Такую экономию можно просто проиллюстрировать, рассмотрев случай резервуара с водой, поднятого над двумя гидравлическими двигателями, так что поднятая масса воды обладает гравитационной потенциальной энергией. Доступная энергия здесь представляет собой энергию, накопленную в организме. Как лучше всего передать воду к двум двигателям [органическим системам, реагирующим на условия А и Б], чтобы
110
потери энергии при транспортировке были как можно меньше? Если двигатели находятся близко друг к другу, наиболее экономично использовать один трубопровод, который распределит необходимый запас воды к обоим. Если двигатели расположены далеко друг от друга, наиболее экономично проложить отдельные трубопроводы. Наибольшая экономия достигается при выполнении множества функций одним и тем же рядом физиологических процессов там, где это согласуется с удовлетворением других требований, продиктованных внешними или внутренними условиями.
Но при подаче воды к двум двигателям из одного трубопровода возникает важное и очевидное следствие. Мы не можем запустить один двигатель, не запустив другой. Если мы откроем клапан в трубопроводе, оба двигателя придут в движение и начнут потреблять энергию, накопленную в резервуаре. И хотя при одном наборе условий они оба могут выполнять полезную и необходимую работу, при другом наборе условий может оказаться излишним, чтобы работали оба.
Этот последний факт является иллюстрацией соображения, которое должно войти в явление, называемое выдающимся биологом физиологической или бессознательной «памятью».[1] Ибо развитие организма из яйцеклетки — это лишь запуск цепи взаимозависимых событий, сложность которых зависит от опыта прошлого.
[1] Эвальд Геринг, цитируется по: Рэй Ланкастер, The Advancement of Science, стр. 283.
111
Короче говоря, мы можем предположить, что все развитие растения, направленное на удовлетворение определенных групп внешних условий, физиологически связано друг с другом в соответствии с тем, как природа склонна ассоциировать определенные группы условий. Таким образом, в рассматриваемом случае климатическая суровость и нехватка опылителей всегда будут связаны; и в долгом опыте прошлого, как мы можем предположить, принимается наиболее экономичная физиологическая установка по отношению к обоим; так что присутствие одного условия возбуждает кажущуюся бессознательную память о другом. В действительности процесс удовлетворения одного условия включает в себя процесс и развитие для удовлетворения другого.
И это соображение может быть распространено весьма широко на такие организмы, которые могут выживать в одних и тех же сопутствующих природных условиях, ибо история эволюции столь долга, а способность к передвижению столь существенна для организма на каком-то этапе его жизненного цикла, что мы не можем философски предполагать наличие локальной истории для представителей вида, даже если в настоящее время они широко разделены географически. Следовательно, на каком-то этапе в прошлом вполне возможно, что особи, процветающие сегодня в Париже, приобрели опыт, востребованный в Уппсале. Совершенство физиологической памяти не устанавливает предела дате, когда это могло произойти — возможно, это результат череды суровых сезонов в Париже; возможно, результат миграций — а семена многих цветковых растений обладают средствами миграции, лишь немногим уступающими тем, которыми обладают летающие и плавающие животные. Но, опять же, возможно, этот опыт
112
был приобретен далеко в прошлом эволюционной истории цветка.[1]
Но возникает и другое соображение. Не только в каждый момент жизни особи должны учитываться максимальный доход и наиболее разумные расходы, но и во всей ее жизненной истории, и даже на протяжении истории ее рода, эффективность должна стремиться к максимуму. Этот принцип доходит даже до того, что при необходимости он приводит к смерти особи, как в случае с теми организмами, которые, совершив акт размножения, почти немедленно погибают. Этот взгляд на природу может быть отталкивающим, но, тем не менее, очевидно, что мы являемся частями системы, которая безжалостно жертвует индивидом из общих соображений экономии. Таким образом, если кривая, определяющая среднюю скорость получения энергии всех видов в разные периоды жизни организма, будет противопоставлена второй кривой, проведенной ниже оси, вдоль которой измеряется время, представляющей среднюю скорость расхода энергии на развитие, размножение и т. д. (рис. 7), то эта последняя кривая, которая, конечно,
[1] Цветки самоопыляющихся и особенно клейстогамных растений (например, Viola) являются примерами бессознательной памяти или бессознательной «ассоциации идей», ведущей к развитию органов, ныне лишенных функции. Pontederia crassipes из Амазонии, которая развивает плавающие пузыри при росте в воде, но быстро абортирует их при росте на суше, и, по-видимому, сохраняет эту способность к адаптации к окружающей среде в течение неопределенного периода времени, должна в каждом случае действовать на основе бессознательной памяти, основанной на прошлом опыте. Можно было бы привести много других примеров.
