А был ли "взрыв"?

Необычайное внимание недавно привлекла статья профессора Калифорнийского технологического института Киршвинка и его сотрудников Риппердана и Эванса, в которой выдвигалось сенсационное утверждение, будто около полумиллиарда лет назад наша планета претерпела подлинный кувырок в космическом пространстве. По данным авторов, в ходе этого катаклизма наша планета повернулась на целых 90 градусов относительно своей оси, в результате чего основные материки Земли сменили свое прежнее местоположение - у полюсов - на нынешнее.

Разумеется, научные и научно-популярные журналы мира тотчас оповестили своих читателей о новой сенсационной гипотезе. Но что удивительно - все сообщения о ней шли под заголовками типа: "Поворачивающаяся Земля объясняет кембрийскую загадку", или "Кувырок планеты - причины кембрийского взрыва". Действительно, в завершение своей статьи авторы напрямую связывали результаты своих исследований с тем великим эволюционным скачком, который произошел на Земле те же полмиллиарда лет тому назад. Они писали, что обнаруженный ими древний планетарный катаклизм вполне мог стать исходным толчком, повлекшим за собой этот загадочный скачок.

Напомню и другую публикацию, посвященную кембрийскому "биологическому Биг Бэнгу": статью трех других американских ученых, на этот раз биологов - Валентина, Яблонского и Эрвина. И хотя статья была названа строго научно: "Происхождение телесной планировки многоклеточных организмов", подзаголовок не оставлял сомнений в том, что и эта работа имеет прямое отношение к кембрийской загадке. "Недавно обнаруженные окаменелости и новое понимание процесса развития организма, - писали авторы, - открывают неожиданные возможности для объяснения загадки взрывообразного возникновения новых видов в начале кембрийской эпохи".

Какие же причины порождают эти непрестанно возобновляющиеся попытки объяснения заурядного, казалось бы, эволюционного скачка, каким представляется кембрийский взрыв непосвященному человеку? Ведь история эволюции знает и другие, не менее катастрофические и не менее загадочные события - например, поголовное и почти одновременное исчезновение динозавров, произошедшее 65 миллионов лет тому назад, или так называемая Великая Смерть ("Пермская катастрофа", как ее еще называют) - массовое и стремительное вымирание живых организмов в земных океанах в пермскую эпоху, 245 миллионов лет назад, когда "разом" погибли около 95 процентов всей тогдашней морской фауны. Почему они не привлекают такого напряженного и непрестанного внимания? Почему именно кембрийский взрыв вызывает самые острые и незатихающие споры вот уже свыше ста пятидесяти лет, почти с самого момента его открытия?

Ответ состоит в том, что среди всех многочисленных загадок биологического прошлого Земли кембрийский взрыв занимает особое место. В отличие от всех прочих катастроф, неизменно связанных с вымиранием тех или иных живых видов, этот взрыв привел к стремительному появлению множества новых биологических форм.

Это рождение новых форм было совершенно внезапным. Нет никаких свидетельств, будто ему предшествовало длительное накопление постепенных изменений и усложнений.

Далее, это непонятное появление новых форм не растянулось на всю кембрийскую эпоху или хотя бы значительную ее часть, а произошло почти одновременно, в течение каких-нибудь трех-пяти миллионов лет. В геологических масштабах времени это совершенно ничтожный срок - он составляет всего одну тысячную от общей длительности эволюции, что и заставляет назвать этот эволюционный скачок "биологическим взрывом". Последствия этого взрыва имели уникальное значение для эволюции жизни на нашей планете - они разделили историю этой эволюции на две неравные части. Если до-кембрийская эпоха была временем единоличного господства одноклеточных организмов, то после-кембрийская стала эпохой многоклеточных форм. В ходе кембрийского взрыва впервые в истории эволюции возникли многоклеточные организмы современного типа, сложились все основные характеристики тех телесных "планов", по которым эти организмы строятся до сих пор, были заложены предпосылки будущего выхода этих организмов из морей на сушу и завоевания ими всей поверхности Земли.

Вот как это выглядело, исходя из нынешних научных представлений. Земля, согласно современным оценкам, образовалась около четырех с половиной миллиардов лет тому назад. Первые одноклеточные организмы в ее океанах появились около трех с половиной - четырех миллиардов лет назад. Иными словами, жизнь на Земле возникла почти сразу же после того, как возникли необходимые для этого условия - охлаждение планеты, образование земной коры и океанов. Тем не менее, сделав этот первый, самый важный шаг, эволюция почему-то затормозилась на целых три миллиарда лет. Перед нею как будто бы стоял некий невидимый барьер, которого она не могла преодолеть. Все это время она ограничивалась лишь изменением и совершенствованием уже существующих видов - микроскопических бактерий и простейших водорослей.

А затем за кратчайшее время, напомню - за три-пять миллионов лет, возникает "новая жизнь": прообраз и предтеча современной.

Так что же случилось тогда - 530 - 540 миллионов лет назад?

Уникальность и загадочность особенностей Кембрийского взрыва - вот что привлекает к нему неослабное внимание биологов на протяжении последних ста пятидесяти лет.

Сложность проблемы состоит, однако, не только в этой загадочности кембрийского "биологического Биг Бэнга" и причин, его породивших. Не менее важным толчком к острым и непрекращающимся спорам вокруг него служит тот факт, что проблема Кембрийского взрыва имеет еще и прямое отношение к дарвиновской теории эволюции. Точнее говоря, попросту ей противоречит. Первым, кто это осознал, был сам Дарвин. Он же был первым, кто предложил возможный выход из этого противоречия. Однако предложенная Дарвином гипотеза не удовлетворила многих его последователей, и в результате биологи-эволюционисты разделились на два враждующих лагеря, спор между которыми длится вот уже полтора столетия. Попробуем разобраться в этом споре.

Первооткрывателем Кембрийского взрыва был Роберт Мэрчисон - английский аристократ, который под влиянием своей честолюбивой жены решил заняться наукой. Изучая окаменелости древних эпох, обнаруженные в соответствующих отложениях, он обнаружил, что слои этих отложений разделены резкой границей. Ниже этой границы они крайне бедны биологическими останками и демонстрируют повсеместное распространение одних лишь простейших одноклеточных организмов - бактерий и водорослей, а затем, начиная с кембрийской эпохи, около 550 миллионов лет назад, внезапно обзаводятся невиданным богатством новых биологических форм. Будучи человеком верующим и разделяя убеждение великого Линнея, что "существует ровно столько видов, сколько их первоначально сотворил Создатель", Мэрчисон расценил открытое им явление как прямое свидетельство вмешательства Божьей руки в развитие жизни. Понятно, что такое креационистское (от слова creation - сотворение) объяснение было несовместимо с представлением о естественной эволюции биологических форм.

Мэрчисон опубликовал результаты своих исследований в тридцатые годы прошлого века. Несколько десятилетий спустя вышла в свет знаменитая работа Дарвина "Происхождение видов", в которой впервые последовательно излагалась и подробно аргументировалась теория развития жизни на Земле, основанная на представлениях о наследуемых изменениях и естественном отборе. Разумеется, Дарвин не принимал креационизма. Но он сразу же усмотрел, что Кембрийский взрыв является камнем преткновения для его теории в другом - не менее важном - аспекте.

Дело в том, что, по Дарвину, эволюция должна была происходить постепенно, плавно и непрерывно, то есть, как сегодня говорят, градуально. В своей книге он весьма недвусмысленно писал: "Естественный отбор ежедневно и ежечасно подвергает строжайшему придирчивому обследованию все происходящие в мире изменения, даже самые малейшие, отвергая то, что плохо, сохраняя и улучшая то, что хорошо... Мы не замечаем этих медленных изменений в их постепенном становлении и замечаем их лишь тогда, когда ход времени отмеряет огромные промежутки целых исторических эпох".

Понятно, что дарвиновский градуализм был несовместим с наличием столь резкого, кратковременного и стремительного явления, как Кембрийский взрыв. Градуализм покоится на убеждении, прекрасно сформулированном знаменитым популяризатором дарвинизма Т.Х.Хаксли: "Природа не терпит скачков". Противоречие с данными Мэрчисона настолько волновало Дарвина, что в предисловии к последнему изданию своей книги он специально отметил "В настоящее время это явление (Кембрийский взрыв. - Р.Н. ) остается необъяснимым, и оно поистине может быть рассматриваемо как убедительный аргумент против взглядов, развиваемых в данной книге".

Как уже сказано, Дарвин попытался найти выход из возникшей ситуации. Возможно, предположил он, Кембрийский взрыв, на самом деле, не был настоящим "взрывом"; возможно, в действительности ему предшествовал длительный период постепенного накопления эволюционных изменений и становления новых биологических форм; но Мэрчисон попросту не сумел обнаружить эти предшествующие, промежуточные формы. Это объяснение позволяло сохранить тот непрерывный и плавный характер эволюции, который Дарвин постулировал на основе собранных им эмпирических данных и который был в его глазах стержневой особенностью всего эволюционного процесса.

Некоторые биологи-эволюционисты не согласились с дарвиновским толкованием кембрийской загадки. (Уже Хаксли в своем письме Дарвину накануне публикации "Происхождения видов" предупреждал: "Вы напрасно взвалили на себя совершенно ненужную трудность, приняв, что природа не терпит скачков".) Эти дарвинисты вообще не могли принять дарвиновского градуализма. Он казался им не столько выведенным из эмпирических фактов (ведь противоречил же он фактам Мэрчисона!), сколько привнесенным в биологию извне.

Не так давно известный современный биолог и популяризатор дарвинизма Стивен Дж. Гулд предположил в этой связи, что свою нерушимую веру в градуализм Дарвин заимствовал у своего предшественника, знаменитого основателя современной геологии Чарльза Лайелля, который был его близким коллегой и личным наставником (Дарвин делал свои первые научные шаги именно в геологии). Для самого же Лайелля, утверждает Гулд, градуализм был чем-то большим, чем просто эмпирическим научным принципом. Он представлялся ему необходимой основой подлинно научного понимания и подхода. По мнению Лайелля, утверждение, будто отдельные этапы развития могут быть разделены резкими, катастрофическими скачками, подспудно возрождает веру в сверхъестественные чудеса и в Божье вмешательство в историю, иными словами - возвращает человеческую мысль к донаучным, религиозным временам. (Тот же Гулд замечает, что это решительное неприятие скачков, катастроф и революций отчасти было также отражением общего духа викторианской эпохи с ее верой в плавный, постепенный и безостановочный прогресс.)

Напомним, однако, что уже во времена Лайелля и Дарвина существовала и другая точка зрения, которую наиболее энергично развивал французский натуралист Жорж Кювье и которая сегодня именуется "катастрофизмом". Согласно этой концепции, геологическая (и, как следствие, биологическая) история Земли развертывалась далеко не плавно, а, напротив, изобиловала скачками и разрывами катастрофического характера, которые, впрочем, не имели ничего общего со сверхъестественными чудесами или Божьим вмешательством, а поддаются вполне естественному, рациональному объяснению. Кембрийский взрыв прекрасно вписывался в эту концепцию, и именно это обстоятельство побудило многих эволюционистов оспорить гипотезу Дарвина, признать реальность кембрийского скачка и перейти на позиции "катастрофизма".

Так случилось, что кембрийская загадка с самого начала разделила дарвинистов-эволюционистов на два противостоящих лагеря, по-разному понимающих ход биологической эволюции. По одну сторону водораздела оказались убежденные "градуалисты", по другую - столь же убежденные "катастрофисты". (Третий лагерь, противостоящий и "градуалистам", и "катастрофистам" в своем полном отрицании эволюции вообще, составляют современные "креационисты").

