Однако вулканические пеплы, мгновенно убивая целые сообщества организмов, сохраняют их рельефные отпечатки в почти первозданном виде. Таковы, например, захоронения разнообразных летающих тварей, со всем своим окружением попавших под пеплопад в озерной котловине, располагавшейся 130–110 миллионов лет назад (середина мелового периода) на северо-востоке Китая. Это местонахождение — Чжэхоль — даже называют «меловыми Помпеями».
Оказалось, что у одних динозавров (Sinosauropteryx и Beipiaosaurus) шкурка была утыкана полыми извилистыми нитями (филаментами) до пяти сантиметров длиной. Они ветвились, подобно перышкам современных птиц, но не имели ни крючков, ни бородок. Другие китайские пти-цединозавры [Protoarchaeopteryx и Caudipteryx) вроде бы носили настоящие перья. Последний выглядел как недо-щипанный индюк — с длинными перьями на передних лапах и хвосте. Но все они имели симметричное опахало и, значит, не годились для полета. Разве что для прохажива-ния перед самкой и ухаживания за ней.
Гистолог Теагартен Лингам-Сольар из Университета Квазулу-Наталь и орнитолог Алан Федуккия из Университета Северной Каролины усомнились в природе филаментов: уж не остатки ли это коллагеновых волокон, прошивающих шкуру любого ящера? Филаменты динозавра синозавроптерикса действительно напоминали отпечатки волокон соединительной ткани, которые образуются, например, при фоссилизации шкуры ихтиозавра. Однако впоследствии точно такие же филаменты были найдены палеонтологом Райаном Маккелларом из Университета Альберты и его коллегами в янтарях мелового возраста. В свою очередь, различные типы оперения динозавров, включая синозавроптерикса, были изучены под руководством геохимика Роя Вогелиуса из Манчестерского университета и физика-ядерщика Уве Бергманна из Национальной ускорительной лаборатории в Стэнфорде с помощью сканирующего электронного микроскопа, рентгеноструктурного микроанализатора и различных рентгеновских спектроскопов. Это позволило не только рассмотреть микроскопические детали перьев, даже в тех образцах, где их остатки не различимы в обычном световом микроскопе и тем более невооруженным глазом, но и обнаружить в них окаменевшие клеточные наноструктуры с закономерным распределением атомов металлов. Эти наноструктуры — феомеланосомы (200–400 нанометров в диаметре) и эумеланосомы (500–900 нанометров длиной при ширине до 300–600 нанометров) — отвечали за цвет оперения. Исследования подтвердили подлинность находок и их целостность — то, что они не являются смешением скелетных остатков различных животных.
Благодаря расположению меланосом перья при жизни иридесцировали — переливались всеми цветами радуги, испуская отраженный свет. Значит, пернатые динозавры представали перед своими партнерами во всем блеске. Позднее подобные исследования позволили восстановить окраску и вымерших птиц. Скажем, у древних гигантских пингвинов (35 миллионов лет), как выяснила группа палеонтолога Джулии Кларк из Техасского университета в Остине, перья были не черные, а серые и рыжие, как у многих других птиц. Современную окраску они приобрели позднее с появлением более крупных меланосом, что было связано с приспособлением всего перьевого покрова к водному образу жизни и высоким нагрузкам при движении сквозь водную толщу.
Узнать о масти древних существ позволяет и анализ ископаемой ДНК. Так, группа молекулярного биолога Майкла Хофрейтера из Йоркского университета исследовала судьбу гена меланокортинового рецептора (MC1R), работа которого связана с окраской перьев птиц и шерсти млекопитающих. Оказалось, что аллели этого гена мамонта отличались от таковых у африканского слона; ген кодировал малоэффективный вариант рецептора, и мохнатые хоботные становились блондинами. Почему бы нет: белый (на самом деле прозрачный) цвет обычен для зимней окраски многих птиц и млекопитающих северных широт, например полярных волков, поскольку прозрачные волоски пропускают солнечные лучи и тело греется (если бы они были темными, то только сами и нагревались бы и при этом быстро остывали на ветру). Исследование пигментов в волосяном покрове мамонта показало, что волоски внешнего из трех его слоев шерсти, самые длинные, были лишены пигментации. Что же до рыже-бурого цвета ископаемой мамонтовой шерсти, то она, вероятно, приобретает его благодаря окислам железа.
Мутация одного из аллелей того же гена у неандертальцев подсказывает, что эти люди были светлокожими и рыжеволосыми. Такую окраску можно считать защитной: в высоких широтах света не так много и, чтобы необходимый витамин D синтезировался в достаточном количестве, свет должен проникать сквозь кожу. Наоборот, денисовский человек, чьи костные остатки были открыты археологами Александром Алексеевичем Цыбанковым и Михаилом Васильевичем Шуньковым из Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН на Алтае, судя по его генам, был смугл, кареглаз и темноволос и на 5 процентов приходился родственником современным папуасам и коренным австралийцам. А ведь добыты все эти сведения были по фрагменту фаланги мизинца восьмилетней девочки, жившей между 35 и 50 тысячами лет назад…
Органические пигменты, которые придают окраску раковинам, панцирям или волосяному покрову, очень нестойкие (а ДНК — и подавно). В остатках ископаемых организмов возрастом в миллионы лет они практически не сохраняются. Исключение составляют смолы, подобные янтарю и природному битуму, в которых консервируются и пигменты. Но не вечны и сами смолы — их предел 220 миллионов лет. Более древние цветные окаменелости — редчайшее исключение.
«Благодаря полярному климату, слабым тектоническим изменениям и большой глубине залегания (1250 метров) раковины моллюсков моноплакофор киренгелла (Kirengella kultavasaensis) из керна скважины, пробуренной в Тимано-Печорском осадочном бассейне, сохранили радиальный рисунок на поверхности, — рассказывает палеонтолог Ольга Константиновна Боголепова, представляющая Кембриджскую программу по Арктическому шельфу. — А ведь им около 490 миллионов лет». Радиальный рисунок на раковинах отражает расположение мускулов, которых у моноплакофор насчитывалось несколько пар: по мере нарастания раковины они смещались и оставили своего рода следы. На сегодняшний день эти морские раковины с северо-востока Европейской России являются древнейшими палеонтологическими находками в цвете. А самые древние звуки — случается в палеонтологии и такое — имеют возраст 160 миллионов лет (среднеюр-ская эпоха): на левом надкрылье кузнечика, получившего красивое имя «архабойл музыкальный» (Archaboilus musicus), сохранился «смычок» — зазубренная жилка, называемая стридуляционной. Трение «смычка» о зеркальце — прозрачную перепонку, окруженную толстой жилкой на правом надкрылье, и создает стрекочущие звуки. Сделав копию этого древнего музыкального инструмента, палеонтологи и биоакустики воспроизвели и стрекотание. Возможно, музыкальный кузнечик даже был зелененьким, но вот в траве он точно не сидел: трава начала расти лишь десятки миллионов лет спустя.
Даже не столь хорошо сохранившиеся надкрылья насекомых, клешни крабов, косточки слухового аппарата позвоночных и другие приспособления животных для воспроизведения и восприятия акустических сигналов позволяют воссоздать мир живых звуков в его эволюции. Стрекотание зазвучало в триасовом периоде (трели выводили титаноптеры — похожие на богомолов прямокрылые), в юрском — кваканье, в меловом — в общий хор влились писк гекконов, щебет птиц и пение цикад.
В метаморфических породах — осадках, преобразованных в недрах планеты под давлением, нагревом и действием химических растворов, — кое-что иногда может уцелеть. Так, мрамор — бывший известняк — неплохо сохраняет известковые скелеты морских животных и водорослей, по крайней мере, внешний вид этих скелетов, если процесс мраморизации не зашел слишком далеко и новообразовавшиеся кристаллы кальцита не превратили все в равномерно зернистую мозаику.
