Методы науки

Итак, в недрах Земли сохранились остатки животных и растений прошлого. По этим остаткам мы можем сказать, что это были за существа, где и как они жили, каков был их облик. Более того, мы можем говорить, как и почему они изменялись, как происходило развитие жизни на Земле и как изменялась сама Земля в течение тысяч и миллионов лет.

Представьте себе, что геолог находит в земных слоях, например в подмосковном известняке, остатки кораллов. О чем же говорит эта находка? Во-первых, о том, что на территории Подмосковья было прежде море, а не суша. Во-вторых, климат был более теплым, чем теперь. В-третьих, море было мелководное, так как кораллы не живут на большой глубине. В-четвертых, море было весьма соленым, так как в опресненных морях кораллов обычно мало. Хорошо изучив строение кораллов, можно сделать и другие выводы.

Так остатки организмов дают возможность восстанавливать прошлое Земли. Очень важно и практическое значение палеонтологии. Ископаемые организмы дают возможность устанавливать относительную хронологию земной коры, географию древней Земли, что позволяет ориентироваться не только в истории Земли, но и в поисках полезных ископаемых и в первую очередь угля, нефти, некоторых стройматериалов, руд и т. п. Но можно ли по разрозненным остаткам организмов восстановить их вид, строение, образ жизни и даже историю? На первый взгляд кажется, что ответить на подобные вопросы невозможно, а значит, невозможно и восстановить прошлую жизнь.

Но, оказывается, это не так.

Мы можем сейчас по скелету и другим сохранившимся частям животного (кожа, мускулы, некоторые части внутренностей) восстановить не только его облик, но и образ жизни. Даже по части скелета (черепу, челюсти, костям ног) позвоночного животного многое можно рассказать о его строении, образе жизни, а также о ближайших родственниках, как среди ископаемых, так и современных. Для этой цели есть различные методы.

В начале прошлого столетия выдающийся французский естествоиспытатель Жорж Кювье (1769-1832) своими трудами положил начало палеонтологии и сравнительной анатомии.

Следует отметить, что еще в 1714 году, задолго до открытия официального основателя палеонтологии Кювье, Петр I при создании Кунсткамеры, из которой развились все естественно-исторические музеи Академии наук, издал указ об организации сбора в Кунсткамеру различных материалов, способствующих познанию природы, в том числе остатков ископаемых животных. Петр велел выяснить, какому животному принадлежат "Мамонтовы рога" (то есть бивни).

Так начались в России первые палеонтологические сборы.

Рисунки зубов и челюстей мамонта, сделанные в Сибири одним из посланных на обследование помощников Петра, подали Кювье мысль о различиях между современными и ископаемыми животными и толкнули его на изучение ископаемых позвоночных. В 1757-1759 годах М. В. Ломоносов в замечательной работе "О слоях земных" дал в художественной форме картину заключения в янтарь (окаменевшую смолу) насекомых. В чередовании слоев с остатками раковин и с остатками наземных растений он видел смену различных периодов жизни Земли, явления отступания и наступания моря и выдвинул идею об огромной длительности геологических периодов.

Одно из основных выдвинутых Кювье положений гласит, что организм представляет собой связное целое, в котором отдельные органы не могут меняться, не вызывая изменения других.

Это положение можно подтвердить многими примерами. Ограничимся одним: у слона есть хобот, с помощью которого он достает с земли и деревьев пищу, и очень короткая шея. Если бы хобота не было, то для того чтобы доставать землю, а стало быть, иметь возможность существовать, должно было произойти удлинение шеи, что и наблюдается у многих копытных млекопитающих.

Другой основной метод назван Кювье "законом соотношений органов". Приведем примеры, поясняющие его.

Хищные млекопитающие имеют на ногах когти, а травоядные - копыта. У обеих групп этих животных разный тип строения черепа, зубов, каждой отдельной кости скелета. Хорошей иллюстрацией этого закона соотношений служит следующий забавный анекдот. Один из учеников Кювье, желая его напугать, нарядился диким зверем и забрался к нему в спальню. Подойдя к кровати, он произнес глухим голосом: "Кювье, Кювье, я пришел съесть тебя!" Кювье увидел какое-то страшное животное, но с рогами и копытами, и заметил: "Как! Рога, копыта... Травоядное... Ну, ты не съешь меня". Зная строение, например, зубов, которые часто встречаются в ископаемом виде, можно представить строение челюстей, черепа, конечностей, желудка и т. д.

Немецкий поэт Гете, который был и выдающимся натуралистом, выразил этот закон так: "Ни у одного животного, верхняя челюсть которого вся усажена зубами, нет на лбу рогов. Мать-природа бессильна создать рогатого льва". Кювье достиг большого искусства в реставрировании животных по отдельным частям скелета. Это дало возможность составить более или менее отчетливое представление не только о внешнем облике вымерших животных, но даже о внутреннем строении, образе жизни и среде, в которой они обитали.

В 70-х годах прошлого века выдающимся русским палеонтологом-дарвинистом Владимиром Онуфриевичем Ковалевским был основан эволюционный палеобиологический метод изучения истории развития животного и растительного мира в связи с изменением среды.

В чем суть этого метода изучения истории организмов?

В. О. Ковалевский, изучая остатки (кости, скелеты), восстанавливал мускулатуру и весь облик вымершего животного. Сравнивая родственных животных, живших в разное время и в различных условиях, Ковалевский устанавливал причины, вызвавшие то или иное изменение строения организма, происхождение одних групп животных от других.

Ковалевским, например, было твердо установлено, что широкое распространение степей, начавшееся несколько миллионов лет назад, привело к изменению пищи, а следовательно, зубов, черепа, конечностей и других органов у животных, питавшихся травой.