Сторонники дарвиновского градуализма предлагают различные возможные объяснения отсутствию докембрийских промежуточных форм. Одни утверждают, что предшествующие кембрию биологические формы не сохранились потому, что не имели скелета или наружного панциря и были мягкими, желевидными (что, кстати, в основном соответствует истине). Другие объясняют отсутствие переходных форм в до-кембрийских отложениях чисто физическими причинами, утверждая, что до-кембрийские породы подверглись такому сильному нагреву и давлению, что в них не сохранились никакие биологические останки (что не вполне соответствует истине). Третьи выдвигают предположение, что до-кембрийская жизнь развивалась в озерах, а кембрийский взрыв - попросту следствие бурной и быстрой миграции уже сформировавшихся в этих озерах биологических форм в моря и океаны (эта гипотеза получила своеобразное развитие в упомянутой выше работе Киршвинка и сотрудников). Все эти гипотезы объединяет стремление показать, что переход от до-кембрийских форм к после-кембрийским был главным и непрерывным, только следы его по тем или иным причинам пока не найдены или вообще не сохранились.

И действительно, не так давно исследователям удалось обнаружить первые виды многоклеточных организмов, непосредственно предшествовавших кембрийским. Они были найдены в отложениях вблизи австралийского поселка Эдиакара и потому получили название "эдиакарских". Почти до самого последнего времени, до восьмидесятых годов, эдиакарские организмы трактовались в духе дарвиновского градуализма - как промежуточное звено в истории постепенного усложнения, или эволюции биологических форм от до-кембрийских к после-кембрийским.

Но около пятнадцати лет назад более тщательное изучение этих останков показало, что, на самом деле, они не имеют связи с современными биологическими формами. Возможно, они вообще представляли собой некую особую, тупиковую ветвь биологической эволюции, которая не дала никакого продолжения. Некоторые биологи полагают, что эта ветвь жизни была уничтожена в ходе какой-то катастрофы, предшествовавшей Кембрийскому взрыву. В ходе дальнейшего рассказа нам еще придется вернуться к таинственной эдиакарской фауне.

Разумеется, невозможно исключить, что надежды Дарвина и прочих "градуалистов" еще оправдаются и со временем будут найдены какие-то другие отложения с таким же, как на шельфе Бэрджесса или в Китае, богатством биологических форм, но только отложения эти будут до-кембрийские, а формы - промежуточные, предшествующие кембрийским. В этом случае дарвиновская теория эволюции сохранится вместе со всем ее градуализмом, постепенностью и плавностью развития. Но пока ничего подобного не обнаружено, и на этом основании биологи-"катастрофисты" все энергичнее настаивают на необходимости пересмотра дарвиновской теории. По их убеждению, Кембрийский взрыв (а также другие аналогичные скачкообразные явления, вроде быстрой гибели всех динозавров или упоминавшейся выше "Пермской катастрофы") диктует неизбежность такого расширения теории эволюции, которое допускало бы не только плавное, но и "взрывное" изменение биологического разнообразия, не только постепенность, но также "скачки" и "катастрофы" в развитии биологического мира. Особенную остроту этот затянувшийся спор обрел с начала 1970-х годов, когда уже упоминавшийся Стивен Гулд и его коллега, палеонтолог Ник Элдридж предложили радикальный вариант такого расширения дарвинизма - так называемую теорию "пунктирного равновесия".

Мы еще вернемся к этому новейшему развитию эволюционной теории и спорам вокруг него, но прежде следует, пожалуй, закончить наш прерванный рассказ о том, какими же причинами объясняют сегодня Кембрийский взрыв те, кто считает его эволюционной реальностью, какие физико-химические или биологические гипотезы выдвигаются сегодня для объяснения кембрийской загадки. Ведь за последние десятилетия таких гипотез было предложено немало, и упомянутые в начале статьи недавние работы Киршвинка и Валентина - только последние по времени в этом длинном ряду. Каждая из этих гипотез - своего рода "машина времени на логическом топливе", позволяющая заглянуть в далекое прошлое Земли. Используем же это фантастическое средство передвижения и отправимся в следующей статье в кембрийскую эпоху - к последним галлюцигениям и первым трилобитам.

Загадка "биологического Биг-Бэнга" - внезапного и одновременного появления всех современных биологических типов в кембрийскую эпоху - продолжает интриговать многих исследователей. Две из новейших гипотез - "кислородная" и "земного кувырка" - объясняют этот скачок эволюции резким изменением физико-химических условий на всей планете. В противоположность этому биологи выдвигают иные предположения, связывающие кембрийский взрыв с резкими экологическими или генетическими сдвигами.

Кувырок планеты?

ди гипотез, предложенных для объяснения кембрийской загадки, наиболее серьезной до последнего времени считалась так называемая кислородная. Она основана на предположении, что кембрийский взрыв был вызван предшествовавшим ему резким изменением химического состава земной атмосферы и океанов.

Физико-химические условия влияют на темп биологической эволюции - это известно давно. Многие биологи убеждены, что необычайно медленное изменение биологических форм на протяжении первых трех миллиардов лет их существования было обусловлено недостатком свободного кислорода.

В первичной атмосфере Земли кислорода не было вообще, потому что он сразу же вступил в реакцию с другими элементами и остался связанным в земной толще и атмосфере в виде окислов. Но с появлением первых одноклеточных водорослей - примерно через полмиллиарда - миллиард лет после образования Земли - начался процесс фотосинтеза, при котором углекислота (поглощенная водорослями из воздуха) и вода при содействии солнечного света превращались в свободный кислород и органические вещества. Однако и тут кислороду "не повезло" - его жадно захватывало растворенное в океанской воде железо. Возникавшие в результате окислы железа медленно оседали на океанское дно, выбывая из химического кругооборота; мир, как выразился один из геохимиков, непрерывно ржавел; а свободного кислорода в нем не прибавлялось.

В отсутствие свободного кислорода организмы вынуждены были оставаться анаэробными. Это означало, что переработка продуктов в них, обмен веществ, или метаболизм происходили без участия кислорода - медленно и неэффективно. Именно это, как считают биологи, тормозило эволюцию первых организмов. Положение несколько изменилось только с того момента, когда растворенное в океанах железо насытилось кислородом и концентрация этого газа в атмосфере, благодаря все тому же фотосинтезу, стала наконец постепенно возрастать. Это сделало возможным появление первых аэробных организмов. Они все еще были одноклеточными, но их метаболизм шел куда эффективнее, и поэтому они быстрее размножались и плотнее заселяли океаны. Так прошли первые 3,5 миллиарда лет, к концу которых содержание кислорода в атмосфере достигло, как считается, около одного процента. В этот момент эволюция сделала следующий важный шаг - появились первые многоклеточные организмы. А затем, еще через полмиллиарда лет, наступил кембрийский взрыв и разом положил начало всему сложному разнообразию современной жизни.

Можно сказать, что история биологической эволюции была - в определенном смысле - историей кислорода. Так не был ли и кембрийский "скачок эволюции" следствием скачкообразного возрастания свободного кислорода в атмосфере?

Именно такое предположение высказали в 1965 году два американских физика, Беркнер и Маршалл. Они рассуждали следующим образом. Сложные многоклеточные организмы нуждаются в большом количестве кислорода, причем сразу в двух его видах - во-первых, в виде свободного кислорода, необходимого для дыхания (то есть для метаболизма) и построения коллагена, этого важнейшего элемента телесной структуры; и во-вторых, в виде озонового слоя, необходимого для защиты от вредоносного солнечного ультрафиолета. Поскольку такие организмы до кембрийской эпохи не появлялись, значит, их появление было задержано отсутствием необходимой концентрации кислорода в атмосфере. На этом основании можно допустить, что именно в кембрийскую эпоху такие количества впервые появились. Это уникальное событие - преодоление "кислородного рубежа", скачкообразное повышение уровня кислорода в атмосфере до нынешнего 21 процента - было, по Беркнеру и Маршаллу, основной причиной кембрийского взрыва.

Поначалу эта "кислородная гипотеза" не имела достаточного подтверждения. Но буквально в последние годы (1994 - 1996) положение резко изменилось. Причиной тому было открытие американского исследователя Кнолля. Изучая соотношение двух изотопов углерода, С-12 и С-13, в породах докембрийских и кембрийских времен, Кнолль получил неопровержимые свидетельства того, что в самом начале кембрийской эпохи это соотношение резко изменилось - изотопа С-12 "разом" стало меньше, чем раньше. А такой "углеродный скачок" должен был обязательно сопровождаться соответствующим "кислородным скачком", что как раз и соответствует предположению Беркнера - Маршалла.

После работ Кнолля наличие "кислородного скачка" в кембрийский период признается большинством ученых. Но остается неясным: что могло быть причиной того "невозвращения" С-12 в окружающую среду, которое привело к этому "кислородному скачку"?

Иная гипотеза была предложена американским геологом Муром в 1993 году. По Муру, причиной убыли С-12 были резкие тектонические сдвиги, типа перемещения материков, произошедшие в самый канун кембрийской эпохи. Такие сдвиги, говорит Мур, могли привести к раздроблению океанов на менее крупные и к тому же замкнутые водоемы - моря и озера, а это должно было уменьшить интенсивность циркуляции воды. В результате органические останки водорослей вместе с их углеродом оставались на морском дне и не поднимались к поверхности, где их могли бы разлагать бактерии. Тем самым углерод выходил из кругооборота, позволяя синтезированному водорослями кислороду быстро накапливаться в атмосфере.

"Тектоническая гипотеза" Мура тоже поначалу не имела фактического подтверждения. Но три года спустя она получила совершенно неожиданное, даже можно сказать - сенсационное развитие. В середине минувшего года научная, а затем и массовая печать внезапно заполнилась заголовками типа: "Кувырок Земли объясняет загадку кембрийского взрыва!" Самое удивительное, что пресловутый "кувырок" (или "кульбит", как его еще называли) не был каким-то журналистским преувеличением. Как следовало из текстов, речь шла о вполне серьезной (хотя и радикальной) научной гипотезе, объяснявшей кембрийскую загадку именно теми "тектоническими сдвигами", о которых мы только что говорили, только гораздо более грандиозного масштаба - чем-то вроде единовременного сдвига всей земной коры. Поистине "кувырок"!

Его работы позволили построить наглядную картину геологических изменений, происходивших на Земле в начале кембрийской эпохи - 550 - 500 миллионов лет тому назад. Картина эта оказалась весьма неожиданной и поистине сенсационной. Вот как, по Киршвинку, развертывались тогдашние геологические события.

Незадолго до начала кембрийской эпохи завершился раскол древнейшего суперконтинента, состоявшего из большинства современных материков (палеогеологи дали этому суперконтиненту имя Родиния). Почти сразу же вслед за этим разделившиеся материковые массы начали перегруппировываться, объединяясь в новый суперконтинент - Гондвана. На последних стадиях образования Гондваны возник резкий дисбаланс в распределении континентальных масс относительно земной оси. Земной "волчок" потерял устойчивость. Вращающееся тело наиболее устойчиво, когда образующие его массы сосредоточены на экваторе (что дает ему максимальный момент инерции) или распределены относительно него более или менее равномерно; между тем Гондвана располагалась слишком близко к полюсу.

Восстановление устойчивости Земли потребовало быстрого перераспределения континентальных масс. Поэтому вся твердая оболочка планеты стала соскальзывать по мантии как единое целое, пока не сместилась на девяносто градусов относительно оси вращения. Как показывают данные Киршвинка, материковые плиты Австралии и Америки, находившиеся прежде в районе полюсов, совершили этот поворот и перемещение к экватору за какие-нибудь пятнадцать миллионов лет - срок в геологических масштабах ничтожный (три десятитысячных общего возраста Земли). То был настоящий "кувырок" всей планеты. Его результатом было то, что ось ее вращения, сохраняя прежнее направление в пространстве, повернулась теперь на 90 градусов относительно твердой оболочки. Вращение земного волчка снова стало устойчивым.

