно в двадцать раз.

Для удвоения частоты мутаций у организмов с коротким циклом размножения потребовалось бы увеличение интенсивности излучения в сотни и тысячи раз. Такой же эффект для долгоживущих форм мог бы быть получен увеличением интенсивности всего в три-десять раз.

Уже говорилось, что мутации, как правило, приводят к образованию дефективных форм. Но в условиях естественного отбора такие формы обречены на неизбежное вымирание.

Все это дает основание предполагать, что быстрое исчезновение гигантских ящеров, а также глубокие изменения в растительном мире нашей планеты, о которых говорилось в начале статьи, могли быть вызваны достаточно длительным увеличением интенсивности космического излучения, которое произошло в результате вспышки близкой сверхновой звезды.

Ведь известно, что на Земле есть такие места, где до сих пор сохранились архаические формы растений и животных. И, что самое любопытное, сохранились они в глубинах морей и океанов, а также в недрах Земли, в пещерах, то есть именно там, куда сквозь толщу воды или слои горных пород не проникают космические лучи. Все это, вместе взятое, говорит в пользу предположения о влиянии космических лучей на эволюцию жизни на Земле.

Недавно энтузиасты изучения тайны вымирания динозавров В. и Б. Богословские совместно с сотрудниками Института ядерной физики МГУ произвели в Палеонтологическом музее Академии наук СССР проверку остаточной радиоактивности окаменелых остатков древних животных. Были выбраны кости животных, обитавших на нашей планете в разные периоды, охватывающие в общей сложности промежуток времени около четырехсот миллионов лет. Измерения показали, что окаменелости, соответствующие определенным периодам, обладают повышенной радиоактивностью. Но особенно высокая, можно сказать исключительная, радиоактивность была обнаружена в костях динозавров и других ящеров, соответствующих границе мелового и третичного периодов, то есть совпадающих с эпохой их быстрого вымирания. Это обстоятельство свидетельствует в пользу предположения о том, что главной причиной вымирания гигантских ящеров было значительное повышение интенсивности радиации.

В. и Б. Богословские высказали мысль о том, что это повышение явилось результатом мощных горообразовательных и вулканических процессов, при которых на поверхность Земли из ее недр выбрасывались радиоактивные породы. Подобная идея представляется вероятной, поскольку находки других окаменелых остатков древних животных, у которых была найдена повышенная радиоактивность, совпадают с теми периодами, когда на Земле происходили сильные горообразовательные процессы.

Дальнейшие исследования должны дать ответ на вопрос о том, какие причины привели в действительности к повышению радиации в эпоху вымирания ящеров — земные или космические.

У истоков жизни

Для выяснения вопроса о причинах исчезновения гигантских ящеров нам пришлось обращаться к помощи самых различных наук: атомной физики, радиационной генетики, астрономии, биологии...

А не существует ли здесь, так сказать, «обратная связь»? Другими словами, не проливает ли, в свою очередь, изложенная нами гипотеза новый свет на некоторые проблемы тех же самых наук?

Обратимся к одному из самых увлекательных вопросов современной биологии — проблеме возникновения жизни на Земле. Современной наукой твердо установлено, что жизнь на Земле возникла естественным путем из неживых, неорганических, веществ. Это произошло в далекие времена, когда на поверхности нашей планеты сложились определенные благоприятные условия.

Советский ученый академик А. И. Опарин, автор наиболее популярной в настоящее время теории происхождения жизни, высказал предположение о том, что живое вещество скорей всего должно было возникнуть в первичном океане. А. И. Опарин считает также, что органические соединения могли образовываться и в атмосфере, которая в ту эпоху должна была состоять из смеси аммиака, метана, водорода и паров воды.

Как известно, основу живого вещества составляют белки. В свою очередь, белковая молекула очень сложна: она состоит из большого числа простых молекул. В состав любого белка входит несколько так называемых аминокислот, способных соединяться друг с другом в различных комбинациях. Этим и объясняется удивительное разнообразие живых форм.

Таким образом, проблема возникновения жизни распадается, по существу, на две: проблему возникновения первичных аминокислот и проблему объединения их в белковую молекулу. Естественно, что прежде всего должен быть получен ответ на первый вопрос. Наилучшим способом решения этой задачи явился бы синтез, то есть получение органических соединений из неорганических искусственным путем.

Однако попытки осуществить подобный опыт натолкнулись на одно весьма существенное затруднение. Важной характеристикой органических веществ служат их оптические свойства, то есть способность тем или иным способом воздействовать на световые лучи.

При прохождении поляризованного света через некоторые химические соединения, которые можно назвать оптически активными, наблюдается весьма интересное явление — поворот плоскости поляризации. Оказалось, что все органические вещества живой природы оптически активны, то есть способны поворачивать плоскость поляризации. В то же время органические вещества, полученные в результате искусственного синтеза, этим свойством не обладают.