Облик ископаемого животного, особенно позвоночного, может восстанавливаться довольно детально. По скелету, форме и мощности отдельных костей (по характеру мест прикрепления мышц) восстанавливается мускулатура. По сохранившимся черепам и отливам их внутренних полостей можно превосходно изучать внешнюю форму мозга.

Так, существуют особые отрасли палеонтологии, как, например, палеомио-логия, изучающая мускулатуру, и палеоневрология, изучающая нервную систему ископаемых животных. На рисунке дан пример детального восстановления облика древнего гигантского ископаемого носорога.

Насколько детально может быть восстановлен облик ископаемого животного и человека, показывают работы советского антрополога М. М. Герасимова: он восстанавливает по черепу даже человеческое лицо с портретной точностью (См. работы: М. М. Герасимов. Основы восстановления лица по черепу. М., "Советская наука". 1950. Б. В. Ляпунов. Из глубины веков. М., Госкультпросветиздат, 1952).

Тщательное изучение остатков ископаемых организмов животных и растений, а также геологии и палеографии позволяет восстанавливать ландшафт и среду их обитания. При этом изучают причины возникновения, распространения и вымирания каждой группы организмов. Другими словами, ископаемые организмы рассматриваются исторически и биологически, насколько это возможно, во мраке прошлого.

Таким образом, палеонтологический путь изучения истории организмов по В. О. Ковалевскому вкратце таков: детальное изучение строения организмов, восстановление среды (как по строению самого организма, так и по данным геологии) и далее выяснение истории данной группы организмов и ее закономерностей.

Но эта история должна быть исследована как можно точнее и подробнее. Известно, что в индивидуальном развитии современных организмов повторяются некоторые черты далеких предков. Поэтому изучение индивидуального развития, а также сравнительное изучение строения современных животных помогают изучать историю жизни.

Вообще изучение всей "лестницы живых существ" от амебы до человека, от бактерии и водоросли до высших цветковых растений необходимо для восстановления истории жизни. Всестороннему изучению развития жизни на Земле помогает физиология, биохимия, гистология, даже биофизика и геохимия. Таким образом, в настоящее время история жизни на Земле изучается самыми различными методами, большим комплексом самых различных наук. Среди них особое место занимают сравнительная анатомия и эмбриология, поэтому мы подробнее познакомимся с данными этих наук.

Сравнительная анатомия располагает животных в определенные ряды от простого к сложному, изучая, сравнивая сходные и соответствующие друг другу органы. Оказывается, например, что все органы позвоночных (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) построены как бы по одному плану. Возьмем для примера хотя бы строение передней конечности наземных позвоночных. На первый взгляд, все они весьма различны. Однако сравнительно-анатомическое изучение убеждает нас в наличии одного плана строения. У всех этих животных имеется плечевая кость, припленяющаяся одним концом к лопатке, другим к лучевой и локтевой костям. Эти последние могут быть слиты друг с другом или одна из них уменьшена, но все-таки они есть у всех. Никаких других костей в этом отделе конечности нет. Далее, к лучевой и локтевой костям причленяется группа мелких косточек, образующих место сгиба, затем идут кости пясти и пальцев, число которых не одинаково, но в основе равно пяти. Таким образом, несмотря на бросающееся в глаза большое своеобразие каждой конечности, все они имеют единый план строения.

Изучение других частей скелета и всех остальных органов показывает то же самое. Не посвященному в сравнительную анатомию мозг человека кажется совершенно несравнимым с мозгом рыбы или ящерицы. Мозг их резко различен по форме, величине и расчлененности, но мы везде находим большие полушария, продолговатый мозг, средний мозг, мозжечок, всюду есть сходные по положению внутренние полости (или желудочки).

Надо отметить, что в деталях строения мы всегда наблюдаем отличия. Как правило, все органы рыб устроены проще, чем у земноводных, над которыми в свою очередь по степени сложности стоят пресмыкающиеся, а далее птицы и млекопитающие. Таким образом, данные сравнительной анатомии позволяют говорить о "низших" позвоночных (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся) и "высших" (птицы, млекопитающие) и о том, что "высшие" произошли от "низших". Палеонтология окончательно убеждает нас в правильности этого. Первыми позвоночными на земле были рыбы, от них возникли земноводные. Последних вытеснили пресмыкающиеся, давшие начало первым птицам и млекопитающим.

Этот взгляд имеет основательную опору в эмбриологии. Одно из основных ее положений гласит: онтогения (развитие индивида) кратко, в общих чертах, повторяет филогению (далекую родословную данного вида или группы организмов). Это нельзя понимать буквально. Зародыш птицы внешне совсем не похож на ящерицу, а зародыш человека - на обезьяну, но зародыши их сходны между собой.

Хотя мы знаем теперь, что птицы произошли от небольших ящерецевид-ных пресмыкающихся, а человек - от особого рода человекообразных обезьян, мы наблюдаем у куриного зародыша пальцы на передних конечностях, а тело зародыша человека на определенной стадии развития имеет волосяной покров. В развитии зародыша каждого животного можно наблюдать массу признаков, особенностей, которые в какой-то степени напоминают таковые его далеких предков. Не странно ли, в самом деле, что зародыш птицы или даже человека имеет жаберные щели! С точки зрения теории развития этот факт легко объясним: в строении и особенно в индивидуальном развитии каждого организма отражены черты его исторического развития. Замечательные исследования русских биологов А. О. Ковалевского и И. И. Мечникова по эмбриональному развитию некоторых беспозвоночных животных и низших хордовых, о которых рассказывается в последующих главах, позволили выяснить происхождение позвоночных животных.

Так данные различных наук позволяют нам восстанавливать историю жизни на Земле, законы ее развития.