Большинство ископаемых организмов сохраняется в осадочных горных породах, некогда накопившихся на дне океанов, морей, озер, в дельтах рек и других понижениях рельефа, где в течение долгих тысяч лет преобладали процессы опускания земной коры. Впрочем, осадочные породы тоже сильно разнятся по своим возможностям: мелкозернистые осадки на тысячелетия упакуют хрупкий остов, а галечник или груда валунов — сотрут его в порошок.
Многое зависит и от химического состава осадочной породы: в известняке уцелеет известковая раковина, в глине — стеклянная губка, строящая свой скелет из кремневых иголок-спикул. Наоборот, те же спикулы быстро растворятся в карбонатном осадке, а известковая раковина — в кремнистом.
Спикула губки — это часть ее скелета, так же как панцирь рака, раковина улитки или двустворки, костяк млекопитающего, раковинка амебы-фораминиферы, коралл, коробочка одноклеточной диатомовой водоросли, зубы, солевые отложения в мягких тканях и другие минерализованные при жизни организма его части. Скелет — это именно то, что обычно сохраняется в ископаемом состоянии. Бесскелетные животные — такие, как кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, беспанцирные моллюски, — в палеонтологической летописи практически не встречаются. Если мягкие ткани связывают организм с атмосферой и гидросферой, то скелет приближает его к литосфере — твердой оболочке Земли, состоящей из горных пород. Ведь скелет — это такой же камень (даже если он называется костью), точнее, минерал, как и те минералы, из которых состоит осадочная горная порода.
Посмертные изменения, ведущие к достижению равновесия со средой (в полном соответствии со вторым началом термодинамики), относительно быстро сглаживают отличия биогенных минералов от прочих. Эти процессы начинаются еще при жизни, особенно у организмов, которые не используют весь свой скелет, а живут лишь в его новообразованной части. Так, скелет корал-линовой губки, построенный из кремневых спикул и ше-стоватых арагонитовых кристаллов (арагонит — это разновидность карбоната кальция, но с примесью стронция и с иной, чем у кальцита, формой кристаллов), как только организм утрачивает над ним контроль, начинает меняться: сначала место органических оболочек, окружавших каждую спикулу или кристалл, замещает кальцит, после чего спикулы растворяются, и полости тоже заполняются кальцитом. Затем приходит черед арагонита — каждый кристалл распадается, но его шестоватая форма сохраняется благодаря кальцитовой оторочке, а затем наполняется новым содержанием — мелкокристаллической кальцитовой мозаикой, иногда с повышенным содержанием стронция, характерным для навсегда исчезнувшего арагонита. Даже в наиболее благоприятных условиях первичный арагонит редко «живет» дольше 300 миллионов лет, но его своеобразная форма указывает на то, что среди самых первых организмов с известковым скелетом, появившихся в конце эдиакарского периода (555 миллионов лет назад), были и виды с арагонитовой раковиной. Именно с этого времени ископаемая летопись, прежде всего отражающая развитие скелетных организмов, становится хорошо читаемой.
Однако эта летопись содержит не только скелетные остатки. Клетчатка (целлюлоза), из которой в основном состоят клеточные стенки растений, является органическим полимером и по своей устойчивости не уступает полимерам искусственным — полиэтилену и целлофану. Потому растительные остатки сохраняются не хуже минеральных скелетов, а древнейшим из них, принадлежавшим, по-видимому, водорослям, — около 2,1 миллиарда лет (раннепротерозоиская эра). Это отнюдь не означает, что подобные остовы не претерпевают никаких изменений: происходит полимеризация углеводородов, особенно если горная порода подвергается нагреву и давлению, пока не образуются наиболее устойчивые в данных условиях молекулы. Органические полимеры животного происхождения менее стабильны — самой старой кутикуле (от лат. cuticula — кожица) членистоногого, которая удержала следы первичного состава, всего 25 миллионов лет.
Долгоживущими являются части некоторых органических молекул (биомаркеры), например кольцевые участки ароматических и алифатических углеводородов. Поскольку каждую группу организмов характеризуют определенные углеводороды, их присутствие в осадочных породах свидетельствует о том, какие организмы жили во время накопления этих осадков. Например, стераны всегда образуются из стероидных спиртов — стеринов, входящих в состав клеточных мембран (самый известный из них — холестерин — характерен для животных). Есть свои биомаркеры и у метанобразующих архей (кроцетан); они указывают, что подобные бактерии жили более двух миллиардов лет назад. При этом если бы сохранились тельца самих бактерий, их все равно невозможно было бы отличить от любых других.
Однако дольше всего свидетельства о существовании жизни удерживают устойчивые изотопы, точнее, их соотношение. Например, цианобактерии и большинство зеленых растений при фотосинтезе отбирают из двух устойчивых изотопов углерода более редкий и более легкий (с 12 нейтронами в ядре). По повышенному содержанию этого изотопа в осадочных породах можно понять, что накапливались они при жизни подобных организмов, даже если осадки претерпели некоторый нагрев и химические преобразования. Так было установлено, что жизнь на Земле существовала уже 3,86 миллиарда лет назад (в самом начале архейского зона).
Но как бы ни были интересны скелеты, наибольший интерес представляют целостные остатки организмов. К счастью, природа по-своему «позаботилась» об ученых, интересующихся эволюцией, — в ископаемой летописи нет-нет да и встречаются удивительные по своей сохранности остовы животных и растений. Причем не только в многолетне-мерзлых породах последних нескольких десятков тысяч лет.
С «вечной мерзлотой» связано больше мифов, чем реальных находок. Наиболее известные элементы мифотворчества — легенды о гигантских кладбищах застывших во льдах мамонтов, где сохранность мягких тканей такова, что хоть сейчас бери яйцеклетку (вариант — сперму) и имплантируй живой слонихе (оплодотворяй ее), чтобы получить густошерстный и высокоудойный молодняк, и о «вмороженных пальмовых и сливовых деревьях с зелеными листьями и даже спелыми плодами». А восходит этот миф к сочинению одного из создателей палеонтологии, естествоиспытателя Жоржа Кювье, — «Рассуждения о переворотах на поверхности земного шара». В «Рассуждении» о мамонтах и их современниках сказано: «Если бы они не замерзли тотчас после того, как были убиты, гниение разложило бы их. С другой стороны, вечная мерзлота не распространялась раньше на те места, где они были захвачены ею, ибо они не могли бы жить при такой температуре. Стало быть, один и тот же процесс и погубил их, и оледенил страну, в которой они жили».
Часть скелетов севского семейства мамонтов. Брянская область; 14 тысяч лет. Палеонтологический институт РАН
На самом деле в многолетнемерзлых породах нет и следа каких-либо пальм и слив. Не такая растительность окружала мамонтов при жизни. Других зеленых листьев и плодов тоже никто и никогда не находил. С мамонтами и некоторыми прочими представителями мамонтовой фауны дела обстоят несколько лучше, но речь опять же идет не о горах трупов, а о редких находках: десяток мамонтов, два шерстистых носорога (еще две, самые полные мумии носорога сохранилась не в вечной мерзлоте, а в озокерите — воскоподобном веществе, образовавшем ископаемое болото в Галиции; одна украшает музей Кракова, другая — Львова), пять древних лошадей, четыре бизона и собака, которой 12,5 тысячи лет. Есть еще единственный замороженный человек — Отци, погибший от ранения стрелой в альпийских ледниках, но он много моложе прочих ледяных мумий (5,3 тысячи лет). Кроме того, за два столетия в Северной Азии и Северной Америке выявлено около тридцати остовов мамонта и других млекопитающих с сохранившимися фрагментами мягких тканей. Каждый случай — единичный.