Трилобиты. Свидетели эволюции - Ричард Форти

Глаза трилобита сделаны из кальцита. И это одно выделяет их из всего царства животных.

Кальцит — один из самых распространенных минералов. Белые утесы Довера — это кальцит, обрывы над рекой Миссисипи — это кальцит, нагромождения всхолмий, похожих на гигантские термитники в Гуйлине в Китае — это кальцит, устоявший против миллионов лет выветривания. Самые монументальные и долговечные здания построены из известняка (который тоже кальцит): египетские пирамиды в Гизе, величественный «Королевский полумесяц» в Бате, амфитеатр с колоннами классического времени в Коринфе. Из полированных кальцитовых плит сложены полы в соборах эпохи Возрождения в Италии, подобные им облагораживают интерьеры отелей Hyatt Regency или залы общих собраний, или любое помещение, которому архитектор желает придать достоинство, присущее только натуральному камню. Для изысканных альпийских горок мы берем известняковую щебенку; а ее более тонкий и более белый собрат дает основу, из которой рождаются скульптуры. Только кремниевый песок распространен больше, чем кальцит. Поэтому от материала столь обычного и столь знакомого не ожидаешь никаких сюрпризов. Но тем не менее именно он обеспечил трилобитам зрение. Наичистейшая форма кальцита прозрачна. У камней, используемых в декоративных и строительных целях, есть свой цвет и фактура, которые обеспечиваются разнообразными включениями и хаотическим расположением групп кристаллов: есть желтоватые, сероватые камни, есть камни крапчатые. В итальянских соборах темно-красный цвет мраморных полов объясняется глубоким проникновением в известняк окислов железа. Избавьте кальцит от всех этих включений — и он станет бесцветным. Но не обязательно прозрачным. Мел почти целиком состоит из чистого кальцита, но слагают его массы микроскопических гранул — в большинстве своем это фрагменты ископаемых ракушек, — которые рассеивают и отражают свет: получается вошедшая в поговорки белизна. Когда из морского тумана южного побережья Англии вдруг встают Семь Сестер[19], кажется, будто на ветру колышутся крахмальные белые простыни, так холодны они в своей обнаженной чистоте. Но если дать кристаллам кальцита расти медленно, то они приобретают свою истинную кристаллическую форму и становятся стеклянно прозрачны. Химический состав кальцита совсем прост — СаСO3. Когда кристалл формируется, то атомы, входящие в его состав, сомкнуты вместе, они не дают посторонним атомам внедряться и нарушать его минеральную строгость. Надстраивается слой за слоем, и вот появляется форма — это макрокосм драгоценной красоты отражает микрокосм атомной структурной симметрии. Как в работе искусного каменщика, здесь нельзя ошибиться в укладке атомных кирпичиков. В минеральных прожилках часто вырастают крупные правильные кристаллы. Шахтеры их отбрасывают, они охотятся за более редкой добычей, ведь драгоценные металлы часто прячутся под маской сереньких и мутноватых минералов: на них и не взглянешь, если рядом положить совершенные кристаллы кальцита. Одни из этих кристаллов остро заточены — их называют «собачий клык», они похожи на зигзаг, который изображали норманнские резчики на дверях своих церквей; другие кристаллы тупоносые — их называют «шляпки гвоздя». Но есть кальцит наичистейший, как душа ангела, это исландский шпат.

Посмотрите на кристалл исландского шпата, и вам откроется тайна трилобитового зрения. Потому что для глазных линз трилобиты использовали совершенные кристаллы кальцита — и в этом они уникальны. У других членистоногих формируются «мягкие» глаза, они построены из тех же клеток и органических соединений, что и остальное тело. В пределах этого ограничительного условия существует необъятная масса разновидностей: есть глаза с многочисленными линзами, как у мухи; крупные составные глаза пауков; глаза, видящие в темноте; глаза, отлично приспособленные к яркому солнечному свету. Глаза осьминога прославились своим сходством с глазами позвоночных, их разбирают как наглядный пример конвергентной эволюции в животном мире. Разглядывая, бывало, унылый глаз дохлой рыбы, мы про себя благословляли свои ясные — фокусирующиеся — глаза. И только трилобиты использовали прозрачность кальцита для передачи света чувствительным клеткам. У них глаза естественно продолжали панцирную оболочку. Они сидели поверх щек животного будто в специальных очках, твердых, как и вся раковинка.

«Глазная» тема требует небольшого пояснения. Устройство глаза зависит от оптических свойств кальцита, а они, в свою очередь, зависят от свойств кристаллической решетки. Если разбить большой кусок кристаллического кальцита, то он расколется на фрагменты в соответствии со структурой связей своих атомов: здесь безоговорочно исполняются законы, которые диктует невидимая организация самого минерального вещества. У вас в руках останется шестигранный кусок кальцита в форме ромба. Не равносторонний куб с квадратными гранями, не параллелепипед с прямоугольными сторонами, подобный плитке шоколада, нет, стороны ромба совсем не прямоугольные. Геометрия минеральной формы описывается взаимным направлением нескольких главных осей, проходящих через центр кристалла. Простейший кристалл — это куб, его оси проходят через центры граней и пересекаются в центре куба под одинаковыми углами, причем все имеют одинаковую длину. Эти оси называются соответственно а, b и c (здесь в виде исключения наука выбрала наипростейшие имена). Структура кальцита подразумевает одну главную ось, которую пересекают три оси; все они пересекаются друг с другом под углом 120°, и в результате получаются ромбы. Чистый кальцит, который, как мы выяснили, совсем не куб, пропускает свет определенным образом. Падая на грань ромба, световой луч раздваивается, это явление известно как двойное лучепреломление. Один из получившихся лучей получил название обыкновенного, а второй — необыкновенного: их путь строго определен подобно самой форме кристалла взаиморасположением атомов в кристаллической решетке. На первом этаже Музея естественной истории в Лондоне стоит огромный образец исландского шпата, через него можно посмотреть на Мальтийский крест и увидеть два изображения: одно порождено обыкновенным лучом, а второе — необыкновенным. Но существует только одно-единственное направление, вдоль которого луч не расщепляется надвое. Оно проходит вдоль кристаллографической оси с: луч, бегущий по этому направлению, не разделится на два луча, а неизменным переправится сквозь кристалл. Можно было бы проскочить мимо рассуждений о том, как кальцит преобразует свет, они и вправду больше смахивают на некоторые заковыристые вопросы из теста на общую эрудицию. Но все же, все же… Избирательность оси с гарантирует предпочтение именно тем лучам, которые направлены вдоль нее. Если кристалл вытянут в призму параллельно оси с, то нерасщепленный свет пройдет через кристалл вдоль длинной стороны призмы. А если светить на эту призму под любым другим углом, то свет, как и положено, разойдется на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые, дойдя до поверхности кристалла, снова отклонятся и частично отразятся, а затем снова преломятся и отразятся — и так снова и снова. Поэтому в призме, если она достаточно длинная, есть всего лишь одно направление, которое пропускает четкий луч, — это направление кристаллографической оси с. Иными словами, луч, который такой кристалл может «видеть», падает на кристалл только с одного конкретного направления. Удивительно, но трилобиты совладали с хитроумными свойствами кальцита и обратили их в свою пользу. У них кристаллические — буквально хрустальные — глаза.