113
физиологически зависит от первой, должна быть по своей природе от начала до завершения в смерти такой, чтобы реализовывалось условие наиболее экономичной скорости расхода на каждом этапе жизни.[1] Скорость расхода энергии на любом этапе жизни, конечно, определяется в такой кривой наклоном кривой к оси времени в рассматриваемый период; но этот конкретный наклон должен быть обусловлен предыдущей частью кривой и в очень значительной степени включает ее прошлое и будущее развитие.
{Рис. 7}
Следовательно, факторами эволюции в организм будет заложен единый курс экономичного расхода, завершающийся только его смертью, который придаст пророческий характер прогрессу развития индивида.
Таким образом, мы рассматриваем единый жизненный путь каждой органической единицы, от ее начала в яйцеклетке до дня
[1] См. The Abundance of Life.
114
когда она расстается с жизненной силой, как подготовку к важным органическим событиям, которая происходит на протяжении всего курса развития; и экономию, связанную со слиянием физиологических процессов для феномена физиологической памяти, в которой мы видим отражение, так сказать, в развитии организма, ассоциации неорганических ограничений, встречающихся в природе, которые в какой-то предыдущий период запечатлелись в пластичном организме. Мы можем представить себе проросток в Уппсале, движимый органической памятью и унаследованной склонностью к экономичной подготовке к будущим событиям, постепенно развивающийся к эстетической кульминации своей карьеры. Только каким-то подобным образом представляется возможным объяснить пророческое развитие организмов, наблюдаемое не только у альпийских цветов, но и повсюду в природе.
И таким образом, наконец, к эффектам естественного отбора и действиям, определяемым общими принципами биологии, я бы отнес объяснение того, каким образом цветы в Альпах развивают свою своеобразную красоту.
115
ГЕНЕЗИС ГОР
НАШИ предки относились к горным регионам с чувством ужаса, смешанным с состраданием к тем, кого недобрая судьба обрекла жить в них. Мы же, напротив, находим в созерцании великих альп Земли такие мирные и возвышенные мысли и такой покой для наших душ, что именно к этим уединенным местам мы обращаемся, чтобы залечить раны жизни. Трудно объяснить причину столь разного взгляда. Вероятно, отчасти это следует отнести к тому облаку суеверного ужаса, который на протяжении всего Средневековья населял уединенные места неведомыми страхами; и отчасти к аскетизму, который побуждал благочестивых людей рассматривать красоту и радость жизни как ловушки для благополучия души. В тех вечных уединенных местах, где наиболее очевидны подавляющие силы Природы, должен обитать злой принцип или находить приют ужасное потомство дракона.
Но хотя в наше время эстетический аспект гор привлекает всех, в физической истории гор остается многое, что ускользает от тех, кто не приобщился к научным исследованиям альпийской структуры и генезиса. Они теряют прошлую историю, которая по своему интересу соперничает
116
со всем, что наука может рассказать об изменениях Земли.
Как бы велики ни были физические особенности гор по сравнению с творениями Человека, и как бы велики ни были задействованные силы по сравнению с теми, что мы можем создать или контролировать, самые высокие хребты малы по сравнению с размерами Земли. Полезно помнить об этом. Я привожу здесь (табл. XV) чертеж в масштабе, показывающий сектор, вырезанный из сферы радиусом 50 см; настолько большой, чтобы показать схождение его радиальных границ, которые при продолжении встретятся в центре. В том же масштабе, что и радиус, на диаграмме показаны самые высокие горы и самые глубокие океаны. Также представлены средняя высота суши и средняя глубина океана. Мы видим, сколь малое движение земной коры представляет собой высочайшее поднятие Гималаев и какая небольшая впадина вмещает океан.
Тем не менее, объяснить генезис этих небольших возвышений и впадин отнюдь не просто. Нас увело бы далеко от нашей непосредственной темы обсуждение различных теоретических взглядов, выдвинутых для объяснения этих фактов. Идея о том, что горные складки и менее значительные неровности земной поверхности возникли в результате сморщивания коры под влиянием охлаждения и сжатия подкоровых материалов, разделяется многими выдающимися геологами, но не без возражений со стороны других.
Наиболее поразительным наблюдательным фактом, связанным с горной структурой, является то, что без исключения все хребты
117
Земли построены по существу из осадочных пород: то есть из пород, которые накопились в далеком прошлом под поверхностью океана. Иногда может присутствовать вулканическое ядро — вероятно, как сопутствующий фактор или следствие поднятия — или ядро плутонических изверженных пород, возникшее под воздействием тех же сжимающих сил, которые выгнули и изогнули пласты из их первоначального горизонтального положения. Нередко среди людей, лишенных наблюдательности, встречаются те, кто считает все горные хребты вулканическими по происхождению. Однако вулканы не создают горных хребтов. Они извергаются в виде более или менее изолированных конусов или холмов. Сравните карту Оверни с картой Швейцарии; вулканы Южной Италии с Апеннинами. Такие великие хребты, как те, что окаймляют тройными стенами западное побережье Северной Америки, в некотором смысле не являются вулканическими: как и Пиренеи, Кавказ или Гималаи. Вулканические материалы изливаются с вершин Анд, но сам хребет построен из складчатых осадочных пород по той же архитектуре, что и другие великие хребты Земли.
Прежде чем пытаться объяснить происхождение гор, мы должны сначала более тесно познакомиться с явлениями, сопровождающими горное поднятие.
В настоящее время вдоль окраин континентов, где реки достигают океана, происходят значительные накопления осадочных пород. Так, Мексиканский залив, принимающий осадки Миссисипи и Рио-Гранде;
118
северо-восточное побережье Южной Америки, принимающее осадки Амазонки; восточное побережье Азии, принимающее детрит китайских рек — являются примерами таких областей осадконакопления. Год за годом, век за веком накопление продолжается, и по мере его роста дно моря опускается под тяжестью груза. В том, что кора прогибается под бременем осадков, мы уверены; ибо в противном случае многие мили вертикально нагроможденных пластов, которые предстают нашему взору в горах, никогда не могли бы отложиться в прибрежных морях прошлого. Изгиб и опускание коры — неоспоримые реалии.
Такие обширные опускающиеся области известны как геосинклинали. Из накопленных осадков геосинклиналей во всех случаях возникали горные хребты прошлого; и горы будущего, несомненно, возникнут, и высокие хребты будут стоять там, где сейчас океанские воды покрывают собирающиеся осадки. Каждый горный хребет на Земле подтверждает достоверность этого предсказания.
Горнообразующее движение происходит после того, как накопится определенная большая толща осадков. Оно наиболее интенсивно там, где толщина отложений наибольшая. Мы видим это, когда изучаем структуру наших существующих горных хребтов. По обе стороны, где осадки истончаются, возмущение затухает, пока мы не обнаружим сравнительно неглубокие и нетронутые горизонтальные осадки, покрывающие поверхность континента.
Какова бы ни была связь между осадконакоплением и
119
последующим поднятием, элемент большой глубины накопления представляется необходимым условием и должен, очевидно, входить как фактор в задействованные Физические Процессы. Горный хребет может возникнуть только там, где геосинклиналь глубоко заполнена в течение долгих эпох осадконакопления.
Описание Дана событий, сопровождающих горообразование, впечатляет:
«Горный хребет обычного типа, подобный тому, к которому принадлежат Аппалачи, создан из осадочных формаций долгой предшествующей эры; пластов, которые отлагались согласно и последовательно, пока не достигли необходимой толщины; пластов, распространяющихся на регион площадью десятки тысяч квадратных миль. Регион, в котором происходило формирование осадочных пород для того, чтобы в конечном итоге создать Аппалачский хребет, простирался от Нью-Йорка до Алабамы, имел ширину от 100 до 200 миль, а толщина нагромождения горизонтальных пластов посередине составляла 40 000 футов. Толщина пластов для гор Уосатч, по словам Кинга, составляла 60 000 футов. Пласты для Аппалачей отлагались не в глубоком океане, а в мелководье, где происходило постепенное опускание; и в конце концов, когда они были готовы к генезису, они лежали в желобе глубиной 40 000 футов, заполняя его до краев. Таким образом, оказывается, что эпохи горообразования происходили только после долгих интервалов покоя в истории континента».[1]
[1] Dana, Manual of Geology, третье издание, стр. 794.
120
На западной стороне Северной Америки работа по горообразованию действительно велась в грандиозном масштабе. На протяжении долгих веков и смены геологических эпох осадконакопление продолжалось так, что отложения палеозойских и мезозойских времен собирались в геосинклинали, образованной их собственным постоянно возрастающим весом. Место будущего Ларамийского хребта в конце мелового периода было занято примерно 50 000 футов осадочных отложений; но предел, по-видимому, был достигнут, и в это время Ларамийский хребет, а также его южное продолжение в Соединенные Штаты, Скалистые горы, начали свое формирование. Чемберлин и Солсбери[1] оценивают, что высота гор, развившихся в Ларамийском хребте в это время, составляла 20 000 футов, и что из-за дальнейшего поднятия, которое произошло с тех пор, их нынешняя высота составляла бы от 32 000 до 35 000 футов, если бы эрозия не уменьшила их. Таким образом, по обе стороны американского континента мы имеем одни и те же действующие силы, воздвигающие горные хребты там, где ранее осадки сносились в океан.
Эти великие события имеют ритмический характер; кора, так сказать, пульсирует под комбинированным влиянием осадконакопления и денудации. Первое включает в себя нисходящие движения под собирающейся нагрузкой и, в конечном счете, обращение движения в поднятие; второй фактор, который на всем протяжении
[1] Chamberlin and Salisbury, Geology, 1906, III, 163.
121
действовал как создатель осадков, затем вмешивается как разрушитель вновь поднятых гор, перенося их материалы снова в океан, когда ритмическое действие возвращается к своей первой фазе, и вековая последовательность событий должна начинаться снова.
Давно было сделано предположение, что сжимающее напряжение в коре должно быть первичным условием этих движений. Работа, необходимая для осуществления поднятий, должна быть получена из какого-то ранее существовавшего источника энергии. Феномен — по сути, складкообразование коры — предполагает приспособление земной коры к уменьшающемуся радиусу; тот факт, что великие горообразующие движения одновременно затрагивали всю землю, безусловно, говорит в пользу того, что в основе этого явления лежит общераспространенная причина.
Сжимающие напряжения должны быть ограничены верхними несколькими милями коры, ибо, по сути, увеличение температуры и давления с глубиной вскоре придает среде текучие свойства, и медленное тангенциальное сжатие приводит скорее к гидростатическому давлению, чем к направленным напряжениям. Таким образом, складчатость, видимая в горном хребте, и возникающее из нее боковое сжатие являются эффектами, ограниченными верхними частями коры.
Энергия, которая поднимает гору, вероятно, является сохранившейся частью первоначальной гравитационной потенциальной энергии самой коры. Следует предположить, что кора, следуя вниз за сжимающейся подкоровой магмой, развивает огромные сжимающие напряжения в
122
своих материалах, затрагивая обширные географические области. Когда складкообразование наконец происходит вдоль оси удлиненной синклинали осадконакопления, напряжения находят разрядку, вероятно, на протяжении сотен миль, и область складчатости теперь становится сжатой в поперечном направлении. В качестве иллюстрации, Ларамийский хребет, по словам Доусона, представляет собой сокращение поверхностного пояса шириной 50 миль до 25 миль. Изумительные трансляционные движения коровых складок с юга на север, возникающие при генезисе Швейцарских Альп, которые выявили недавние исследования, являются еще одним примером этих движений разрядки, которые продолжают происходить, возможно, в течение многих миллионов лет после того, как они были инициированы.
Результатом этого прогибания коры является коробление поверхности, которое в целом направлено вверх; но опускание также является сопутствующим фактором, по крайней мере во многих случаях, при горном поднятии. Так, мы обнаруживаем, что дно океана прогибается в синклиналь вдоль западного побережья Южной Америки; желоб всегда параллелен хребтам Анд. Нисходящее отклонение коры, конечно, является результатом тех же сжимающих напряжений, которые поднимают гору.
Тот факт, что прогибание коры всегда происходит там, где осадки накопились на наибольшую глубину, время от времени приводил к попыткам установить физическую связь между тем и другим. Наиболее известной из этих теорий является теория Бэббиджа и Гершеля. Она ищет связь в подъеме