Эта любопытная особенность, впервые отмеченная еще Луи Пастером, дала основания некоторым исследователям утверждать даже, что образование в процессе синтеза оптически активных органических соединений является исключительным свойством жизни. Однако вскоре тот же Пастер показал, что оптическая активность живых организмов связана с особенностями их молекулярного строения и может быть достигнута искусственным путем. Однако для этого необходимо выполнение некоторых условий.

Каких же?

Интересный эксперимент удалось осуществить несколько лет назад профессору Колумбийского университета С. Миллеру. В его лаборатории была сконструирована специальная установка, с помощью которой в течение длительного времени производился непрерывный электрический разряд в смеси водяных паров, водорода, метана и аммиака. При анализе полученных продуктов было обнаружено присутствие органических соединений, которые образовались в ходе эксперимента.

В аналогичных опытах советских исследователей Т. Павловской и А. Пасынского аминокислоты образовывались из исходных неорганических веществ под действием ультрафиолетовых лучей.

Тот же Миллер в своем докладе на происходившем в 1957 году в Москве Международном совещании по вопросам возникновения жизни на Земле указывал, что радиоактивность также могла служить одним из источников энергии, необходимой для образования органических соединений. Однако он тут же отметил, что, по его мнению, нет никаких оснований полагать, будто бы интенсивность космических лучей когда-либо значительно превосходила современную.

Но теперь в свете гипотезы И. С. Шкловского и В. И. Кра-совского предположение о том, что вспышка близкой сверхновой звезды могла оказать значительное влияние на образование земных органических соединений, представляется весьма вероятным. И нет ничего невозможного в том, что само возникновение жизни на Земле могло быть в той или иной степени связано с одной из вспышек близких сверхновых звезд.

На грани фантазии

Обратимся снова к астрономии.

Одной из интереснейших проблем этой науки является вопрос о жизни на планете Марс. Многочисленные данные, которыми располагает современная наука, свидетельствуют о том, что в настоящее время на Марсе нет разумных существ. Однако не исключена возможность, что они могли обитать на этой планете в отдаленном прошлом. Но почему жизнь на Марсе, соседней с нами планете, могла возникнуть и достичь высокого уровня развития гораздо раньше, чем на Земле? И что произошло с ней в дальнейшем? Нельзя ли и к этой проблеме подойти с точки зрения космических лучей.

Как известно, атмосфера Марса более разрежена, чем земная. Поэтому первичные космические лучи должны проникать сквозь марсианскую атмосферу гораздо интенсивнее. А это означает, что поток космических частиц большой энергии, возникших в результате вспышки сверхновой звезды, достаточно далекой, чтобы не повлиять на Землю, защищенную воздушной броней, мог оказать существенное воздействие на Марс. Благодаря этому жизнь на Марсе могла возникнуть раньше, чем на Земле, и раньше достигнуть высокого уровня развития. Но жители Марса все время находились под угрозой. И они действительно могли погибнуть под действием космических лучей, порожденных той или иной причиной. Если даже «население» Марса и не было полностью уничтожено подобной катастрофой, то, во всяком случае, оно могло быть отброшено на многие тысячелетия назад.

Разумеется, подобная точка зрения пока что является фантастической. Но, с другой стороны, в ней нет и ничего антинаучного.

Не грозит ли нам катастрофа?

Но если все предположения, изложенные выше, справедливы,— не угрожает ли человечеству ужасная опасность? Ведь в любой момент может произойти вспышка близкой сверхновой звезды. А может быть, такая вспышка уже произошла и мощные потоки космических частиц несутся к Земле?

Однако на этот счет мы можем быть совершенно спокойны. Если бы даже вспышка близкой сверхновой звезды действительно произошла, то между моментом, когда это будет наблюдаться с Земли, и моментом, когда нашей планеты достигнут космические лучи, пройдут многие тысячелетия, в течение которых человечество вполне успеет разработать и принять соответствующие защитные меры. Можно также с уверенностью утверждать, что подобные вспышки не имели места и в ближайшем прошлом. Мы уже знаем, что остатки сверхновой звезды представляют собой мощный источник радиоизлучения, между тем в ближайших окрестностях Солнца таких источников но существует.

Что же касается гипотезы о влиянии вспышек сверхновых звезд на развитие жизни на Земле, то она пока что еще остается только гипотезой. Верна она или нет, покажет время. Но независимо от будущей оценки эта гипотеза весьма поучительна в двух отношениях. Во-первых, она показывает, что успешное решение геофизических и геологических проблем возможно лишь при обязательном учете того обстоятельства, что наша Земля представляет собой часть космоса. Во-вторых, ее содержание убедительно свидетельствует о том, что решение многих кардинальных вопросов современного естествознания может быть достигнуто только комплексным путем в результате использования достижений самого широкого круга конкретных наук.

В. Комаров