Согласно палеомагнитным данным Киршвинка, собранным в скалах Америки и Австралии, обе эти материковые плиты (составляющие в сумме почти две трети всей земной коры) совершили свое перемещение относительно земной оси практически одновременно, между 534 и 518 миллионами лет тому назад. Такие грандиозные геологические события - крайняя редкость. Во всяком случае, за последние двести миллионов лет, с конца пермской эпохи, они наверняка не происходили ни разу. Киршвинк, однако, не исключает, что нечто подобное описанному им геологическому катаклизму могло повториться в промежутке между кембрийской и пермской эпохами.

Как ни непривычна нарисованная Киршвинком картина, она весьма солидно обоснована данными автора, а кроме того, сразу же получила ряд независимых подтверждений, так что геологи в целом выразили готовность ее принять. Но эта картина заинтересовала и биологов. Как уже было сказано в самом начале, по мнению авторов, именно этот "кувырок" планеты мог быть основной причиной кембрийского биологического взрыва. "Быстрое перемещение материков, - говорит один из соавторов Киршвинка Риппердан, - не могло не привести к закрытию одних и образованию других водных бассейнов - этих единственных тогда ареалов жизни, к изменению тогдашних океанских течений, к резким переменам климата и к другим, столь же катастрофическим явлениям. Все эти катастрофы должны были дать толчок к повышению новых форм жизни, приспособленных к изменившимся условиям. Но именно такое быстрое возникновение новых форм и было характерно для "кембрийского взрыва".

По мнению самого Киршвинка, быстрые изменения акватории океана, вызванные соскальзыванием материков, должны были привести к довольно частым и резким сменам океанских течений. "Каждое такое изменение имело глобальный характер, - говорит он. - Оно разрушало сложившиеся региональные экосистемы на более мелкие ареалы. В этих мелких ареалах новые формы жизни имели больше шансов на выживание, чем в больших регионах. Наши данные говорят, что такие изменения течений происходили тогда чуть ли не каждый миллион лет или около того. За миллион лет эволюция успевала отобрать самое лучшее из уцелевшего от последнего цикла и создать новые региональные системы. Но затем этот процесс начинался снова, и так полтора-два десятка раз за время всего катаклизма. Это наилучшие условия для возникновения большого биологического разнообразия, тем более что все это происходило вскоре после появления тех генов, которые управляют главными этапами эмбрионального развития многоклеточных организмов".

Обратим внимание на последнюю фразу. На первый взгляд - взгляд непосвященного человека - она звучит довольно загадочно: что это за "гены, управляющие главными этапами эмбрионального развития", и какое отношение они имеют к кембрийскому взрыву? Были, однако, люди, которые услышали в этой фразе долгожданное признание тех радикальных биологических идей, которые они выдвигали в течение последних двух лет, надеясь привлечь к ним внимание научного мира. И не просто признание, но и вполне прозрачный намек на возможность сочетания этих идей со столь же радикальными геологическими идеями "планетарного кульбита" в рамках новой физико-биологической теории кембрийского взрыва.

Рассказу об этих биологических объяснениях кембрийской загадки мы и посвятим заключительную часть нашего очерка.

Первой из "чисто биологических" гипотез, выдвинутых для объяснения кембрийского взрыва, была "гипотеза жнеца", сформулированная в 1973 году американцем Стивеном Стенли. Стенли исходил из хорошо известного в экологии "принципа прореживания". Было замечено, что внедрение в искусственный пруд хищной рыбешки ведет к быстрому увеличению разнообразия зоопланктона в этом пруду. И напротив, достаточно удалить из скопления разнообразных водорослей питающихся ими морских ежей, как это разнообразие начинает уменьшаться. Иными словами, "прореживание" экологической ниши "жнецом-хищником", питающимся ее обитателями, необходимо для поддержания или расширения ее биологического разнообразия.

На первый взгляд, это противоречит здравому смыслу. Представляется, что такой "жнец", истребляя население ниши, будет уменьшать число населяющих ее видов, а некоторые, самые малочисленные, и вообще сведет на нет. Но, как видим, действительность опровергает это интуитивное рассуждение. И вот почему. Во всякой нише, населенной так называемыми первичными производителями (то есть организмами, получающими свою пищу напрямую - из фотосинтеза, а не посредством поедания других), один или несколько видов неизбежно становятся "монополистами" - они захватывают все жизненное пространство и питательные вещества ниши и не дают развиваться другим видам. Появившийся в этих условиях "жнец" будет скорее всего питаться этими господствующими видами (хотя бы потому, что они способны обеспечить его наибольшим количеством пищи) и, стало быть, будет в первую очередь уменьшать именно их биомассу. Но благодаря этому он расчистит часть жизненного пространства и тем самым освободит место новым видам. А это приведет к увеличению биологического разнообразия всей ниши. Тот же принцип, как видно из приведенных выше примеров, действует и в других экологических системах. Стенли же применил "принцип прореживания" для объяснения загадки кембрийского взрыва.

Легко видеть, что этот взрыв вполне укладывается в данную схему. В предкембрийскую эпоху земные океаны почти монопольно заселяли одноклеточные бактерии и водоросли нескольких немногих видов. Целые миллиардолетия их никто не "прореживал", и потому они не имели возможности быстро эволюционировать. Если бы в такой среде внезапно появился какой-нибудь одноклеточный растительноядный "хищник", он обязательно должен был бы - по "принципу прореживания" - вызвать быстрое появление новых видов. Это, в свою очередь, должно было привести к появлению новых, более специализированных "жнецов", расчищающих место для следующих новых видов, так что разнообразие биологических форм начало бы нарастать как снежный ком - а это и есть ситуация кембрийского взрыва.

Таким образом, по Стенли, "триггером" кембрийского взрыва было случайное появление некого "хищника" в среде простейших одноклеточных организмов предкембрийской эпохи. А тот факт, что этот взрыв имел характер резкого скачка, не представляет собой никакой особой загадки. Точно такой же характер имеет развитие многих биологических систем в условиях наличия достаточно свободного жизненного пространства и достаточно обильного количества пищи. Если, например, высадить небольшую колонию бактерий на питательную среду в лабораторной чашке Петри, она будет размножаться по тому же закону "снежной лавины", и это скачкообразное размножение прекратится лишь с заполнением всего доступного пространства и исчерпанием питательных веществ. Кембрийские океаны и были такой природной "чашкой Петри" для новых биологических видов. Когда же они заполнили собою эти океаны, условия для скачка исчезли и более никогда уже не повторялись, чем и объясняется, по Стенли, уникальность кембрийского взрыва.

Совершенно иное биологическое объяснение кембрийского взрыва предложили в 1994 - 1997 годах американские биологи Валентин, Эрвин и Яблонский. По их мнению, этот взрыв произошел в силу того, что у некоторых примитивных предкембрийских организмов в результате случайных генетических изменений появилась способность резко расширить спектр возможных телесных структур. Действительно, одной из важнейших особенностей кембрийского эволюционного скачка.было как раз такое вот внезапное появление множества биологических форм с совершенно новыми телесными признаками. Некоторые из этих новых организмов обрели четко выраженные головы и хвосты, у других отчетливо выделились сегменты и брюшко, у третьих возникли конечности, еще какие-то оделись в панцири, некоторые обзавелись усиками-антеннами или жабрами - и так далее. В общей сложности исследователи насчитывают целых 37 новых телесных планов, возникших - и притом почти одновременно - в ту эпоху бурной эволюционной активности. И все основные принципы телесной архитектуры современных организмов зародились именно тогда.

При чем тут, однако, гены? На мысль о связи этого "архитектурного скачка" с генами авторов новой гипотезы натолкнули последние достижения так называемой биологии развития. Уже ранее было известно, что в ходе зародышевого развития любого многоклеточного организма его клетки проходят специализацию - из одних получаются, например, ноги, из других, скажем, мускулы, жабры или глаза. Было известно также, что команды на специализацию клеткам дают те или иные гены. Но в последние годы было установлено: для того, чтобы развитие шло по определенному плану - например, глаз не вырос там, где должна быть нога, - необходимо, чтобы эти гены "включались" в определенной последовательности, один за другим, в нужное время, и управляют таким планомерным включением особые, так называемые регулировочные гены. Наиболее изученной их разновидностью являются гены группы "hox". Они были впервые открыты при изучении дрозофил.

Было установлено, что гены этой группы регулируют процесс закладки самых основных и самых общих принципов телесной структуры организма. Восемь генов этой группы, имеющихся у дрозофил, расположены в одной из хромосом друг за другом, последовательно. Так же последовательно они и работают: первый по счету ген дает команду на построение головы, второй приказывает строить следующий сегмент тела вдоль его оси и так далее, до хвоста. Когда исследователи искусственно меняли последовательность этих генов, они получали мушек, у которых, например, ноги росли из головы.

Гены группы hox изучены также у лягушек. Это изучение показало, что, хотя лягушки и дрозофилы располагаются на двух разных ветвях эволюционного дерева (эти ветви различаются способом образования рта у эмбриона), шесть из их генов hox поразительно сходны. Например, один из них в дрозофиле отличается от своего аналога в лягушке только "знаком": у дрозофилы он регулирует появление брюшка, а у лягушки - спинки. Если пересадить его от дрозофилы лягушке, то ход развития совершенно не нарушится, только лягушачьи спинка и брюшко поменяются местами. Видимо, это различие возникло в результате мутации. Подсчитав, сколько таких мутационных различий накопилось в сходных генах hox за время раздельного существования мышей и лягушек, и зная среднее количество мутаций, происходящих за каждую сотню лет, исследователи определили, как давно жил общий предок лягушек и дрозофил. Это время оказалось настораживающе близко к времени кембрийского взрыва - порядка 565 миллионов лет.

Как мы уже сказали, у дрозофилы всего восемь hox генов; у млекопитающих, например, их целых 38. Но обнаружилось, что все эти 38 генов являются лишь слегка измененными дубликатами восьми первичных. Что же касается самих этих восьми первичных генов, то они оказались весьма сходными у всех современных типов организмов - от млекопитающих до насекомых. Как и в случае лягушки и дрозофилы, это сходство позволило вычислить, когда именно впервые появились эти восемь исходных hox генов, определивших (и до сих пор определяющих) самые общие принципы телесного строения всех современных организмов (конкретные различия в этом строении и форме их тел - скажем, между Мэрилин Монро и мушкой-дрозофилой - порождены различием в регулировочных генах других групп, появившихся позже, в ходе последующей эволюции).

Эти расчеты привели к тем же результатам, что и сравнение этих генов у лягушек и дрозофил. Оказалось, что первичные гены группы hox, сходные у всех современных организмов, восходят к общим предкам этих организмов, возникшим примерно 565 миллионов лет тому назад, то есть в эпоху, непосредственно предшествовавшую кембрийскому эволюционному взрыву. Как мы уже знаем, те планы строения тела, которые сохранились по сей день в виде самых общих принципов телесной архитектуры современных организмов, возникли в кембрийскую эпоху. А теперь мы видим, что регулировочные гены, ответственные за такие общие планы, появились незадолго до этого. Вполне естественно предположить, что именно появление первой полной группы генов hox (состоявшей из восьми первичных генов) сыграло роль триггера того уникального взрыва форм, который мы называем кембрийским взрывом.

Поначалу Валентин и его соавторы утверждали, что история развивалась следующим образом: до поры до времени существовали только простейшие организмы, у которых вся группа hox исчерпывалась одним-единственным геном, в предкембрийскую эпоху возникли первые многоклеточные, у которых число этих генов постепенно возросло до пяти-шести (у плоских червей); а в кембрийскую эпоху это число скачком увеличилось до восьми, и именно этого оказалось достаточно для возникновения поразительного разнообразия форм.

