Судьба динозавров и благо человечества

Судьба динозавров и благо человечества

На заре цивилизации люди узнали, что волны океана соленые, а пресную воду следует искать на суше. Тем самым наши далекие предки познакомились с природными растворами солей и способностью воды транспортировать химические элементы, а не только Ноев ковчег, с исторического рейса которого обычно рассматривается история транспортных возможностей воды.

Чуть более 250 лет назад, в 1728 году, стал выходить первый в России научно-популярный журнал "Примечания на Ведомости", а через год первая газета России "Ведомости о военных и иных делах, достойных знаний и памяти, случившихся в Московском государстве и в иных окрестных странах", напечатала сообщение: "Из Лондона. Здесь еще слух носится о полученном от триполитанского посланника известии о превращении некоторого города в камень, которому мало верят".

"Слух" содержал следующее. В Африке в 17-ти днях караванного пути в юго-восточном направлении от Триполи нашли "окаменелый город", где жители якобы превратились в камни так быстро, что находились "некоторые со штофами, иные с хлебом в руках".

Сообщение это было по тем временам достаточно правдивым, поскольку многие западноевропейские авторы той поры, и среди них знаменитый английский химик Р. Бойль, даже допускали непосредственное превращение в камень воды. По их мнению, доказательством этого служило то, что различные предметы, положенные в горячую воду карловарских источников, "в одну нощь твердым камнем обрастают". Другим подтверждением "окаменения" воды было существование "капельных камней", так называли сталактиты - каменные сосульки, образующиеся в подземных пустотах при постепенном высыхании известковистых растворов.

Известно, что Р. Бойль даже поставил соответствующий эксперимент по превращению воды в камень: "Боиле, заткнувши оную бутылку крепко, до другого дня не оттыкал, которое потом с великим удивлением увидел, что сия вода вся в камень превратилася".

Редакция "Примечаний" усомнилась в достоверности "опыта", а в отношении внезапного "окаменения городов, зверей и протчего" суждение было более определенным: "правилам натуры зело противно".

Сказочный вариант "внезапного окаменения" встречается в уральских сказах П. Бажова, а из других сказок мы знаем о "живой" воде, которая возвращает силы, молодость и даже жизнь.

Человечество издревле почитало воду, а потому наделило ее в преданиях исключительным могуществом, которому подвластно превращение живого в неживое, и наоборот. Не надо забывать, что 71% массы тела человека приходится на воду, причем ежегодное потребление воды в 5 раз превышает массу тела. За свою жизнь человек выпивает около 25 т воды, а вместе с водой потребляет соли, растворенные в ней, потому что вес природные воды, в том числе пресные, представляют собой растворы солей различной концентрации.

В XVII веке на Руси различали воду "ржавинную", текущую в районах медных или железных месторождений, встречали воды "густые и толстые", "квасцеватые" и с "некой воней" или "серчайным запахом". Знали, что "песок чистит воду, отлучаюча от нея нечистоту" тем, что "процежает ее, чего каменья зделати не могут". Очистка воды с помощью песчаных фильтров применяется и в наше время на крупных водопроводных станциях, в частности на московских.

Качество питьевой воды в древности определяли по запаху и по вкусу, а более детальное определение выполняли весовым анализом, для чего следовало взять два одинаковых суконных лоскута, "размочить в двух вводах", высушить и взвесить. "Лутчей" считалась вода, в "которой воде платок обмоченный легчайше будет". Таким образом выясняли общую минерализацию, не забывая о химическом составе вод. Чтобы "познати место "к человеческому житию и пребыванию достойное или вредное", требовалось установить, какая там вода - "болотная или известная".

Качество питьевой воды ценилось столь высоко, что любой источник с холодной вкусной водой считался целебным и священным. По этой же причине в числе "чудес" основателя Троицкой лавры Сергия Радонежского значилось умение находить родниковую воду. Свою обитель Сергий основал поблизости от родника, который, однако, вскоре иссяк, и монахам пришлось ходить по воду достаточно далеко. Тогда Сергий, чтобы не утомлять монастырскую братию, прямо на территории монастыря "сошел в дебрь или низину и, нашедши в одном рву немного дождевой воды, сотворил над ним усердную молитву, а по окончании ее внезапно явился обильный источник воды". Родник тут же стал "святым и целебным" и функционировал в этом качестве, пока не иссяк.

