Впоследствии ученые продолжили работу Гальвани и Альдини. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон показал в 1843 г., что импульс действительно действует на живой нерв и что электрический заряд проходит по нему подобно волне, или нервному импульсу. Если нерв соприкасается с мышцей, импульс заставляет ее сокращаться. Идея о том, что клетки – это кирпичики организма, также сыграла положительную роль. Ученые поняли, что нервные волокна состоят из множества похожих на проволоку нервных клеток, расположенных параллельно. В ХХ в. было найдено объяснение биохимическим причинам электричества – потенциалу действия.
Один из опытов Гальвани показывает, как реагируют лапки лягушки в зависимости от того, куда экспериментатор присоединяет металлические электроды.
Вымирание
Когда-то идея о вымирании многим казалась невероятной. Однако французский зоолог Жорж Кювье доказал всем, что вымирание действительно происходило и происходит.
В начале XIX в. Кювье начал заниматься позвоночными животными и стал изучать их скелеты. Так он заинтересовался окаменелостями, найденными в районе Парижа. Постепенно ученые пришли к согласию в том, что окаменелости – это свидетельства прошедшей жизни. Но они не могли договориться, о чем именно они свидетельствуют. Многие относились к идее о вымирании скептически. Почему Бог создал некоторые виды животных, а потом убил их? Еще до появления людей. Согласно исследованию Кювье, окаменевшие кости, обнаруженные близ французской столицы, явно принадлежали слонам и носорогам. Более того, он показал, чем они отличаются от аналогичных видов, обитающих на Земле сегодня, намекая, что парижские носороги вымерли.
Так мог выглядеть шерстистый носорог – вымерший вид, изучаемый Кювье.
Рисунок Кювье показывает различия между челюстью индийского слона и челюстью найденного ученым вымершего мамонта.
Кювье полагал, что животные были созданы в несколько этапов, каждый из которых завершался потрясением – или революцией, как он это называл, – приводящим к вымиранию. В отличие от некоторых своих коллег, он не верил в эволюцию и настаивал на том, что по останкам не видно постепенного превращения одного вида в другой. Ученый также верил, что каждый вид создан идеальным, а потому, если он станет эволюционировать, части организма станут не так хорошо подходить друг к другу.
Позже, когда теории эволюции приобрели большую популярность, вымирание стали рассматривать как часть масштабного процесса, вызванного борьбой за выживание, сменой климата и случайными изменениями. В ретроспективе Кювье был отчасти прав. Случаи массового вымирания, например гибель динозавров, во многом похожи на то, что предлагал он.
Биогеография
Почему те или иные виды животных и растений находят в тех или иных частях света? Такой, казалось бы, простой вопрос веками занимал многие умы.
Биогеография, или наука о географическом распределении живых существ, совмещает в себе две тесно связанные области: палеобиогеографию и экологическую биогеографию. Последняя изучает, как распространение животных и растений связано с современными условиями. Первопроходцем в этой области был немецкий ученый и исследователь Александр фон Гумбольдт (1769–1859). Он придерживался холистического подхода к науке, стараясь свести вместе биологию, исследования климата и геологию, чтобы найти ответы на биогеографические вопросы. Гумбольдт дал начало традиции наносить на карты изотермы – линии, соединяющие места с равными средними температурами, – что помогло объяснить распространение растений.
Смелые исследования Александра фон Гумбольдта в Южной Америке, тогда мало изученной, не только принесли множество новых знаний, но и после публикации сделали ученого известным всякому обывателю.
В глубь времен
Современный климат не объясняет, почему в экологически схожих частях света, таких как Северная Африка и Австралия, находят совершенно разные виды животных и растений. И это удел палеобиогеографов – разобраться, как распространялись по планете живые существа с начала времен. Поиск ответов на такие вопросы тесно связан с развитием теории эволюции. В 1830-х гг. Чарльз Дарвин посетил Галапагосские острова в Тихом океане, и сразу после фауна изолированных участков суши стала очень обсуждаемой темой. Сегодня очевидно, что необычный животный мир сложился, когда мигрирующие виды из Южной Америки добрались до новых островов и со временем эволюционировали. Изучение же окаменелостей показывает, что на континентах, которые сегодня расположены далеко друг от друга, когда-то водились похожие или идентичные виды. Возникла идея о том, что континенты движутся (это и есть теория дрейфа материков). Одним из первых ее сторонников был Гумбольдт, а позже движение материков в деталях описал немецкий ученый Альфред Вегенер. Он полагал – и, как выясняется, он был прав, – что все континенты когда-то составляли единый участок суши, который ученый назвал Пангеей, и что впоследствии они разошлись. Аргументы Вегенера не спешили принимать, но в 1960-х гг. теория тектоники литосферных плит объяснила, как могло произойти смещение континентов с точки зрения физики.
Схема расположения окаменелостей, которые находят в Гондване. Гондвана была южным сверхматериком, сформировавшимся около 200 млн лет назад при разделении сверхконтинента Пангеи. Позже Гондвана также разделилась, и появились известные нам сегодня южные материки.
Ламаркизм
Еще задолго до Чарлза Дарвина существовало множество идей о том, как могла эволюционировать жизнь на Земле. Одну из них, привлекшую больше всего внимания, предложил француз Жан-Батист Ламарк.
К началу XIX в. находили все больше геологических свидетельств, в том числе окаменелостей, указывающих на то, что Земля куда старше, чем говорится в Библии, и что до людей здесь жили многие странные существа. Ученые предпринимали попытки объяснить, как подобное разнообразие видов животных и растений могло возникнуть в естественных условиях. Среди них был французский зоолог и ботаник Жан-Батист Ламарк. В своей книге «Философия зоологии» (1809) он выдвинул теорию о том, что изменения тела происходят в результате накопления определенных качеств в течение жизни. Мышцы, например, развиваются благодаря физическому труду и передаются в таком виде потомкам, которые, следовательно, начнут жизнь с более развитыми мышцами. Теория получила название «ламаркизм».
Классический пример ламаркизма: если за свою жизнь жираф вытягивает шею каждый раз чуть выше, этот дополнительный вытянутый участок передастся его потомкам.
Согласие и споры
Некоторые коллеги Ламарка, например Жорж Кювье, считали вывод надуманным и были уверены, что найденные ископаемые останки не содержат свидетельств постепенного изменения, чего следовало бы ожидать, если теория эволюции верна. В 1844 г. в Британии вышла книга анонимного автора под названием «Следы естественной истории творения», которая поддерживала теорию эволюции по системе Ламарка.
Она стала бестселлером, но подверглась критике ученых того времени. Только в 1859 г., когда Дарвин опубликовал свой opus majus «О происхождении видов», научный аппарат пополнил более убедительный механизм эволюции – естественный отбор. Все это произошло задолго до того, как наследственность описали генетики, и даже Дарвин считал, что эволюция по Ламарку в некоторых случаях возможна. Недавно возникшая наука эпигенетика в течение жизни наблюдает периферические изменения в генах, которые могут наследоваться. Хотя к ламаркизму этот механизм отношения не имеет, он показывает, что приобретенные качества все же могут оказывать влияние на естественный отбор.
Жан-Батист Ламарк не только выдвинул теорию эволюции, но и сделал важный вклад в изучение и классификацию живых существ, особенно беспозвоночных. Именно так он обозначил животных без спинного хребта.
Динозавры
В 1842 г. директор музея Ричард Оуэн составил отчет по ископаемым рептилиям, недавно найденным в Британии. Некоторым из них нужно было дать название, и он придумал новое слово, позаимствовав из древнегреческого словосочетания δεινός σαύρος, то есть «ужасная ящерица».
Люди находили кости и зубы динозавров во все времена, но не знали толком, что это. В Древнем Китае их называли костями дракона. В Европе начали находить все больше окаменелостей, и пришло понимание, что когда-то Землю населяли огромные животные, теперь уже вымершие, в том числе гигантские рептилии. Одними из первых обнаружили морских созданий, в том числе мозазавра и ихтиозавра. Они были рептилиями, динозаврами, но относились к разным видам. Первый динозавр, идентифицированный как таковой, был найден английским палеонтологом Гидеоном Мантеллом в богатой ископаемыми каменоломне в Суссексе, в Англии – сначала один зуб, а затем полный скелет. Это было гигантское сухопутное животное с зубами как у современной игуаны. Поэтому Мантелл назвал его игуанодоном.
Гидеон Мантелл с помощниками ищут ископаемые в каменоломне Тилгейт, где обнаружили первого динозавра.
Мэри Эннинг искала и собирала окаменелости в Лайм-Риджис на скалистом южном побережье Англии. Она научилась определять наиболее удачные места для поисков вымерших рептилий, например похожих на рыбу ихтиозавров. Она была женщиной и не имела университетского образования, а потому не могла полноценно участвовать в научной жизни. Однако научное сообщество оценило важность ее открытий и выводов.
Мертвые или живые?
Со времен Мантелла и Оуэна интерес к динозаврам не исчез. Несмотря на свое название, они все же не ящерицы, а скорее родственники крокодилов. Сегодня известно свыше 1000 ископаемых видов, и вероятно, еще больше пока не открыты. Динозавры населяли Землю примерно 200–66 млн лет назад. Затем большинство вымерло, вероятно, как полагают сегодня, в результате столкновения с Землей огромного астероида. Современные находки, особенно сделанные в Китае, показали, что многие динозавры имели оперение. Вообще сегодня мир населяют около 10 000 видов динозавров, живых и здоровых. Только мы называем их птицами.