Более поздний вариант их теории выглядит намного сложнее. Теперь они считают, что появление всего необходимого набора регулировочных генов произошло уже в докембрийскую эпоху, 565 миллионов лет назад. Но при всей биологической фундаментальности этого события оно, тем не менее, было всего лишь необходимым, но недостаточным условием кембрийского взрыва. Вполне возможно, что даже при наличии одного из тех генов, его первый обладатель, какой-нибудь плоский червь, обладал не глазом, а всего лишь "потенцией глаза" - чем-то вроде светочувствительного пятна на голове.

Организмы - не механические игрушки, которые достаточно толкнуть, чтобы получить автоматический ответ; скорее всего потребовалось сложное сочетание различных условий, чтобы возможность стала действительностью и произошел скачок эволюции, подобный кембрийскому взрыву.

Иными словами, в кембрийскую эпоху должно было произойти что-то дополнительное, сыгравшее роль "триггера" для запуска этих генов в работу, то есть для создания множества разнообразных форм и типов, столь характерное для того времени. Валентин и его коллеги не уточняют, что могло быть таким "дополнительным триггером". Они только пишут, что "предположения варьируются от резкого роста атмосферного кислорода выше некоторого критического уровня до экологической "гонки вооружений", в которой эволюционное взаимодействие хищников и жертв могло породить целый спектр различных новых видов".

В этих словах легко распознать намеки на "кислородную гипотезу" Беркнера - Маршалла и "гипотезу хищника-жнеца" Стенли. С другой стороны, создатель "гипотезы земного кувырка" Киршвинк считает, что и его объяснение кембрийского взрыва одновременным сползанием всех земных материков тоже может сочетаться с теорией "скачка регулировочных генов", предложенной Валентином, Яблонским и Эрвином. Поэтому, подводя итоги, можно сказать, что новейшие теории кембрийского взрыва имеют тенденцию объединять в себе несколько разных гипотез и тем самым объяснять это уникальное и загадочное явление не одной какой-либо причиной, а взаимодействием нескольких различных факторов, как физико-химического, так и биологического характера.

На этом мы могли бы подвести черту под рассказом о загадках кембрийского взрыва и попытках их объяснения. Но в нашем перечне этих загадок осталась еще одна нерешенная проблема.

Как мы уже говорили, кембрийский эволюционный скачок составляет принципиальную трудность для "ортодоксальной" теории Дарвина, в которой эволюция считается обязательно "плавной" и "непрерывной". Чтобы обойти эту трудность, одни биологи вообще отрицают реальность кембрийского взрыва, а другие предлагают внести довольно радикальные изменения в "ортодоксальный дарвинизм". В самые последние годы каждая из сторон выдвинула новые доводы в свою пользу, и это резко обострило спор вокруг основ дарвинизма. Спор этот определенно заслуживает отдельного рассказа.

Эта статья открывает цикл публикаций, освещающих авторское видение темы "Сдвига полюсов" на примере эффекта Джанибекова. Автор берёт на себя смелость внести свою лепту в раскрытие темы и предложить читателям сайта познакомиться

• с тем, какие физические причины вызывают явление
• с тем, как можно определить позицию прошлого географического полюса
• с авторской реконструкцией планетарной катастрофы

и другими интересными находками... Приятного чтения!

Эффект Джанибекова

Во время своего пятого полета на космическом корабле «Союз Т-13″ и орбитальной станции «Салют-7″ (6 июня - 26 сентября 1985 года) Владимир Джанибеков обратил внимание на, казалось бы, необъяснимый с точки зрения современной механики и аэродинамики эффект, проявившийся в поведении самой обычной гайки, точнее гайки «с ушками» (барашками), которыми фиксировались металлические ленты, закрепляющие мешки для упаковки вещей при транспортировке грузов в космос.

Разгружая очередной транспортный корабль, Владимир Джанибеков стукнул пальцем по одному уху «барашка». Обычно тот отлетал, и космонавт спокойно ловил его и убирал в карман. Но в этот раз Владимир Александрович не стал ловить гайку, которая к его большому удивлению пролетев около 40 сантиметров, неожиданно перевернулась вокруг своей оси, после чего все так же вращаясь полетела дальше. Пролетев еще примерно 40 сантиметров, она опять перевернулась. Это показалось космонавту настолько странным, что он закрутил «барашек» обратно и опять стукнул по нему пальцем. Результат оказался тем же!

Будучи необычайно заинтригованным столь странным поведением «барашка, Владимир Джанибеков повторил эксперимент с другим «барашком». Тот так же переворачивался в полете, правда, через несколько большее расстояние (43 сантиметра). Аналогичным образом вел себя и запущенный космонавтом пластилиновый шарик. Он тоже, пролетев некоторое расстояние, переворачивался вокруг своей оси.

Обнаруженный эффект, названный "эффектом Джанибекова", стали внимательно изучать и выяснили, что исследуемые объекты, вращающиеся в невесомости, через строго определенные промежутки времени совершали переворот ("кувырок") на 180 градусов.

При этом, центр масс этих тел продолжал равномерное и прямолинейное движение, в полном соответствии с первым законом Ньютона. А направление вращения, "закрутка", после "кувырка" оставалась прежней (как и должно быть по закону сохранения момента импульса). Получалось, что относительно внешнего мира тело сохраняет вращение вокруг той же оси (и в том же направлении), в каком оно вращалось до кувырка, но "полюса" менялись местами!

Это прекрасно видно на примере "гайки Джанибекова" (обычной барашковой гайки).

Если смотреть ОТ ЦЕНТРА МАСС, то "ушки" гайки сначала вращаются в одном направлении, а после "кувырка" в другом.

Если же смотреть С ПОЗИЦИИ ВНЕШНЕГО НАБЛЮДАТЕЛЯ, то вращение тела, как целого объекта, всё время остаётся одним и тем же - ось вращения и направление вращения - неизменны.

И вот, что интересно: для воображаемого наблюдателя, находящегося на поверхности объекта произойдет своего рода полная ! Условное "северное полушарие" станет "южным", а "южное" - "северным"!

Тут просматриваются определённые параллели между движением "гайки Джанибекова" и движением планеты Земля. И рождается вопрос "А вдруг кувыркается не только гайка, но и наша планета?" Может, раз в 20 тысяч лет, а может, и чаще...

И как тут не вспомнить о гипотезе катастрофического сдвига полюсов Земли , сформулированной ещё в середине 20 века Хью Брауном и поддержанной научными работами Чарльза Хэпгуда ("The Earth’s Shifting Crust", 1958 и "Path of the Pole", 1970) и Иммануила Великовского ("Столкновение миров", 1950)?

Эти исследователи изучали следы прошлых катастроф, и пыталась дать ответ на вопрос "Почему они происходили так масштабно и имели такие последствия, словно Земля переворачивалась, меняла географические полюса?"

К сожалению, им не удалось выдвинуть убедительные причины "переворотов Земли". Излагая гипотезу, они предположили, что причина "кувырка" - неравномерное нарастание ледовой "шапки" на полюсах планеты. Научное сообщество посчитало такое объяснение несерьёзным и записало теорию в разряд маргинальных.

Однако, "Эффект Джанибекова" заставил по-новому отнестись к этой теории. Учёные уже не могут исключить того, что та самая физическая сила, которая заставляет кувыркаться гайку, может переворачивать и нашу планету... И следы прошлых планетарных катастроф ярко свидетельствуют о масштабах этого явления.

Теперь, мой читатель, наша задача разобраться с физикой переворота.

Китайский волчок

Китайский волчок (волчок Томсона) - это игрушка, по форме напоминающая усеченный шар, по центру среза которого расположена ось. Если этот волчок сильно раскрутить, установив его на ровной поверхности, то можно наблюдать эффект, казалось бы, нарушающий законы физики. Ускоряясь, волчок, вопреки всем ожиданиям, опрокидывается набок и продолжает переворачиваться дальше, пока не встанет на ось, на которой будет затем продолжать вращаться.

Ниже представлена фотография, где учёные-физики наблюдают очевидное нарушение законов классической механики. Переворачиваясь, волчок совершает работу по подъёму своего центра масс.

Жёлтая точка - центр масс.

Красная линия - ось вращения волчка.

Синяя линия обозначает плоскость, перпендикулярную оси вращения волчка и проходящую через центр масс. Эта плоскость разделяет волчок на две половины -сферическую (нижнюю) и срезанную (верхнюю).

Назовём эту плоскость - ПЦМ (плоскость центра масс).

Светло-голубые кружки - символическое обозначение кинетической энергии вращения. Верхний кружок - энергия накопленного момента инерции той половины волчка, которая расположена выше ПЦМ. Нижний кружок - энергия той половины, которая расположена ниже ПЦМ. Автор провёл грубую количественную оценку разницы в кинетической энергии верхней и нижней половинок волчка Томсона (в варианте пластмассовой игрушки) - получилось около 3%.

Почему они разные? Это связано с тем, что форма двух половинок - разная, соответственно, и моменты инерции будут разными. Мы учитываем, что материал игрушки - однородный, поэтому момент инерции зависит только от формы объекта и направления оси вращения.

Итак, что мы видим на представленной выше схеме?

Мы видим некоторую энергетическую ассиметрию относительно центра масс. Энергетическая "гантель" с разными по мощности "грузиками" на концах (на схеме - светло-голубые кружки) явно будет создавать некоторую НЕСБАЛАНСИРОВАННОСТЬ.

Но природа не терпит дисгармонии! Ассиметрия "гантели" в одном направлении по оси вращения после переворота компенсируется ассиметрией в другом направлении вдоль той же оси. То есть баланс достигается периодическим изменением состояния во времени - вращающееся тело помещает более мощный "грузик" энергетической "гантели" то по одну, то по другую сторону от центра масс.

Такой эффект появляется только у тех вращающихся тел, у которых есть разница между моментами инерции двух частей - условно "верхней" и "нижней", разделённых плоскостью, проходящей через центр масс и перпендикулярной оси вращения.

Как показывают эксперименты на орбите Земли, даже обычная коробка с вещами может стать объектом для демонстрации эффекта.

Обнаружив, что для описания "эффекта Джанибекова" хорошо подходит математический аппарат из области квантовой механики (разработанный для описания явлений микромира, поведения элементарных частиц), учёные придумали даже специальное название для скачкообразных изменений в макромире - "псевдоквантовые процессы".

Периодичность переворотов

Эмпирические (опытные) данные, собранные на орбите, показывают, что главный фактор, определяющий продолжительность периода между "кувырками", - разница между кинетическими энергиями "верхней" и "нижней" половинок объекта. Чем больше разница энергий, тем короче период между переворотами тела.

Если разница в моменте инерции (который после "закрутки" волчка становится накопленной энергией) очень маленькая, то такое тело будет стабильно вращаться очень долго. Но такая стабильность всё равно не будет вечной. Когда-то наступит момент переворота.

Если говорить о планетах, в том числе и о планете Земля, то можно уверенно утверждать - они все точно не являются идеальными геометрическими сферами, состоящими из идеально однородного вещества. А значит, момент инерции условных "верхней" или "нижней" половинок планеты, пусть даже в сотых или тысячных долях процента, отличаются. И этого вполне достаточно, чтобы когда-то это привело к перевороту планеты относительно оси вращения и смене полюсов.

Особенности планеты Земля

Первое, что приходит в голову в связи с вышесказанным, - это то, что форма Земли явно далека от идеального шара и представляет собой геоид. Чтобы показать перепады высот на нашей планете более контрастно был разработан анимированный рисунок с многократно увеличенным масштабом перепада высот (см. ниже).

В реальности рельеф Земли намного более сглаженный, но сам факт неидеальности формы планеты очевиден.

Соответственно, стоит ожидать, что неидеальность формы, а также и неоднородность внутреннего вещества планеты (наличие полостей, плотных и пористых литосферных слоёв и т.п.) обязательно приведёт к тому, что "верхняя" и "нижняя" части планеты будут иметь некоторую разницу в моменте инерции. И это значит, что "перевороты Земли", как их называл Иммануил Великовский, - не выдумка, а вполне реальное физическое явление.

