Dylemat Darwina

W ciągu ostatnich trzech dziesięcioleci ewolucyjne drzewo życia wydłużyło się siedmiokrotnie. Odkryty został nieznany i uznawany za nieistniejący zapis kopalny niezwykle starych istot żywych. Po raz pierwszy uzyskaliśmy solidną wiedz ę o tym, że życie powstało, ewoluowało i odniosło sukces rozwojowy w niemowlęcym wieku Ziemi. Około 3,5 mld lat temu, nieco ponad 400 mln lat po ukształtowaniu się powierzchni Ziemi, życie było już w stadium zaawansowanego rozwoju. Przed tym badawczym przełomem:

• Nikt nie przewidział, że życie zaczęło się tak wcześnie.
• Nikt nie sądził, że w ciągu czterech piątych swojego istnienia życie na Ziemi było reprezentowane jedynie przez zróżnicowane mikroorganizmy.
• Nikt nie wyobrażał sobie, że dzisiejszy świat – znane nam oddychające powietrzem i wytwarzające tlen istoty żywe, drapieżniki i ich ofiary – to jedynie wyżej uorganizowana wersja liczących miliardy lat zespołów mikroorganizmów.
• Nikt nie przewidział, że ewolucja sama zmieniała się w czasie geologicznym i że zasady darwinowskiej walki o byt zmieniły się zasadniczo w ciągu długiej historii życia.

Jest to wiedza nowa, wynik intensywnych badań prowadzonych w czasie ostatnich trzydziestu lat. Odkrycia te mają jednak swój początek w pytaniach postawionych po raz pierwszy wiele lat temu. Rzeczywiście, dylemat brakującego wczesnego zapisu kopalnego życia – luki w historii życia, która zdaniem niektórych badaczy podważała fundamenty darwinowskiej ewolucji – był już szeroko podnoszony w połowie XVIII wieku.

Wysiłki zmierzające do wypełnienia tej luki mają długą historię złożoną z fałszywych założeń i żenujących błędów. Aby ją zrozumieć, musimy się zapoznać z pojęciem czasu geologicznego i historią rozwoju badań nad konstrukcją jego skali.

Mówimy lekko, nawet bez zająknienia, o czasie geologicznym liczonym w setkach milionów czy miliardach lat. Co jednak oznaczają te olbrzymie liczby? Bez względu na to, czy zastosowane do wyrażenia zadłużenia państwa, liczby gwiazd na niebie (50 mld galaktyk w zasięgu widzenia, każda zawierająca 100 mld gwiazd), czy liczby neuronów w ludzkim mózgu (ponad 100 mld z 100 bln połączeń), są to wartości tak wielkie, tak astronomiczne, że trudno je pojąć. Dotyczy to także czasu geologicznego. Trudność tę możemy jednak przezwyciężyć, poznając sposób jego podziału, tak jak rok jest podzielony na miesiące i dni, czy dzień na godziny i minuty, a następnie kalibrując go za pomocą następstwa wydarzeń (śniadanie, zajęcia na uczelni, obiad, odrabianie zadań domowych, kolacja, TV, sen), wykorzystując te, jakie znamy z historii życia.

Na podstawie międzynarodowego porozumienia cały czas geologiczny, cała historia Ziemi, jest podzielona na dwie wielkie jednostki zwane eonami, prekambr i fanerozoik. Starszy, eon prekambryjski, jest znacznie dłuższy i obejmuje czas, jaki minął od powstania Ziemi około 4,55 mld lat temu do pojawienia się przed około 550 mln lat skamieniałości organizmów mających twarde, mineralne części szkieletowe, takich jak trylobity, podobne do dzisiejszych krabów, i różnorodne mię- czaki. Eon ten składa się z dwóch er, starszej ery archaicznej (od greckiego słowa archaios – dawny), obejmującej czas od 4,5 do 2,5 mld lat temu, i młodszej, ery proterozoicznej („ery wczesnego życia”, od greckiego słowa proteros – wczesny, i zoe – życie) obejmującej czas od 2,5 mld lat temu do końca prekambru.

Młodszym i krótszym eonem jest fanerozoik („eon życia jawnego”, od greckiego phaneros – widoczny, oczywisty, i zoe – życie). Obejmuje on młodszą historię Ziemi, około 550 mln lat, i jest podzielony na trzy ery (od najstarszej do najmłodszej: paleozoik, mezozoik i kenozoik), z których każda dzieli się na krótsze odcinki, znane jako okresy geologiczne. Najstarszym okresem ery paleozoicznej (i jednocześnie eonu fanerozoicznego), obejmującym czas od około 550 mln do nieco mniej niż 500 mln lat temu, jest okres zwany kambrem, od Kambrii, rzymskiej nazwy Walii, gdzie po raz pierwszy zostały opisane skały tego wieku (kambryjskiego systemu skalnego). Do niedawna powszechnie uważano, że skały podściełające system kambryjski, a zatem od niego starsze, nie zawierają skamieniał ości. Sądzono zatem, iż życie prekambryjskie nie pozostawiło żadnych śladów.

W początkach XVIII wieku warstwy skalne fanerozoiku były najpierw aktywnie badane w północnej Europie, przede wszystkim w Walii i Anglii. Z tego powodu wiele okresów geologicznych fanerozoiku i ich systemów skalnych opatrzono nazwami geograficznymi dawnych ludów zamieszkujących obszar stanowiący dziś Zjednoczone Królestwo. Na przykład ordowik i sylur, dwa kolejne okresy geologiczne młodsze od kambru, zostały tak nazwane od nazw Ordowików i Sylurów, dwóch starożytnych plemion walijskich. Dewon, kolejny okres fanerozoiku, jest nazwany od hrabstwa Devon w południowej Anglii. Zaś kreda, okres geologiczny słynny z wymarcia dinozaurów ok. 65 mln lat temu, wziął swoją nazwę od odsłonięć miękkiej, jasnoszarej skały zwanej kredą piszącą (łac. cretaceus), która tworzy trafnie od jej barwy nazwane White Cliffs (Białe Urwiska) w pobliżu Dover na północnym brzegu cieśniny La Manche.

Geolodzy prowadzący badania terenowe na początku XVIII wieku, starający się podzielić fanerozoiczne formacje skalne na łatwo wyodrębniające się serie, napotykali na wielkie trudności. Nie mieli do dyspozycji rdzeni głębokich wierceń, a nawet trudno było im się dostać do wielu obszarów z dobrze odsłoniętymi warstwami skalnymi. Zjawisko promieniotwórczości, stanowiące obecnie podstawę precyzyjnego datowania dawnych skał, było jeszcze nieznane i zostało odkryte prawie sto lat później.

Ci pionierzy geologii byli zmuszeni opierać swoje obserwacje prawie wyłącznie na naturalnie odsłoniętych warstwach, ponieważ sztuczne odkrywki występowały rzadko na obszarze zielonych Wysp Brytyjskich, gdzie skały podłoża są w większości schowane pod pokrywą szaty roślinnej. Wkrótce jednak, przyspieszone przez rewolucję przemysłową, długie, połączone ze sobą systemy kanałów, wykopane w celu połączenia miast portowych z ośrodkami przemysłowymi, umożliwiły wgląd w świeżo wyeksponowane warstwy skalne. Oczywiste stały się wkrótce jedne z najprostszych i najlogiczniejszych zasad geologii: w każdym następstwie (sekwencji) niezdeformowanych skał osadowych (czyli utworzonych z osadzonych w środowisku wodnym okruchów, takich jak piaskowce czy mułowce), każda warstwa leżąca wyżej musi być młodsza od warstwy leżącej pod nią. Zależność ta, znana jako zasada nadległości (superpozycji), czyli młodsze na wierzchu, starsze pod spodem, jest podstawą określania względnego wieku jednostek geologicznych.

Zasada nadległości podlega jednak ograniczeniom. Około 70% powierzchni Ziemi pokrywają oceany, środowisko, w którym piasek i muł osadzają się na dnie, tworząc materiał wyjściowy przyszłych skał. Jednak te piaski i muły pochodzą z lądów i są przenoszone do oceanów wodami potoków i rzek. Oznacza to, że skały, które tworzą kontynenty, to jest pozostałe 30% powierzchni Ziemi, podlegają wietrzeniu i erozji. Z wyjątkiem nielicznych miejsc (na przykład, dużych jezior śródlądowych lub obszarów pokrytych lądolodem, gdzie rumosz skalny może być gromadzony w znacznych ilościach), powierzchnia kontynentów jest miejscem erozji, a nie akumulacji i tworzenia się skał.

Wietrzenie skał, połączone z przypadkowym charakterem procesów sedymentacyjnych, pozostawia zapis osadów pełen luk. Prawie zawsze tylko drobny ułamek całego czasu, obejmującego jakąś sekwencję osadów, jest fizycznie reprezentowany przez zachowane skały. Nigdzie na Ziemi nie ma ciągłego zapisu sekwencji skalnych z zachowanymi warstwami każdego wieku geologicznego. Zasada „młodsze na wierzchu, starsze pod spodem” jest słuszna (z wyjątkiem obszarów, gdzie ruchy górotwórcze odwróciły kolejność warstw skalnych), jednak z powodu luk czasowych nie wiadomo, ile warstw zarówno młodszych, jak i starszych brakuje w zapisie.

Luki w zapisie skalnym powstają również w inny sposób. Nawet skały na dnie oceanu światowego nie są nieśmiertelne. Główną tego przyczyną jest tektonika płyt, czyli ruchy mas kontynentalnych na powierzchni globu, procesy, które prowadzą do zniszczenia osadów złożonych na dnie basenów oceanicznych.

Kontynenty podobne są bowiem do wolno poruszających się fragmentów gigantycznej układanki.

Przypomnijmy sobie zarys wschodnich wybrzeży Afryki i zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Te dwie linie brzegowe wyraźnie pasują do siebie (zbieżność, która została po raz pierwszy odnotowana w 1620 roku przez angielskiego filozofa, Francisa Bacona); zanim powstał Ocean Atlantycki obydwa kontynenty stanowiły jedną olbrzymią masę kontynentalną, nazwaną Gondwaną. Podobnie jak w gotującej się na wolnym ogniu gęstej zupie, bąble powstającej na dnie garnka pary wodnej przesuwają po powierzchni zupy jej składniki, rozpad i przemieszczanie się masywnych płyt litosfery po powierzchni Ziemi są spowodowane ciepłem wydobywającym się z głębi planety. Ponieważ przemieszczające się masy skalne są olbrzymie, poruszają się bardzo wolno, przeciętnie nie więcej niż 3 cm na rok. Ich ruch nie przebiega jednak bez zakłóceń. