Исторический очерк ранней палеонтологии. Именно в Италии особое внимание впервые было уделено органическим остаткам. Леонардо да Винчи утверждает, что они представляют собой реальные раковины или их остатки, а следовательно, суша и море должны были изменить свое относительное положение. В то время окаменелости считались редкими диковинками, никто не предполагал, что они многочисленны, и выдвигалось множество фантастических гипотез для объяснения их появления. Одни относили их к всемирному потопу, упомянутому в Писании; другие — к некой пластической силе, неясно приписываемой Земле; третьи думали, что они порождены солнечным светом, теплом и дождем. Да Винчи принадлежит первое четкое утверждение об их истинной природе: о том, что они действительно являются остатками органических существ. Вскоре эту тему подхватили другие выдающиеся итальянцы. Фракасторо писал об окаменелостях [315] Вероны; Сцилла, сицилиец, — о превращенных в камень морских телах, иллюстрируя свою работу гравюрами. Еще позже Валлиснири в 1721 году опубликовал письма о морских телах, найденных в скалах, пытаясь с их помощью определить масштабы морских отложений Италии. Эти первые деятели геологии вскоре осознали выгоду, получаемую от создания музеев и публикации каталогов. Первым из них, судя по всему, был каталог Джона Кентмана, пример которому последовали Кальцеолярий и Валлиснири. Впоследствии Фонтанель предложил составлять карты в соответствии с ископаемыми остатками; но задействованный принцип не применялся в больших масштабах в качестве истинного геологического критерия до тех пор, пока его не ввел Смит в связи с английскими пластами.
Доорганическое время. Датчанину Стено принадлежит признание доорганических пород в противоположность органическим — различие, термины которого неизбежно включают в себя идею времени. Вскоре стало общепризнанным, что пласты, в которых встречаются органические остатки, имеют более позднюю датировку, чем те, которые их лишены, причем доорганичные породы демонстрируют доорганичное время. Более того, по мере развития фактов стало очевидно, что существуют существенные различия в соотношениях окаменелостей, и хотя в Италии в горах могут встречаться те же виды раковин, что и в прилегающих морях, в других местах это было далеко не всегда так. Наконец начала проясняться истина о том, что чем старше исследуемые пласты, тем более выраженными оказываются различия между их органическими остатками и существующими видами. Было также обнаружено, что одни и те же виды часто простираются поверхностно на огромные районы, но при вертикальном исследовании один вид за другим быстро появляется в нисходящем порядке — порядке, который можно было проверить вопреки изгибам, трещинам и смещениям пластов. Здесь обнаружился очень важный теоретический вывод: быстрое появление существенно отличающихся органических форм по мере того, как породы становились древнее, явно и полностью противоречило одной катастрофе, такой как всемирный потоп, к которому их обычно относили. Было очевидно, что толщина пластов, в которые они были заключены, и колоссальное количество, в котором они [316] встречались, в некоторой степени соответствовали периоду жизни этих окаменелостей, поскольку каждая из них, большая или малая, должна была иметь свое время рождения, зрелости и смерти. Недостаточность единой катастрофы. Когда же стало невозможным сомневаться в том, что пласты толщиной в много сотен футов были переполнены такими остатками, отнесение их погребения к путанице одной катастрофы стало совершенно немыслимым, ибо все указывало на упорядоченный и неторопливый процесс. Еще более убедительными эти свидетельства стали тогда, когда при более критическом изучении окаменелостей было продемонстрировано, что одни пласты имеют пресноводное, а другие — морское происхождение, причем одни вплетены в другие подобно страницам в книге. Этому факту можно приписать окончательное крушение доктрины единой катастрофы и ее замену доктриной периодических изменений.
Упорядоченная прогрессия организации. Из этих утверждений станет понятно, что, начиная с первого появления организации, был продемонстрирован упорядоченный процесс от форм, совершенно не похожих на те, с которыми мы знакомы, вплоть до ныне существующих — процесс, шедший настолько медленно, что для него невозможно было отвести меньшую продолжительность, чем тысячи столетий. Более того, казалось, что направляющим условием, управлявшим этим вековым шествием организации, было то же самое условие, которое до сих пор определяет возможность существования и распределения жизни. Смена органических форм указывает на четкую связь с понижающейся температурой. Растения самых ранних времен являются растениями сверхтропического климата, и эта примитивная растительность казалась демонстрирующей то, что на всем земном шаре существовал однородный климат — климат с высокой температурой. Угольные пласты Новой Шотландии демонстрировали те же роды и виды, что и пласты Европы, и ботаническая связь с понижающейся температурой в последовательные эпохи была выражена настолько отчетливо, что предпринимались попытки выразить эры через их преобладающие организмы; так, деление Броньяра для первичных пластов — это Эпоха акрогенов; для вторичных, за исключением мелового, — Эпоха голосеменных; для третичных, включая меловой и третичный периоды, — Эпоха покрытосеменных. Особо следует отметить, что [317] меловая флора в целом объединяет предшествующий и последующий периоды, доказывая, что изменение происходило не путем кризиса или внезапной катастрофы, а новые формы мягко возникали среди старых. После эоценового периода двудольные покрытосеменные стали преобладающей формой, и с того времени до плейстоцена свидетельства продолжающегося похолодания являются абсолютными.
Климаты во времени и в пространстве. По мере того как проводилось исследование от самых древних до более поздних эпох, обнаруживались признаки все более отчетливого климатического распределения: в высоких широтах — от сверхтропического через тропический, умеренный вплоть до нынешнего ледяного состояния; в более низких широтах процесс понижения останавливался в более ранней точке. Таким образом, казалось, что происходило создание климатов как в порядке времени, так и в порядке местности, причем наибольшее изменение произошло в ледяной зоне, которая прошла через все средние температуры, промежуточное изменение — в умеренной, и минимальное — в тропической зоне. Общим эффектом стало появление на одной и той же планете последовательности поверхностей, приспособленных к разнообразной организации и предлагающих более величественное зрелище, чем если бы нам было дозволено осматривать много разных планет; ибо на них могло не быть необходимой связи их форм жизни, но здесь она есть, так что, если бы наши знания о сравнительной физиологии были более совершенными, мы могли бы развлечься введением среди знакомых нам растительных и животных организмов гипотетических форм, которые сделали бы серию полной, и проверить наши принципы их последующим открытием в глубоких пластах Земли.
Разве эта прогрессия жизни на нашей планете не наводит на мысль о подобной прогрессии для Солнечной системы, которая в своей совокупности проходит за мириады лет через все органические фазы? Разве мы не можем также от нашей Солнечной системы подняться к аналогичной концепции для вселенной?
Существуют два очень важных соображения, на которых мы должны остановиться для полного понимания последствий этих изменений: 1) Механизм понижающейся температуры; 2) Его влияние в органическом мире.
Природа земной понижающейся температуры. 1. Равномерно высокая температура никогда не могла бы [318] проявиться на всей поверхности нашей планеты за счет какого-либо нагревательного влияния Солнца. Высокая и равномерная температура безошибочно указывает на внутреннюю причину; а постепенное появление климатов, демонстрирующих относительно возрастающую силу Солнца, указывает на медленное уменьшение этого внутреннего тепла. Но это именно тот вывод, к которому пришли при рассмотрении Земли с чисто физической точки зрения. До тех пор пока ее собственное внутреннее тепло превосходило тепло, получаемое от солнца, было невозможно установить что-либо, отвечающее климатам; и пока не было достигнуто определенное остывание путем излучения, температура должна была быть сравнительно равномерной во всех широтах; но как только эта точка была пройдена, с необходимостью последовало расположение зон разных температур, или, иными словами, появились климаты, причем этот процесс был по сути медленным и становился все более медленным по мере того, как продолжалась потеря тепла. Наконец, когда потеря тепла Землей прекратилась, в климатическом устройстве установилось равновесие в том виде, в каком мы находим его сейчас. Таким образом, чисто физические, равно как и геологические соображения привели философов по этому вопросу к тому же выводу — тому выводу, который так часто повторялся: очень долгие периоды времени.
Следствие для флоры и фауны. 2. Что касается влияния на органический мир. Ничто не может жить при температуре выше точки кипения воды, ибо условие жизни подразумевает циркуляцию водной жидкости, сока или крови от одной части живого механизма к другой. Отсюда с необходимостью следует, что планета, температура которой превышает определенный предел, обязательно должна иметь безжизненную поверхность; и это казалось толкованием того доорганического времени, о котором мы упоминали. Более того, когда температура соответствующим образом понижается, опускаясь до предела, при котором жизнь возможна, ее однородность на поверхности планеты порождает однородность в организации. Это было бы тождественностью, если бы тепло было единственным регулирующим условием жизни. На этой стадии вещей, когда солнечное тепло подавлено и существует заметно однородная температура во всех широтах, все же единственно возможными органическими формами являются те, которые совместимы с высокой температурой, причем однородность физического [319] состояния накладывает общую однородность на облик жизни географически. Производство и распределение новых организмов. Но в тот момент, когда становится возможным климатическое распределение, становится возможным и разнообразие органических форм. Теперь также наступает другой важнейший результат — географическое распределение. Как у растений, так и у животных те организмы, чьи жизненные условия несовместимы с происходящим изменением, должны удалиться из затронутой местности. У растений это отступление осуществляется через постепенное увядание и гибель особей или невозможность размножения; у животных к этому добавляется, благодаря их способности к передвижению, добровольное удаление, по крайней мере в случае отдельных особей, причем неподвижность вида исправляется передвижением особи. Затронутый регион стал неподходящим, безрадостным, некомфортным; они покидают его; и по мере того как граница, которую они в одном случае не могут, а в другом не хотят перешагнуть, продвигается вперед, они отступают перед ней. Если бы изменение было резким или происходило путем внезапного кризиса, казалось бы, не было иного возможного исхода, кроме перенаселения незатронутого региона и запустения изменившейся части. Но поскольку развивающаяся клетка в новых условиях производит новую форму, а физическое изменение происходит с чрезвычайной медленностью, происходит появление видоизмененных структур. И таким образом благодаря снижению температуры достигаются два четких результата: во-первых, появление органических форм в порядке последовательности, когда новые заменяют старые, словно являясь их трансмутациями, и, во-вторых, географическое распределение.
Иллюзорная природа органического равновесия. В своей «Физиологии» я постарался подробно объяснить изложенные здесь принципы. Я попытался показать, что видимость неизменности, демонстрируемая животным или растением, вовсе не является доказательством неизменности. Эти формы сохраняют в наше время свой особый облик потому, что условия ареала, в котором они живут, не меняются; но пусть повысится средняя температура, пусть станут ярче солнечные лучи, изменится состав воздуха, и мир организации немедленно покажет, насколько глубоко он был затронут. И такие изменения в некотором смысле не должны быть более чем ничтожными, чтобы произвести колоссальные результаты. Так, воздух содержит лишь [320] 1/2000 своего объема углекислого газа. Если удалить это кажущееся ничтожным количество, вся поверхность Земли в одно мгновение превратится в безжизненную пустыню без какой-либо возможности растительной жизни.
Каменноугольный период. По мере развития физической геологии каменноугольный период стал рассматриваться как главная эпоха в истории нашей планеты. В результате медленного снижения температуры постепенно сложились условия, позволившие — с точки зрения температурного режима — обеспечить пышный рост растительности. Вся та колоссальная масса углерода, которая ныне находится в земных недрах в различных формах угля, существовала в атмосфере в виде углекислого газа. Доля свободного кислорода была меньше, чем в настоящее время, на объем, равный избытку углекислого газа. Влияние света на атмосферу. Изменение состава этой первобытной атмосферы было вызвано действием света: под влиянием солнечных лучей растения разлагают углекислый газ, усваивая его углерод и по большей части высвобождая кислород. Количество углерода, которое может быть таким образом законсервировано для нужд растения, и, по сути, каждый такой процесс разложения под воздействием света прямо пропорционален количеству поглощенного света, что было доказано проведенными мной лично экспериментами. Для образования столь огромной массы горючего вещества требовался очень длительный период времени, в течение которого солнце могло бы обеспечивать необходимое световое воздействие.