Вода на поверхности планеты

Теперь нам нужно учесть один очень важный фактор, который отличает Землю от волчка Томсона и гайки Джанибекова. Этот фактор - вода. Океаны занимают около трёх четвертей поверхности планеты и содержат воды столько, что если всю её равномерно распределить по поверхности, то получится слой толщиной более 2,7 км. Масса воды составляет 1/4000 от массы планеты, но несмотря, на такую, казалось бы, незначительную долю, вода играет очень существенную роль в том, что происходит на планете при перевороте...

Давайте представим, что наступил момент, когда планета совершает "кувырок". Твёрдая часть планеты начнёт двигаться по траектории приводящей к смене полюсов. А что будет происходить с водой на поверхности Земли? Вода не имеет прочной связи с поверхностью, она может течь туда, куда будет направлена равнодействующая физических сил. Поэтому, согласно известным законам сохранения импульса и момента импульса, она будет пытаться сохранить то направление движения, которое выполнялось до "кувырка".

Что это значит? А это значит, что все океаны, все моря, все озёра придут в движение. Вода начнёт двигаться с ускорением относительно твёрдой поверхности...

В каждый момент времени на протяжении процесса смены полюсов, на водные массивы, в какой бы точке земного шара они не находились, почти всегда будут действовать две инерционные компоненты:

Взгляните на рисунок ниже. На нем указана величина линейных скоростей на разных широтах (для наглядности выбраны несколько точек на поверхности земного шара).

Линейные скорости отличаются потому, что радиус вращения на разных географических широтах - разный. Получается, что если точка поверхности планеты "переезжает" ближе к экватору, то она увеличивает свою линейную скорость, а если от экватора, то уменьшает. Но вода-то не связана прочно с твёрдой поверхностью! Она сохраняет ту линейную скорость, которая у неё была до "кувырка"!

Из-за разности линейных скоростей воды и твёрдой поверхности Земли (литосферы), получается эффект цунами. Масса океанической воды движется относительно поверхности невероятно мощным потоком. Посмотрите, какой явный след остался от прошлого сдвига полюсов. Это пролив Дрейка, он находится между Южной Америкой и Антарктидой. Мощность потока впечатляет! Он протащил остатки ранее существовавшего перешейка на две тысячи километров.

На старинной карте мира отлично видно, что никакого пролива Дрейка в 1531 году ещё нет... Или о нём ещё неизвестно, и картограф рисует карту по старым сведениям.

Величина инерционных компонент зависит от расположения интересующей нас точки, а также от траектории "кувырка" и от того, на какой временной стадии переворота мы находимся. После окончания переворота величина инерционных компонент станет нулевой, и движение воды постепенно погасится за счёт вязкости жидкости, за счёт сил трения и земного притяжения.

Следует сказать, что на поверхности земного шара при "сдвиге полюсов" есть две зоны, в которых обе инерционные компоненты будут минимальными. Можно сказать, что эти два места являются наиболее безопасными с точки зрения угрозы от потопной волны. Их особенность в том, что в них не будет инерционных сил, заставляющих воду двигаться в каком-либо направлении.

К сожалению, нет никакого способа заранее предсказать расположение этих зон. Единственно, что можно сказать, что центры этих зон находятся на пересечении экваторов Земли - одного, который был до "кувырка" и другого, который стал после него.

Динамика водного потока под влиянием инерционных компонент

На рисунке ниже схематично представлено движение массива воды под воздействием сдвига полюсов. На первой картинке слева мы видим суточное вращение Земли (зелёная стрелка), условное озеро (синий кружок - вода, оранжевая окружность - берега). Два зелёных треугольника обозначают два геостационарных спутника. Поскольку перемещение литосферы не влияет на их местонахождение, мы будем использовать их как ориентиры позволяющие оценить расстояния и направления перемещения.

Розовые стрелки показывают направление перемещения южного полюса (направлены вдоль траектории сдвига). Берега озера перемещаются (относительно оси вращения планеты) вместе с литосферой, а вода под воздействием сил инерции пытается сначала сохранить своё положение и перемещается вдоль траектории сдвига, а потом под воздействием второй инерционной компоненты постепенно поворачивает своё движение в сторону вращения планеты.

Это наиболее заметно, если сопоставлять положение на схеме синего кружка (водного массива) и зелёных треугольников (геостационарных спутников).

Ниже на карте мы можем увидеть следы водно-селевого потока, направление движения которого постепенно разворачивается под воздействием второй инерционной компоненты.

На этой карте есть следы и других потоков. Мы разберём их в следующих частях серии.

Демпфирующий эффект океанов

Следует сказать, что водные массивы океанов не только несут разрушения от катастрофических потоков-цунами. Но они являются причиной ещё одного эффекта - эффекта демпфирования, тормозящего переворот планеты.

Если бы наша планета имела только сушу и не имела океаны, то проходила бы точно также, как у "гайки Джанибекова" и китайского волчка, - полюса менялись бы местами.

Но, когда во время переворота вода начинает двигаться по поверхности, она вносит изменение в энергетическую составляющую вращения, а именно - распределение момента инерции. Хотя масса поверхностной воды составляет всего 1/4000 массы планеты, её момент инерции равен примерно 1/500 от общего момента инерции планеты.

Этого оказывается достаточным, чтобы погасить энергию переворота раньше, чем полюса провернутся на 180 градусов. В результате на планете Земля происходит сдвиг полюсов, вместо полного переворота, - "смены полюсов".

Атмосферные явления при сдвиге полюсов

Основной эффект "кувырка" планеты, проявляющийся в атмосфере, - мощная электризация, увеличение статического электричества, повышение разности электрических потенциалов между слоями атмосферы и поверхностью планеты.

Помимо этого из глубин планеты выходит масса разных газов, в том числе происходит и многократно усиленная напряжением литосферы водородная дегазация. Водород в условиях электрических разрядов интенсивно взаимодействует с кислородом атмосферы, происходит образование воды в многократно превышающих климатическую норму объёмах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Методические материалы, статьи

Кембрийский парадокс — Кувырок планеты (cтатья вторая)

Материковые плиты Австралии и Америки, находившиеся прежде в районе полюсов, совершили поворот и перемещение к экватору за какие-нибудь 15 миллионов лет — срок в геологических масштабах ничтожный. То был настоящий «кувырок» всей планеты.

Загадка «биологического Биг-Бэнга» — внезапного и одновременного появления всех современных биологических типов в кембрийскую эпоху — продолжает интриговать многих исследователей. Две из новейших гипотез — «кислородная» и «земного кувырка» — объясняют этот скачок эволюции резким изменением физико-химических условий на всей планете. В противоположность этому биологи выдвигают иные предположения, связывающие кембрийский взрыв с резкими экологическими или генетическими сдвигами.

Среди гипотез, предложенных для объяснения кембрийской загадки, наиболее серьезной до последнего времени считалась так называемая кислородная. Она основана на предположении, что кембрийский взрыв был вызван предшествовавшим ему резким изменением химического состава земной атмосферы и океанов.

Физико-химические условия влияют на темп биологической эволюции — это известно давно. Многие биологи убеждены, что необычайно медленное изменение биологических форм на протяжении первых трех миллиардов лет их существования было обусловлено недостатком свободного кислорода.

В первичной атмосфере Земли кислорода не было вообще, потому что он сразу же вступил в реакцию с другими элементами и остался связанным в земной толще и атмосфере в виде окислов. Но с появлением первых одноклеточных водорослей — примерно через полмиллиарда — миллиард лет после образования Земли — начался процесс фотосинтеза, при котором углекислота (поглощенная водорослями из воздуха) и вода при содействии солнечного света превращались в свободный кислород и органические вещества. Однако и тут кислороду «не повезло» — его жадно захватывало растворенное в океанской воде железо. Возникавшие в результате окислы железа медленно оседали на океанское дно, выбывая из химического кругооборота, мир, как выразился один из геохимиков, непрерывно ржавел, а свободного кислорода в нем не прибавлялось.

В отсутствие свободного кислорода организмы вынуждены были оставаться анаэробными. Это означало, что переработка продуктов в них, обмен веществ, или метаболизм происходили без участия кислорода — медленно и неэффективно. Именно это, как считают биологи, тормозило эволюцию первых организмов. Положение несколько изменилось только с того момента, когда растворенное в океанах железо насытилось кислородом и концентрация этого газа в атмосфере, благодаря все тому же фотосинтезу, стала наконец постепенно возрастать. Это сделало возможным появление первых аэробных организмов. Они все еще были одноклеточными, но их метаболизм шел куда эффективнее, и поэтому они быстрее размножались и плотнее заселяли океаны. Так прошли первые 3,5 миллиарда лет, к концу которых содержание кислорода в атмосфере достигло, как считается, около одного процента. В этот момент эволюция сделала следующий важный шаг — появились первые многоклеточные организмы. А затем, еще через полмиллиарда лет, наступил кембрийский взрыв и разом положил начало всему сложному разнообразию современной жизни.

Можно сказать, что история биологической эволюции была — в определенном смысле — историей кислорода. Так не был ли и кембрийский «скачок эволюции» следствием скачкообразного возрастания свободного кислорода в атмосфере?

Именно такое предположение высказали в 1965 году два американских физика, Беркнер и Маршалл. Они рассуждали следующим образом. Сложные многоклеточные организмы нуждаются в большом количестве кислорода, причем сразу в двух его видах — во-первых, в виде свободного кислорода, необходимого для дыхания (то есть для метаболизма) и построения коллагена, этого важнейшего элемента телесной структуры, и во-вторых, в виде озонового слоя, необходимого для защиты от вредоносного солнечного ультрафиолета. Поскольку такие организмы до кембрийской эпохи не появлялись, значит, их появление было задержано отсутствием необходимой концентрации кислорода в атмосфере. На этом основании можно допустить, что именно в кембрийскую эпоху такие количества впервые появились. Это уникальное событие — преодоление «кислородного рубежа», скачкообразное повышение уровня кислорода в атмосфере до нынешнего 21 процента — было, по Беркнеру и Маршаллу, основной причиной кембрийского взрыва.

Поначалу эта «кислородная гипотеза» не имела достаточного подтверждения. Но буквально в последние годы (1994 — 1996) положение резко изменилось. Причиной тому было открытие американского исследователя Кнолля. Изучая соотношение двух изотопов углерода, С-12 и С-13, в породах докембрийских и кембрийских времен, Кнолль получил неопровержимые свидетельства того, что в самом начале кембрийской эпохи это соотношение резко изменилось — изотопа С-12 «разом» стало меньше, чем раньше. А такой «углеродный скачок» должен был обязательно сопровождаться соответствующим «кислородным скачком», что как раз и соответствует предположению Беркнера — Маршалла.

После работ Кнолля наличие «кислородного скачка» в кембрийский период признается большинством ученых. Но остается неясным: что могло быть причиной того «невозвращения» С-12 в окружающую среду, которое привело к этому «кислородному скачку»?

Иная гипотеза была предложена американским геологом Муром в 1993 году. По Муру, причиной убыли С-12 были резкие тектонические сдвиги, типа перемещения материков, произошедшие в самый канун кембрийской эпохи. Такие сдвиги, говорит Мур, могли привести к раздроблению океанов на менее крупные и к тому же замкнутые водоемы — моря и озера, а это должно было уменьшить интенсивность циркуляции воды. В результате органические останки водорослей вместе с их углеродом оставались на морском дне и не поднимались к поверхности, где их могли бы разлагать бактерии. Тем самым углерод выходил из кругооборота, позволяя синтезированному водорослями кислороду быстро накапливаться в атмосфере.

«Тектоническая гипотеза» Мура тоже поначалу не имела фактического подтверждения. Но три года спустя она получила совершенно неожиданное, даже можно сказать — сенсационное развитие. В середине минувшего года научная, а затем и массовая печать внезапно заполнилась заголовками типа: «Кувырок Земли объясняет загадку кембрийского взрыва!» Самое удивительное, что пресловутый «кувырок» (или «кульбит», как его еще называли) не был каким-то журналистским преувеличением. Как следовало из текстов, речь шла о вполне серьезной (хотя и радикальной) научной гипотезе, объяснявшей кембрийскую загадку именно теми «тектоническими сдвигами», о которых мы только что говорили, только гораздо более грандиозного масштаба — чем-то вроде единовременного сдвига всей земной коры. Поистине «кувырок»!

Его работы позволили построить наглядную картину геологических изменений, происходивших на Земле в начале кембрийской эпохи — 550 — 500 миллионов лет тому назад. Картина эта оказалась весьма неожиданной и поистине сенсационной. Вот как, по Киршвинку, развертывались тогдашние геологические события.

Незадолго до начала кембрийской эпохи завершился раскол древнейшего суперконтинента, состоявшего из большинства современных материков (палеогеологи дали этому суперконтиненту имя Родиния). Почти сразу же вслед за этим разделившиеся материковые массы начали перегруппировываться, объединяясь в новый суперконтинент — Гондвана. На последних стадиях образования Гондваны возник резкий дисбаланс в распределении континентальных масс относительно земной оси. Земной «волчок» потерял устойчивость. Вращающееся тело наиболее устойчиво, когда образующие его массы сосредоточены на экваторе (что дает ему максимальный момент инерции) или распределены относительно него более или менее равномерно, между тем Гондвана располагалась слишком близко к полюсу.

Восстановление устойчивости Земли потребовало быстрого перераспределения континентальных масс. Поэтому вся твердая оболочка планеты стала соскальзывать по мантии как единое целое, пока не сместилась на девяносто градусов относительно оси вращения. Как показывают данные Киршвинка, материковые плиты Австралии и Америки, находившиеся прежде в районе полюсов, совершили этот поворот и перемещение к экватору за какие-нибудь пятнадцать миллионов лет — срок в геологических масштабах ничтожный (три десятитысячных общего возраста Земли). То был настоящий «кувырок» всей планеты. Его результатом было то, что ось ее вращения, сохраняя прежнее направление в пространстве, повернулась теперь на 90 градусов относительно твердой оболочки. Вращение земного волчка снова стало устойчивым.

Согласно палеомагнитным данным Киршвинка, собранным в скалах Америки и Австралии, обе эти материковые плиты (составляющие в сумме почти две трети всей земной коры) совершили свое перемещение относительно земной оси практически одновременно, между 534 и 518 миллионами лет тому назад. Такие грандиозные геологические события — крайняя редкость. Во всяком случае, за последние двести миллионов лет, с конца пермской эпохи, они наверняка не происходили ни разу. Киршвинк, однако, не исключает, что нечто подобное описанному им геологическому катаклизму могло повториться в промежутке между кембрийской и пермской эпохами.

Как ни непривычна нарисованная Киршвинком картина, она весьма солидно обоснована данными автора, а кроме того, сразу же получила ряд независимых подтверждений, так что геологи в целом выразили готовность ее принять. Но эта картина заинтересовала и биологов. Как уже было сказано в самом начале, по мнению авторов, именно этот «кувырок» планеты мог быть основной причиной кембрийского биологического взрыва. «Быстрое перемещение материков, — говорит один из соавторов Киршвинка Риппердан, — не могло не привести к закрытию одних и образованию других водных бассейнов — этих единственных тогда ареалов жизни, к изменению тогдашних океанских течений, к резким переменам климата и к другим, столь же катастрофическим явлениям. Все эти катастрофы должны были дать толчок к повышению новых форм жизни, приспособленных к изменившимся условиям. Но именно такое быстрое возникновение новых форм и было характерно для «кембрийского взрыва».

По мнению самого Киршвинка, быстрые изменения акватории океана, вызванные соскальзыванием материков, должны были привести к довольно частым и резким сменам океанских течений. «Каждое такое изменение имело глобальный характер, — говорит он. — Оно разрушало сложившиеся региональные экосистемы на более мелкие ареалы. В этих мелких ареалах новые формы жизни имели больше шансов на выживание, чем в больших регионах. Наши данные говорят, что такие изменения течений происходили тогда чуть ли не каждый миллион лет или около того. За миллион лет эволюция успевала отобрать самое лучшее из уцелевшего от последнего цикла и создать новые региональные системы. Но затем этот процесс начинался снова, и так полтора-два десятка раз за время всего катаклизма. Это наилучшие условия для возникновения большого биологического разнообразия, тем более что все это происходило вскоре после появления тех генов, которые управляют главными этапами эмбрионального развития многоклеточных организмов».

Обратим внимание на последнюю фразу. На первый взгляд — взгляд непосвященного человека — она звучит довольно загадочно: что это за «гены, управляющие главными этапами эмбрионального развития», и какое отношение они имеют к кембрийскому взрыву? Были, однако, люди, которые услышали в этой фразе долгожданное признание тех радикальных биологических идей, которые они выдвигали в течение последних двух лет, надеясь привлечь к ним внимание научного мира. И не просто признание, но и вполне прозрачный намек на возможность сочетания этих идей со столь же радикальными геологическими идеями «планетарного кульбита» в рамках новой физико-биологической теории кембрийского взрыва.

Рассказу об этих биологических объяснениях кембрийской загадки мы и посвятим заключительную часть нашего очерка.

Первой из «чисто биологических» гипотез, выдвинутых для объяснения кембрийского взрыва, была «гипотеза жнеца», сформулированная в 1973 году американцем Стивеном Стенли. Стенли исходил из хорошо известного в экологии «принципа прореживания». Было замечено, что внедрение в искусственный пруд хищной рыбешки ведет к быстрому увеличению разнообразия зоопланктона в этом пруду. И напротив, достаточно удалить из скопления разнообразных водорослей питающихся ими морских ежей, как это разнообразие начинает уменьшаться. Иными словами, «прореживание» экологической ниши «жнецом-хищником», питающимся ее обитателями, необходимо для поддержания или расширения ее биологического разнообразия.

На первый взгляд, это противоречит здравому смыслу. Представляется, что такой «жнец», истребляя население ниши, будет уменьшать число населяющих ее видов, а некоторые, самые малочисленные, и вообще сведет на нет. Но, как видим, действительность опровергает это интуитивное рассуждение. И вот почему. Во всякой нише, населенной так называемыми первичными производителями (то есть организмами, получающими свою пищу напрямую — из фотосинтеза, а не посредством поедания других), один или несколько видов неизбежно становятся «монополистами» — они захватывают все жизненное пространство и питательные вещества ниши и не дают развиваться другим видам. Появившийся в этих условиях «жнец» будет скорее всего питаться этими господствующими видами (хотя бы потому, что они способны обеспечить его наибольшим количеством пищи) и, стало быть, будет в первую очередь уменьшать именно их биомассу. Но благодаря этому он расчистит часть жизненного пространства и тем самым освободит место новым видам. А это приведет к увеличению биологического разнообразия всей ниши. Тот же принцип, как видно из приведенных выше примеров, действует и в других экологических системах. Стенли же применил «принцип прореживания» для объяснения загадки кембрийского взрыва.

Легко видеть, что этот взрыв вполне укладывается в данную схему. В предкембрийскую эпоху земные океаны почти монопольно заселяли одноклеточные бактерии и водоросли нескольких немногих видов. Целые миллиардолетия их никто не «прореживал», и потому они не имели возможности быстро эволюционировать. Если бы в такой среде внезапно появился какой-нибудь одноклеточный растительноядный «хищник», он обязательно должен был бы — по «принципу прореживания» — вызвать быстрое появление новых видов. Это, в свою очередь, должно было привести к появлению новых, более специализированных «жнецов», расчищающих место для следующих новых видов, так что разнообразие биологических форм начало бы нарастать как снежный ком — а это и есть ситуация кембрийского взрыва.

Таким образом, по Стенли, «триггером» кембрийского взрыва было случайное появление некого «хищника» в среде простейших одноклеточных организмов предкембрийской эпохи. А тот факт, что этот взрыв имел характер резкого скачка, не представляет собой никакой особой загадки. Точно такой же характер имеет развитие многих биологических систем в условиях наличия достаточно свободного жизненного пространства и достаточно обильного количества пищи. Если, например, высадить небольшую колонию бактерий на питательную среду в лабораторной чашке Петри, она будет размножаться по тому же закону «снежной лавины», и это скачкообразное размножение прекратится лишь с заполнением всего доступного пространства и исчерпанием питательных веществ. Кембрийские океаны и были такой природной «чашкой Петри» для новых биологических видов. Когда же они заполнили собою эти океаны, условия для скачка исчезли и более никогда уже не повторялись, чем и объясняется, по Стенли, уникальность кембрийского взрыва.

Совершенно иное биологическое объяснение кембрийского взрыва предложили в 1994 — 1997 годах американские биологи Валентин, Эрвин и Яблонский. По их мнению, этот взрыв произошел в силу того, что у некоторых примитивных предкембрийских организмов в результате случайных генетических изменений появилась способность резко расширить спектр возможных телесных структур. Действительно, одной из важнейших особенностей кембрийского эволюционного скачка.было как раз такое вот внезапное появление множества биологических форм с совершенно новыми телесными признаками. Некоторые из этих новых организмов обрели четко выраженные головы и хвосты, у других отчетливо выделились сегменты и брюшко, у третьих возникли конечности, еще какие-то оделись в панцири, некоторые обзавелись усиками-антеннами или жабрами — и так далее. В общей сложности исследователи насчитывают целых 37 новых телесных планов, возникших — и притом почти одновременно — в ту эпоху бурной эволюционной активности. И все основные принципы телесной архитектуры современных организмов зародились именно тогда.

При чем тут, однако, гены? На мысль о связи этого «архитектурного скачка» с генами авторов новой гипотезы натолкнули последние достижения так называемой биологии развития. Уже ранее было известно, что в ходе зародышевого развития любого многоклеточного организма его клетки проходят специализацию — из одних получаются, например, ноги, из других, скажем, мускулы, жабры или глаза. Было известно также, что команды на специализацию клеткам дают те или иные гены. Но в последние годы было установлено: для того, чтобы развитие шло по определенному плану — например, глаз не вырос там, где должна быть нога, — необходимо, чтобы эти гены «включались» в определенной последовательности, один за другим, в нужное время, и управляют таким планомерным включением особые, так называемые регулировочные гены. Наиболее изученной их разновидностью являются гены группы «hox». Они были впервые открыты при изучении дрозофил.

Было установлено, что гены этой группы регулируют процесс закладки самых основных и самых общих принципов телесной структуры организма. Восемь генов этой группы, имеющихся у дрозофил, расположены в одной из хромосом друг за другом, последовательно. Так же последовательно они и работают: первый по счету ген дает команду на построение головы, второй приказывает строить следующий сегмент тела вдоль его оси и так далее, до хвоста. Когда исследователи искусственно меняли последовательность этих генов, они получали мушек, у которых, например, ноги росли из головы.

Гены группы hox изучены также у лягушек. Это изучение показало, что, хотя лягушки и дрозофилы располагаются на двух разных ветвях эволюционного дерева (эти ветви различаются способом образования рта у эмбриона), шесть из их генов hox поразительно сходны. Например, один из них в дрозофиле отличается от своего аналога в лягушке только «знаком»: у дрозофилы он регулирует появление брюшка, а у лягушки — спинки. Если пересадить его от дрозофилы лягушке, то ход развития совершенно не нарушится, только лягушачьи спинка и брюшко поменяются местами. Видимо, это различие возникло в результате мутации. Подсчитав, сколько таких мутационных различий накопилось в сходных генах hox за время раздельного существования мышей и лягушек, и зная среднее количество мутаций, происходящих за каждую сотню лет, исследователи определили, как давно жил общий предок лягушек и дрозофил. Это время оказалось настораживающе близко к времени кембрийского взрыва — порядка 565 миллионов лет.

Как мы уже сказали, у дрозофилы всего восемь hox генов, у млекопитающих, например, их целых 38. Но обнаружилось, что все эти 38 генов являются лишь слегка измененными дубликатами восьми первичных. Что же касается самих этих восьми первичных генов, то они оказались весьма сходными у всех современных типов организмов — от млекопитающих до насекомых. Как и в случае лягушки и дрозофилы, это сходство позволило вычислить, когда именно впервые появились эти восемь исходных hox генов, определивших (и до сих пор определяющих) самые общие принципы телесного строения всех современных организмов (конкретные различия в этом строении и форме их тел — скажем, между Мэрилин Монро и мушкой-дрозофилой — порождены различием в регулировочных генах других групп, появившихся позже, в ходе последующей эволюции).

Эти расчеты привели к тем же результатам, что и сравнение этих генов у лягушек и дрозофил. Оказалось, что первичные гены группы hox, сходные у всех современных организмов, восходят к общим предкам этих организмов, возникшим примерно 565 миллионов лет тому назад, то есть в эпоху, непосредственно предшествовавшую кембрийскому эволюционному взрыву. Как мы уже знаем, те планы строения тела, которые сохранились по сей день в виде самых общих принципов телесной архитектуры современных организмов, возникли в кембрийскую эпоху. А теперь мы видим, что регулировочные гены, ответственные за такие общие планы, появились незадолго до этого. Вполне естественно предположить, что именно появление первой полной группы генов hox (состоявшей из восьми первичных генов) сыграло роль триггера того уникального взрыва форм, который мы называем кембрийским взрывом.

Поначалу Валентин и его соавторы утверждали, что история развивалась следующим образом: до поры до времени существовали только простейшие организмы, у которых вся группа hox исчерпывалась одним-единственным геном, в предкембрийскую эпоху возникли первые многоклеточные, у которых число этих генов постепенно возросло до пяти-шести (у плоских червей), а в кембрийскую эпоху это число скачком увеличилось до восьми, и именно этого оказалось достаточно для возникновения поразительного разнообразия форм.

Более поздний вариант их теории выглядит намного сложнее. Теперь они считают, что появление всего необходимого набора регулировочных генов произошло уже в докембрийскую эпоху, 565 миллионов лет назад. Но при всей биологической фундаментальности этого события оно, тем не менее, было всего лишь необходимым, но недостаточным условием кембрийского взрыва. Вполне возможно, что даже при наличии одного из тех генов, его первый обладатель, какой-нибудь плоский червь, обладал не глазом, а всего лишь «потенцией глаза» — чем-то вроде светочувствительного пятна на голове.

Организмы — не механические игрушки, которые достаточно толкнуть, чтобы получить автоматический ответ, скорее всего потребовалось сложное сочетание различных условий, чтобы возможность стала действительностью и произошел скачок эволюции, подобный кембрийскому взрыву.

Иными словами, в кембрийскую эпоху должно было произойти что-то дополнительное, сыгравшее роль «триггера» для запуска этих генов в работу, то есть для создания множества разнообразных форм и типов, столь характерное для того времени. Валентин и его коллеги не уточняют, что могло быть таким «дополнительным триггером». Они только пишут, что «предположения варьируются от резкого роста атмосферного кислорода выше некоторого критического уровня до экологической «гонки вооружений», в которой эволюционное взаимодействие хищников и жертв могло породить целый спектр различных новых видов».

В этих словах легко распознать намеки на «кислородную гипотезу» Беркнера — Маршалла и «гипотезу хищника-жнеца» Стенли. С другой стороны, создатель «гипотезы земного кувырка» Киршвинк считает, что и его объяснение кембрийского взрыва одновременным сползанием всех земных материков тоже может сочетаться с теорией «скачка регулировочных генов», предложенной Валентином, Яблонским и Эрвином. Поэтому, подводя итоги, можно сказать, что новейшие теории кембрийского взрыва имеют тенденцию объединять в себе несколько разных гипотез и тем самым объяснять это уникальное и загадочное явление не одной какой-либо причиной, а взаимодействием нескольких различных факторов, как физико-химического, так и биологического характера.

На этом мы могли бы подвести черту под рассказом о загадках кембрийского взрыва и попытках их объяснения. Но в нашем перечне этих загадок осталась еще одна нерешенная проблема.

Как мы уже говорили, кембрийский эволюционный скачок составляет принципиальную трудность для «ортодоксальной» теории Дарвина, в которой эволюция считается обязательно «плавной» и «непрерывной». Чтобы обойти эту трудность, одни биологи вообще отрицают реальность кембрийского взрыва, а другие предлагают внести довольно радикальные изменения в «ортодоксальный дарвинизм». В самые последние годы каждая из сторон выдвинула новые доводы в свою пользу, и это резко обострило спор вокруг основ дарвинизма. Спор этот определенно заслуживает отдельного рассказа.

Рафаил Нудельман

Ещё в 1985 году, сразу после открытия Владимиром Джанибековым своего знаменитого эффекта, была попытка связать его с переворотом оси нашей планеты. Изменение положения магнитных полюсов говорит о смещении ядра. Математическая модель процесса, анализ ситуации в исторических мифах и пророчествах народов Земли, предвещают неизбежное событие, когда мы увидим восход Солнца на Западе!

"Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удаётся пользоваться математикой" Карл Маркс

Эффект Джанибекова

В 1985 году на станции "Салют-7", занимаясь разгрузкой транспортного корабля, Владимир Джанибеков раскрутил пальцем крепёжный барашек, которыми прикручивались ленты держащие контейнеры для укладки вещей отправляемых в космос.

Барашек сошел со шпильки, и к немалому изумлению космонавта, пролетев примерно 30 сантиметров, перевернулся на 180 градусов, вращаясь в ту же сторону, но уже другим полюсом, а еще примерно через 30 сантиметров барашек вновь совершил «кувырок». Это явление настолько заинтересовало космонавта, что он закрепил гайку в пластилиновый шар и повторил эксперимент c аналогичным результатом!

После небольшого замешательства в учёных кругах выяснилось, что разъяснить эффект Джанибекова прекрасно удаётся при помощи классической механики. (Вращение гайки, может быть проанализировано с помощью уравнений Эйлера системой семи дифференциальных уравнений первого порядка).

Проекции угловой скорости на собственные оси

Проекции угловой скорости на собственные оси

Из графиков видно, что при весьма незначительном возмущении вектора угловой скорости, тело, закрученное вокруг оси с максимальным моментом инерции, будет периодически лавинообразно изменять ориентацию в пространстве на 180 градусов.

Суть явления в том, что тело со смещённым центром тяжести, свободно вращающееся в невесомости, имеет различные моменты инерции, импульсы и начальные скорости относительно различных осей вращения. При раскручивании пластилинового шара с гайкой, трудно закрутить его строго по одной оси. Обязательно будет минимальный импульс, сообщенный телу, направленный относительно другой оси. Постепенно этот импульс накапливается и перевешивает осевое вращение тела. Таким образом, шар сначала вращается вокруг одной оси, потом эта ось переворачивается в противоположную сторону. Происходит кувырок, но через то же время ось опять переворачивается, возвращая тело в прежнее положение. В космосе, где нет трения, этот цикл может повторяться множество раз.

Смещение центра тяжести Земли

Центр масс Земли, или геоцентр, выбирается в качестве начала во многих системах координат, поскольку является очень устойчивой точкой в теле Земли. Эта точка реализуется по наблюдению спутников, движущихся в гравитационном поле. Геоцентр рекомендован в качестве начала для земной референцной системы в (IERS, 1996) и (IERS, 2003) как центр масс Земли, включая океаны и атмосферу.

Анализ спутниковых лазерных дальномерных наблюдений уверенно показывает, что система отсчета, реализованная в координатах станций наблюдений, неподвижных относительно земной коры, ощутимо смещается относительно центра масс Земли.

Видно неспроста, в 1997 г. Международная служба вращения Земли провела кампанию по исследованию стабильности геоцентра, в которой приняли участие 42 исследователя из 25 научных групп, использовавших современные геофизические модели и результаты обработки лазерных измерений, GPS и DORIS.

Вековые смещения в положении геоцентра можно объяснить такими причинами:

• изменением уровня моря;
• изменениями в ледяном щите (в Гренландии, Антарктиде);
• тектоническими смещениями в земной коре (рост объёма Земли).

На стабильность Геоцентра влияет положение ядра нашей планеты, плавающего в мантии! Внутреннее ядро вращается со скоростью, отличной от внешнего. Это создает динамо-эффект в виде конвекционных потоков. В результате этот гигантский электромагнит генерирует магнитное поле (МП) планеты. Следовательно, по фактическому положению оси магнитного диполя можно судить о положении ядра Земли!

Итак, смещение ядра нашей планеты должно фиксироваться разницей между магнитной осью и осью вращения.

"В начале первых систематических наблюдений за геомагнитным полем (1829г.) было отмечено, что магнитный диполь Земли (соответственно и внутреннее ядро) смещен относительно оси вращения планеты на 252 км в сторону Тихого океана. По данным 1965 года это смещение увеличилось до 430 км, и продолжает возрастать! На каком расстоянии от центра Земли находится магнитный диполь в настоящее время, выяснить не удалось, так как по каким-то причинам эти сведения в открытых источниках больше не публикуются".

Эти фразы гуляют по просторам сети уже десятилетие! Предлагаю читателям математическую модель, вычисляющую по координатам магнитных полюсов отклонение ядра планеты от Геоцентра:

Угол a между двумя точками A(μ1;λ1) и В(μ2;λ2) на сфере, (где μ и λ - широта и долгота) определяется из сферической теоремы косинусов:

a = arccos⁡(sin⁡(μ1)*sin⁡(μ2)+cos⁡(μ1)*cos⁡(μ 2)*cos⁡(λ1-λ2))

Расстояние отклонения магнитного от географического центра Земли, (где R – радиус Земли):

H = R*√¯¯1-sin²(a/2)

Если взять координаты магнитных полюсов из Wikipedia , то расстояние между осью магнитного диполя (а следовательно и ядра) и Геоцентром растёт и в настоящее время составляет около 1500 км (это 24% от радиуса Земли), что вызывает большие опасения!

Проблема в точности и синхронности получения координат полюсов. Официальные данные о положении ма гнитных полюсов Земли. Дают результат 2015 год - 1517 км, 2017 - 1548 км.

Альтернативная причина столь значительного смещения может заключаться в том, что магнитная ось не является прямой, отражена в работе Шмонова Г.А. "Двуглавость северного и многоточечность южного магнитного полюса Земли"

Магнитные полюса Земли и их истинное положение

Истинные магнитные полюса - небольшие области, в которых силовые линии магнитного поля абсолютно вертикальны. Они не совпадают с геомагнитными и лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. Координаты магнитных полюсов на тот или иной момент времени вычисляются в рамках различных моделей геомагнитного поля путём нахождения интерактивным методом всех коэффициентов в ряду Гаусса.

Соответственно, магнитная ось - прямая, проходящая через магнитные полюса, - не проходит через центр Земли и не является её диаметром !

Прецессия северного виртуального магнитного полюса в течение одного часа в разгар магнитной бури 17 марта 2013 г. По данным обсерватории «Новосибирск»

Прецессия северного виртуального магнитного полюса в течение одного часа в разгар магнитной бури 17 марта 2013 г. По данным обсерватории «Новосибирск»

Положения всех полюсов постоянно смещаются (даже ежечасно!), особенно во время магнитных бурь, вызванных потоками заряженных частиц от Солнца.

Как видим, суточные смещения полюса могут составить несколько сотен километров.

Что влияет на магнитное поле Земли?

Согласно сегодняшним представлениям, МП Земли является комбинацией нескольких магнитных полей, порождаемыми различными источниками.

1. Главное поле. Более 90% общего магнитного поля порождается во внешнем жидком ядре планеты.
2. Магнитные аномалии земной коры , вызванные остаточной намагниченностью горных пород. Изменяются очень медленно.
3. Внешние поля , порожденные токами в ионосфере и магнитосфере Земли, скоротечные.
4. Электрические токи в коре и внешней мантии возбуждаемые быстрыми изменениями внешних полей.
5. Влияние океанических течений .

Магнитные полюса, дрейфуют по поверхности нашей планеты со скоростью около 40 км в год.

Перемещение северного магнитного полюса Земли с начала XVII века. Красные точки - наблюдавшиеся положения, синие - расчётные положения, вычисленные по моделям «GUFM» (1590–1890) и «IGRF-12» (1900–2020) с временным шагом в 1 год. Для 1890–1900 годов, была осуществлена плавная интерполяция между двумя моделями.

Эффект Джанибекова применительно к Земле

Рассмотрим условия, при которых наша планета могла бы повторить траекторию пластилинового шара в опыте Джанибекова.

Во-первых , центр тяжести Земли (Геоцентр) должен существенно сместиться относительно географического центра планеты (исходя из математической модели, сейчас это около 1500 км, что составляет 24% от радиуса, условия созрели!).

Во-вторых , "переворот" происходит вдоль оси движения шара (наклон Земной оси 23,44° и перпендикулярен оси движения планеты).

В-третьих , из опыта видно, что "кувырок" осуществляется за один оборот шара (в случае Земли - за сутки)!

Не очень точное, на мой взгляд, моделирование процесса "кувырка" Геоида

Движение планеты больше напоминает волчок, чем эффект Джанибекова. Так же, в модели не учтена стабилизирующая роль Луны.

"Но эффект регулярного циклического переворота полюсов у вращающегося в невесомости тела касается только тел с неустойчивым центром тяжести, какое отношение это имеет к нашей Земле?" – спросит Внимательный Читатель.

Наверное, каждый из нас хоть раз пробовал закрутить на столе сырое или варёное яйцо – разница видна сразу. Наша Земля представляет собой сравнительно небольшое твёрдое ядро, плавающее в толстом слое жидкой магмы и тонкий слой твёрдой литосферы на три четверти покрытой океанами, а значит – опять-таки жидкостью. Этакий огромный шар размером с планету, в основном состоящий из веществ, находящихся в жидкой фазе, где просто негде взяться жёсткому центру тяжести.

Внутреннее ядро смещается, вероятнее всего, из-за Луны

Разумно рассматривать не отдельно Землю, а систему «Земля–Луна», так как по соотношению масс (1:81) она является уникальной в Солнечной системе. Под воздействием тяготения Луны ядро нашей планеты периодически смещается от оси вращения и в результате воздействия на него центробежной силы постепенно удаляется от центра Земли, преодолевая сопротивление вязкого внешнего жидкого ядра. Сил, которые вернули бы внутреннее ядро в исходное состояние, нет. Существует только одна возможность вновь перейти в состояние устойчивого равновесия – смещение оси вращения Земли.

Упоминание о Солнце, встающем на Западе в древних мифах

В индийском мифе «Укрепление земли» говорится, что «...в те времена земля колебалась, как под дуновением ветра, словно листок лотоса, из стороны в сторону» и богам пришлось укреплять ее.

В сирийском городе Угарит (Рас-Шамра) был найден текст, посвященный богине Анат, которая «уничтожила население Леванта и поменяла местами две зари и движение звезд».

В мексиканских кодексах описываются «Солнце в четырех движениях». Светило, которое движется на восток, противоположное современному Солнцу, они называли Теотл Ликсо. Древние народы Мексики символически уподобляли изменения направления солнечного движения небесной игре в мяч, которая сопровождается землетрясениями на планете. При перевороте Земли северные звезды становятся южными. Это явление описано в кодексах, как «уход четырехсот южных звезд».

Платон в труде «Политик» пишет:

"Я говорю об изменении восхода и захода Солнца и других небесных тел, когда в те давние времена они заходили там, где теперь восходят, и восходили там, где теперь заходят... В определенные периоды Земля имеет свое нынешнее круговое движение, а в иные периоды она вращается в обратном направлении... Из всех изменений, которые происходят в небесах, это обратное движение является самым значительным... В то время произошло полное уничтожение животных, и только небольшая часть людей уцелела".

В другом труде Платона («Тимей») говорится о перемещении земной оси Земли при кошмарном катаклизме:

"Вперед и назад, и снова вправо и влево, вверх и вниз, блуждая во всех шести направлениях». Земная ось «...один раз перевернулась, затем склонилась и вновь вернулась в прежнее положение... Когда случилось это опустошение, дела у людей складывались так: кругом была необозримая страшная пустыня, огромная масса земли, все животные погибли, лишь кое-где случайно уцелели стада рогатого скота да племя коз. Эти стада и доставляли вначале пастухам скудные средства к жизни" (Платон, т. 3, ч. II).

"светила, движущиеся в небе и кругом Земли, уклоняются с пути, и чрез долгие промежутки времени истребляется все находящееся на Земле посредством сильного огня. Тогда обитатели гор, высоких и сухих местностей гибнут больше, чем живущие у рек и морей. Что касается нас, то Нил, хранящий нас также в иных случаях, бывает нашим спасителем и в этой беде. Когда же опять боги, для очищения земли, затопляют ее водою, то спасаются живущие на горах, пастухи и волопасы, люди же, обитающие у вас по городам, уносятся потоками воды в море. Но в этой стране, ни тогда, ни в другое время, вода не изливается на поля сверху, а напротив, вся наступает обыкновенно снизу". (Платон, Тимей, ч. 22D) .

Расширение Земли по срединно-океаническим хребтам

Расширение Земли по срединно-океаническим хребтам

Здесь уместно вспомнить о подкорковом океане (см. статью «Всемирный потоп»). При «кувырке» Земли, скорее всего, не будет смещений вод океанов, но будет происходить процесс «выдавливания», под действием центробежной силы, подкорковых вод и магмы на поверхность Земли!

У китайцев существовало поверье, «что новый порядок вещей, наступил только после того, как звезды стали двигаться с востока на запад». Иезуитский миссионер Мартиниус (XVII век), основываясь на древних летописях, написал книгу «История Китая», в которой говорится о смещении оси Земли: «Опора неба обрушилась. Земля была потрясена до самого основания. Небо стало падать к северу. Солнце, Луна и звезды изменили путь своего движения. Вся система Вселенной пришла в беспорядок. Солнце оказалось в затмении, и планеты изменили свои пути».

Карело-финский эпос «Калевала» повествует, что страшные тени заволокли Землю, и Солнце порой покидало свой привычный путь».

У Геродота есть упоминание, что до потопа Солнце выходило с Запада, а перед потопом вышло с Востока.

О будущем предвестнике Судного дня в Коране сказано:

"Час не придет, пока солнце не взойдет на Западе, и когда оно взойдет и люди увидят его, они все уверуют, но тогда человеку не будет добра в вере, если он не уверовал прежде, не заслужил блага (совершая праведные дела) своей верой". (Аль-Бухари, 11/352, Муслим, 2/194).

То, что явление «кувырка» планеты периодично, ясно из эффекта Джанибекова, и понятно, что, чем меньше размеры, скорость и масса тела, тем с большей вероятностью оно произойдет!

Как помнят читатели из статьи "Всемирный потоп" , Земля в допотопные времена была почти вдвое меньшего радиуса и скорость её вращения была более чем втрое быстрее (сутки 7.2 часа)! Соответственно в древние времена вероятность "кувырка" Земли было намного больше, чем сейчас! И по мере расширения Земли, вероятность "переворота" не исчезает полностью, но значительно уменьшается!

Насколько опасен переворот планеты?

Лучше всего на этот вопрос ответит эксперимент в космическом вакууме! Нужно взять шар со смещённым центром тяжести из материала, смачиваемого водой. Погрузить его в жидкость, которая окутает шар каплей и, с минимальным ускорением, раскрутить его (не расплескав жидкость с поверхности), а потом отпустить в безвоздушное пространство.

Думаю, что в вакуумной камере наша модель Земного шара с океанами будет "кувыркаться по - Джанибековски" вместе с жидкостью!

Это покажет, будут ли при перевороте нашей планеты сильные возмущения гидросферы, атмосферы. А если вместо эксцентрика массы в шар поместить видеокамеру и выпустить в космос, мы увидим движение звёзд при "кувырке" Земли!

В 1976 году академик Н.И. Коровяков с помощью моделирования условий и процессов , происходящих в центре Земли (гидродинамический волчок), установил неизвестную ранее закономерность эксцентрического смещения внутреннего ядра в оболочке нашей планеты. Он пишет: «Плотное земное ядро отнюдь не торчит царственно в середине земного шара, приколоченное там авторитетами геофизики, оно путешествует в расплаве магмы по пятиугольной траектории». По его мнению, движение ядра и расплава магмы по периметру пятиугольника влияют на перемещение материков, рост гор, дрейф магнитных полюсов Земли. Перемещения вызывают землетрясения, цунами, извержения вулканов, оказывают влияние на климат и океанические течения.

Международная ассоциация авторов научных открытий и Российская академия естественных наук подтвердили достоверность открытия мирового значения, и в 1997 году выдала ученому диплом под № 63. Многолетние опыты и расчеты позволили установить, что внутреннее ядро Земли под воздействием тяготения Луны и Солнца перемещается в магме по своеобразной орбите - траектории пятиугольной формы (по пентаграмме!).

Наши предки, несомненно, обладали эзотерическими знаниями о причинах катаклизмов, произошедших в далеком прошлом. Не зря же в оккультных науках используют пентаграмму для защиты от Сатаны, владения которого находятся в преисподней. Когда он вырвется на свободу (покинет пределы пентаграммы), тогда мир претерпит страшные опустошения.

Какая опасность, которая грозит человечеству при "кувырке" Земли?

Земля представляет собой своеобразный гироскоп с тремя степенями свободы. Если движение внутреннего ядра в сторону земной поверхности будет продолжаться такими же темпами, как сейчас, то через определенное время центр масс планеты сместится настолько, что Земля просто кувыркнется в пространстве, подобно пластилиновому шару со смещенным центром тяжести в опыте Джанибекова, чтобы занять более устойчивое положение оси своего вращения. "Кувырок" может произойти внезапно, под воздействием внешних факторов, т.е. при сложении лунных и солнечных приливов, под влиянием галактических магнитных полей на магнитный момент ядра или при пролете вблизи массивного космического тела.

Однако Луна является и стабилизирующим фактором, который придает устойчивость Земле от «кувырков».

Переворот планеты, судя по мифам, уже происходил в древности и, осмысливая пророчества, неизменно произойдет в будущем! Предпосылкой этого события является смещение ядра планеты, которое фиксируется величиной отклонения оси магнитного диполя от оси Земли.

Для всего человечества это будет испытанием, но не фатальным! В момент «кувырка», под действием центробежных сил, резко возрастет вулканическая активность, повыситься уровень океана и усилится расширение Земли. Возмущение магнитного поля (со сменой полюсов) приведут к сбоям в радиосвязи и всей электроники, от усиления потока излучения попадающего на планету, погибнет часть флоры и фауны. На месте Полярной звезды появиться Южный крест, а Солнце станет всходить на Западе!

И увидел я новое небо и новую землю, ибо прежнее небо и прежняя земля миновали. [Откровение Иоанна Богослова, 21]