Аналогичной квалификацией обладал основатель Унженского монастыря в Костромской губернии Макарий. На высоком холме над рекой Унжей он обнаружил восходящий "источник чист сладкия живые скачущия воды".

В 1950-х годах к нам в страну впервые привезли неонов. Красивые рыбки с ярко-голубой светящейся полоской вдоль тела сразу понравились любителям, но развести их оказалось непросто. Сейчас любой любитель аквариумных рыбок знает, что для разведения неонов нужна мягкая вода с жесткостью не выше 4°, т. е. вдвое-втрое (а то и вчетверо, в зависимости от сезона) мягче, чем вода московского водопровода. Неоны родом из тропиков, из бассейна реки Амазонки, воды которой имеют жесткость около 2°. В такой воде выросли многие поколения этих экзотических рыбок, а в непривычно жесткой для них воде московского водопровода оболочка икринок неонов делалась столь непроницаемой для сперматозоидов, что оплодотворение не происходило.

Жесткость воды, как известно, создается присутствием растворенных углекислых и сернокислых солей двух металлов - кальция и магния, которые сами по себе являются элементами-биофилами, т. е. участвуют в обменных процессах живых организмов и вместе с другими макроэлементами слагают главную массу живого вещества. 98,8% массы живых организмов построено из углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора и серы - элементов, которые постоянно входят в состав белков, жиров и углеводов. Магний и железо - компоненты хлорофилла у растений и гемоглобина у животных. Калий и кальций необходимы для нормального роста и развития. Особенно велика биологическая роль кальция в минеральном обмене животных, у которых кальций служит основой жизнедеятельности костной ткани.

Наглядным примером кальциевой недостаточности является потеря прочности скорлупы у кур-несушек, которая сопровождается ухудшением и даже прекращением яйценоскости. Известно, что на строительство скорлупы куриного яйца кальций поступает из двух источников: корма и запасов кальция в костях несушек. Поэтому, чтобы яйца получались крепкими, а куры оставались здоровыми, необходимо наличие хорошо налаженного баланса между количеством кальция в корме, объемом съедаемого корма, уровнем яйценоскости и величиной яиц. На счастье курам люди заботятся о кальциевом благополучии несушек. Древним динозаврам (греч. "ужасные ящеры") пришлось труднее.

В свои лучшие времена динозавры насчитывали сорок родов, среди них встречались карлики не больше современной кошки и гиганты высотой с пятиэтажный дом. Огромный травоядный диплодок (греч. "двудум"), в названии которого не без юмора отмечено существование у этого животного второго мозга в крестцовом расширении спинномозгового канала, ходил на четырех пятипалых конечностях, имея длину 25 м при массе 30 т. Многие динозавры, преимущественно хищники, были двуногими, птеродактили имели крылья и могли летать.

Находки ископаемой фауны динозавров известны в разных районах земного шара, их находили в Монголии, Казахстане, Европе, Северной и Южной Америке. Все находки имеют возраст не менее 65 млн. лет. Ни один динозавр не перешагнул рубеж мезозойской и кайнозойской эры, в конце мелового периода все гигантские пресмыкающиеся вымерли.

Первым исчезновение различных видов животных на Земле объяснил Жорж Кювье (1769-1832 гг.) - "один из крупнейших палеонтологов всех времен и всех народов", - как назвал его академик АН Грузинской ССР Л. Ш. Давиташвили. Ж. Кювье, как и большинство палеонтологов додарвинского периода, считал создание видового разнообразия животного мира "делом божьим", а исчезновение отдельных видов с лица Земли связал с внезапными геологическими катастрофами.

За 150 лет, прошедших со времени опубликования трактата Ж. Кювье "Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара", накопилось великое множество гипотез, объяснявших причины гибели динозавров. Как известно, количество гипотез обратно пропорционально ясности вопроса, поэтому соображения о причинах гибели ящеров продолжают появляться и сейчас. Одни гипотезы связывают гибель динозавров с небесными силами - взрывами сверхновых звезд, падением комет и астероидов. Другие доказывают, что динозавры погибли от холода или от жары, от изменения состава древней атмосферы, под влиянием вулканических извержений и т. д. и т. п. Показательно, что в последнее время появилось сразу несколько гипотез, которые можно назвать геохимическими, поскольку они рассматривают изменение химического состава среды обитания динозавров. Известный геолог К. Хсю высказал идею о том, что динозавры в лучших традициях детективного жанра были отравлены цианистыми соединениями. "Преступление" совершила комета, угодившая в конце мелового периода в древний океан и отравившая морскую воду солями синильной кислоты.

Палеонтологи встречают не только кости динозавров, но и окаменевшие кладки яиц этих животных. Наиболее интересные находки сделаны на юге Франции в слоях, имеющих возраст около 65 млн. лет, где обнаружена самая молодая фауна динозавров. В отличие от яиц динозавров из более древних местонахождений скорлупа яиц из этих отложений оказалась очень тонкой, что свидетельствует о недостатке кальция, который был необходим динозаврам и для развития эмбриона, и для строительства скелета. По мнению немецких ученых, последним поколениям динозавров из-за недостатка кальция жилось так плохо, что они не смогли произвести жизнеспособного потомства.

Внес свой вклад в проблему гибели динозавров и лауреат Нобелевской премии профессор ядерной физики Луис Альварец, обнаруживший радиоактивность трития. Его гипотеза основана на геохимической аномалии, открытой им со своими сотрудниками в глинистых слоях, залегающих на границе мезозоя и кайнозоя. В разрезах Губбио в Италии в слое глины и перекрывающих ее известняках кайнозоя найдены высокие концентрации редких элементов, в частности иридия, содержание которого в этих породах в 20 раз выше, чем в нижележащих известняках мелового периода. Обогащение иридием, по мнению Л. Альвареца, имеет космическую причину, поскольку космическая распространенность платиновых металлов в 1000 раз выше, чем их содержание в горных породах Земли. В результате космической катастрофы Земля столкнулась с неким небесным телом, которое при ударе рассыпалось в пыль, рассеявшуюся в атмосфере, что привело к наступлению великой ночи, погубившей растительность, а с ней и динозавров. Пыль постепенно осела и обогатила соответствующие слои горных пород редкими элементами.

Аналогичные геохимические аномалии, связанные с повышением концентрации иридия иногда вместе с осмием, найдены также в одновозрастных отложениях Испании, Дании и Новой Зеландии. Профессор Л. Альварец считает, что если космическая катастрофа была связана со сверхновой звездой, то обогащение иридием "должно сопровождаться присутствием изотопа плутония-244. Этот долгоживущий изотоп плутония имеет период α-распада, равный 83 млн. лет, так что он не мог сохраниться в земной коре со времени возникновения нашей планеты, но, как полагают некоторые ученые, плутоний-244 сыграл значительную роль в энергетическом балансе земной коры в ранние эпохи существования Земли. В пользу этого мнения свидетельствуют результаты изучения метеоритов, где обнаружено соотношение изотопов инертного газа ксенона, возникающее при делении ядер плутония-244.

Плутоний-244 (вместе с йодом-129) относится к числу вымерших изотопов, и в этом смысле его геохимическая история напоминает судьбу динозавров, к которым он получил совершенно неожиданное отношение с легкой руки профессора Л. Альвареца.

150 млн. лет продолжалось господство пресмыкающихся на Земле, в небесах и на море. Кроме сухопутных динозавров, в мезозойскую эру расплодились рыбоящеры, или ихтиозавры. Ихтиозавры не откладывали яиц, как динозавры, они были живородящими и отлично плавали в водах древних морей. На морском мелкородье паслись длинношеие узколобые плиозавры, достигавшие в длину 15 м, на них нападали короткошеие Плезиозавры с головками величиной с автомобиль "Волга". Морские ящеры разделили судьбу сухопутных.

Гибель морских пресмыкающихся некоторые современные исследователи, например кандидат геолого-минералогических наук В. Елисеев, связывают с изменениями солености Мирового океана, которая в конце мезозойской эры стала ниже из-за интенсивного осаждения солей и бурного размножения водорослей и простейших организмов, интенсивно поглощавших из морской воды кальций на постройку скелета. К числу таких организмов принадлежат фораминиферы, образовавшие залежи знаменитого мячковского известняка, из которого был построен белокаменный Кремль и многие другие сооружения и здания Москвы в XIV-XIX веках. Извлечение кальция из морской воды процессами жизнедеятельности морских организмов никак не компенсировалось его поступлением в океан с речными водами, поскольку меловой период характеризуется трансгрессией, т. е. наступанием моря, поглотившего обширные площади размыва, что, естественно, уменьшило поступление солей с континентов.

60 лет назад известный русский и советский геолог академик А. П. Павлов в своей работе "О некоторых еще мало изученных факторах вымирания животных в прошлом" связывал гибель динозавров с ларамийской эпохой горообразования, сопровождавшейся активизацией вулканической деятельности, сказавшейся на газовом составе древней атмосферы и солености океана.

В 1928 году академик В. И. Вернадский написал, что живой "организм вне связи с земной корой реально в природе не существует", и сформулировал биогеохимический принцип, согласно которому "эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, должна идти в направлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере".

Первое в истории Земли увеличение биогенной миграции, нашедшее свое наибольшее выражение в миграции кальция, произошло в протерозойскую эру с появлением морских водорослей, радиолярий, губок и моллюсков. В это время возникли первые рифовые известняки, образовавшиеся в результате жизнедеятельности синезеленых водорослей. Палеозойская эра знаменовалась развитием наземной растительности, определившей круговорот кислорода и углерода.

Своими работами В. И. Вернадский создал учение о биосфере - сложной системе, куда входят тропосфера, гидросфера, часть литосферы в пределах жизнедеятельности организмов и сами организмы, обитающие в биосфере, включая человека. Дальнейшее развитие идей В. И. Вернадского позволило разработать принципы биогеохимического районирования - выделения определенных регионов биосферы, имеющих собственные зональные признаки геохимических условий. Система биогеохимического районирования основана на принципе единства живых организмов и геохимической среды их обитания в биосфере.

Рост Петра I превышал 2 м, а африканские пигмеи, живущие в тропиках, обычно не бывают выше полутора метров. Тропические районы - "царство" низкорослых людей. В 1960 году в Нью-Йорке на симпозиуме "Экология и антропология" рассматривалась связь потребления минеральных веществ и витаминов с ростом и развитием человека. Было отмечено, что природные условия тропической зоны характеризуются фосфорно-кальциевой недостаточностью, а пища местного населения бедна животными белками и кальцием. В связи с этим рыло высказано предположение о наследственной адаптации пигмеев к дефициту кальция и фосфора, которая выражается в уменьшении роста и развития и ограничении размеров тела взрослого индивидуума.

Геохимические исследования, проведенные на европейской территории СССР (Т. И. Алексеева), показали, иго концентрация кальция, фосфора, алюминия и железа в почвах и природных водах влияет на размеры и форму головы, а также на величину скелетных костей местного населения. Иными словами, геохимические условия среды в известной степени определяют не только рост человека, но и черты его лица.

В настоящее время работами советских геохимиков Вставлена геохимическая характеристика биогеохимических зон по содержанию микроэлементов в почвах и по реакции организмов на их недостаток или избыток. Установлен целый ряд эндемических заболеваний сельскохозяйственных животных, связанных с геохимическими условиями района их обитания.

Геохимическими исследованиями установлено также, что эндемическая подагра человека вызывается высоким содержанием в почве и пищевых продуктах молибдена при относительном недостатке кальция.

В конце прошлого века профессор Чикагского университета Жак Лёб занялся изучением биологического действия растворов солей на морские организмы. Свои опыты он ставил на морской рыбке фундулюс, способной переносить большие колебания осмотического давления и соответственно значительные изменения концентрации солей. Ученый взял 1 л дистиллированной воды, добавил в нее 35 г хлористого натрия и поместил в этот раствор икринки рыбки фундулюс. Результат опыта оказался странным: икра фундулюса, которая прекрасно развивалась в морской воде, имеющей точно такую же концентрацию хлористого натрия, в чистом растворе погибла. Повторив опыты, Ж. Лёб пришел к выводу, что чистый раствор хлористого натрия токсичен для икринок. Следовательно, можно попробовать подавить токсичность хлористого натрия точно так же, как сделано в природе, - добавив другой соли. Ж. Лёб прилил к раствору хлористого натрия раствор сернокислого кальция и обнаружил, что развитие икринок зависит от концентрации кальциевой соли. Дальнейшие опыты показали, что ядовитое действие хлористого натрия исчезает даже при добавлении солей свинца и цинка, которые сами по себе являются ядовитыми. Ж. Лёб назвал открытое им явление антагонистическим действием солей, а растворы, состоящие из смеси солей в соответствующих концентрациях, - физиологически уравновешенными, или эквилибрированными, растворами. Примером физиологически эквилибрированного раствора служит морская вода, где на 100 ионов натрия приходится около 2 ионов калия и 2 ионов кальция. Такое же соотношение ионов наблюдается не только в морских организмах, но и в тканях пресноводных и сухопутных животных.

Опыты Ж. Лёба показали, что живые организмы могут развиваться только в физиологически уравновешенных средах при наличии такого же равновесия в организме. Из этих результатов стал понятен известный опыт английского физиолога А. Рингера, который "оживлял" изолированное сердце лягушки в растворе из смеси солей, близкой к солевому составу крови. Изменение состава раствора сразу сказывалось на работе сердца. Добавление калия уменьшало частоту сердечных сокращений, введение кальция, наоборот, увеличивало, но нормальная работа сердца была возможна только при сбалансированном соотношении калия и кальция.

Физиологическое значение кальция для живого организма недавно исследовали советские медики.

Как известно, стрессовые ситуации - это плата за блага цивилизации. Эмоциональное напряжение оказывает неблагоприятное влияние прежде всего на сердечно-сосудистую систему организма, являясь одной из основных причин заболеваний органов кровообращения. При стрессе образуются высокие концентрации кортико-стероидов и катехоламинов, оказывающие повреждающее действие на сердце. Механизм отрицательного влияния гормонов, по-видимому, связан с повреждением клеточных мембран за счет активизации окислительных процессов в сердечной мышце.

Исследование на эту тему провели под руководством профессора Ф. З. Меерсона сотрудники лаборатории патофизиологии сердца Института общей патологии и патологической физиологии АМН СССР.

Изучалась деятельность изолированного сердца крыс, находившихся несколько часов в стрессовом состоянии. По сравнению с контрольным сердце, перенесшее стрессовую ситуацию, особенно резко реагировало изменение концентрации кальция в физиологическом растворе. Авторы исследования объясняют возросшую "кальциевую" зависимость деятельности сердца животного, перенесшего стрессовую ситуацию, результатом повреждения мембранных механизмов транспорта ионов кальция в миокардиальных клетках. Так обстоит дело с кальцием в сердце, внутри организма, а снаружи - в окружающей сердце и организм среде?

В конце 1950-х годов японский химик И. Кобаяши обратил внимание на связь между кислотностью питьевой воды и смертностью населения японских островов от инсульта - одной из основных причин смертности японского населения. Страна восходящего солнца находится в пределах Тихоокеанского вулканического кольца, большинство японских рек стекает с вулканических усов, имея повышенную кислотность и низкую концентрацию кальция и магния, и следовательно, питьевая вода в Японии мягкая.

Эти работы стали известны в США, и американский эпидемиолог Г. Шредер сравнил величины жесткости воды в 49 американских штатах с частотой сердечно-сосудистых заболеваний. Выявилась обратная зависимость между концентрацией магния и кальция и распространением сердечно-сосудистых заболеваний у городских жителей. Аналогичные исследования вскоре провели английские медики, которые показали более четкую зависимость между концентрацией кальция в питьевой воде и сердечно-сосудистыми заболеваниями в определенных районах Британских островов, причем корреляции с магнием обнаружено не было.

В дальнейшем потребовалось выяснить, каков механизм выявленных связей, т. е. узнать, действительно ли жесткость воды влияет на частоту сердечно-сосудистых заболеваний. И тут ясная было картина потеряла четкость.

Английские специалисты обратили внимание на то обстоятельство, что развитие английской промышленности в известной степени коррелировало с жесткостью воды, поскольку промышленные предприятия предпочитали мягкую воду. Таким образом, виновником болезней мог быть не дефицит кальция, а влияние промышленного производства. Кроме того что кальций является элементом-биофилом, он способен влиять на поступление в воду тяжелых металлов, таких, как, например, свинец. Жесткая вода покрывает водопроводные трубы налетом солей кальция и магния и, таким образом, препятствует выщелачиванию токсичных металлов из материала труб, Как это порой бывает, зависимость, казавшаяся в самом начале исследований очевидной, растворилась в потоке сомнений, каждое из которых требует проверки и изучения. Путь к научной истине долог, сложен и труден, но он необходим, ибо в геохимической организованности биосферы - судьба человечества.