Эпоха за эпохой солнечные лучи продолжали свою работу, меняя механические свойства и состав атмосферы, строение моря и облик земной поверхности. Происходил колоссальный рост папоротников, лепидодендронов, хвощеобразных, хвойных. Процентное содержание кислорода в воздухе постоянно увеличивалось, а углекислого газа — неуклонно снижалось; давление воздуха соответственно уменьшалось, отчасти из-за замены тяжелого газа более легким, а отчасти из-за общего медленного падения температуры, которое сокращало абсолютный объем водяного пара. А также на море. Море в своих глубочайших безднах также подвергалось воздействию солнечного света — не напрямую, а косвенным образом; поскольку по мере удаления углекислого газа из атмосферы океан непрерывно выделял порции этого газа [321], чтобы поддерживать диффузионное равновесие между растворенным в нем газом и свободным газом воздуха. И вода уже не могла удерживать в прозрачном растворе те огромные количества карбоната кальция, которые когда-то скрывались в ней, так как отложению определенной массы угля в земле неизбежно сопутствовало отложение эквивалентного количества карбоната кальция в море. Это могло происходить в виде аморфного осадка, но, по всей вероятности, происходило — как это и было на самом деле — в форме органических структур в мощных пластах известняка, ровесниках угля или более поздних. Таким образом, воздух и океан претерпевали незримые изменения под воздействием разрушительной деятельности солнца, а поверхность твердой земли также переживала более явные и, можно сказать, более грандиозные перемены. Растения в дикой роскоши развивались в жарком и сыром климате, и теперь приближалась возможность появления гораздо более высоких типов животных, чем те, что существовали прежде. Смена холоднокровных животных теплокровными. В старой тяжелой атмосфере, полной ядовитого газа, могли поддерживать существование лишь медленно дышащие холоднокровные животные; но после того как совершилось великое изменение в составе воздуха, появились быстро дышащие теплокровные формы. До сих пор высшей ступенью, которой могла достичь животная жизнь, были земноводные и ящероподобные организмы; однако даже им было суждено участвовать в этих переменах, увеличиваясь в размерах и жизненной емкости. Птеродактиль медового периода — летающая ящерица — достигал почти семнадцати футов в размахе крыльев. Воздух теперь стал пригодным для млекопитающих, как плацентарных, так и бесплацентарных, и для птиц. Одно за другим, в надлежащем порядке, появлялись высшие позвоночные: морские — вроде китообразных; воздушные — как летучая мышь; а среди наземных в эоцене появились приматы, но человек — лишь после плиоцена.
Возраст организмов может меняться, но их порядок — нет. Хотя дальнейшее развитие геологии может впоследствии привести к корректировке некоторых из полученных таким образом выводов относительно времени появления различных органических форм и отодвинуть их к более древним эпохам, вряд ли [322] когда-либо произойдут существенные изменения в порядке их появления. Птиц, млекопитающих, рептилий, рыб и беспозвоночных можно обнаружить в более ранних пластах; организмы могут быть найдены даже в некоторых из тех формаций, которые ныне считаются не содержащими окаменелостей; однако вовсе не вероятно, что преобладание рептилий когда-либо перестанет быть главной характеристикой вторичных пород, или млекопитающих — третичных, или что кто-либо станет сомневаться в предшествовавшем им периоде огромной продолжительности, в течение которого господствующим типом жизни были беспозвоночные. Вероятно, никогда не будет обнаружено ничего такого, что могло бы опровергнуть физический вывод о том, что при избытке углекислого газа в воздухе флора должна была тяготеть к споровым и голосеменным, а в угле будет наблюдаться дефицит однодольных и двудольных покрытосеменных; ничто не опровергнет тот факт, что животные были медленно дышащими и холоднокровными; и что птицы появились лишь после того, как кислород в воздухе увеличился, а средняя температура снизилась. Хотя плацентарные и сумчатые животные впоследствии могут быть обнаружены раньше, чем в стоунсфилдском сланце; хотя жуки-древоточцы и травоядные жуки, кузнечики, стрекозы и поденки могут быть найдены под лясом, а скорпионы и тараканы — под углем, хотя также под углем могут встречаться саламандры и завроподобные земноводные, примером которых является архегозавр; хотя рептилии, такие как телерпетон, могут быть найдены глубже старого красного песчаника, — тем не менее связь между составом воздуха и формами жизни никогда не будет поколеблена. Неизменными останутся факты: географическое распределение типов предшествовало появлению существующих видов; организмы впервые появились в жидкой среде, первоначально морской, затем речной и наконец наземной; лучистые, моллюски, членистоногие, позвоночные — все они сначала были водными, причем лучистые навсегда остались таковыми; плоскостью наибольшей жизненной активности всегда был уровень моря, где соприкасаются земля и воздух; порядок индивидуального развития совпадает с порядком развития мирового. Сохранятся и важные выводы: фауна млекопитающих дивергировала быстрее, чем моллюски; теплокровные животные не обладали той долговечностью [323] видов, которую продемонстрировали холоднокровные, подобно тому как мы наблюдаем на отдельном организме, что способность к мышечному сокращению под действием определенной гальванической силы длится у последних гораздо дольше, чем у первых; если теплокровные группы имеют столь более короткую продолжительность жизни, они пользуются компенсацией в виде большей энергии этой жизни — возможно, это является причиной, а то — следствием; несмотря на бесчисленные формы, демонстрируемые видами, их продолжительность столь велика, что они переживают огромные изменения в топографической конфигурации стран — фауна некоторых стран существовала еще до появления самих этих стран; план индивидуального развития всегда был таким же, как сейчас, а сходство внешнего влияния порождает сходство организации.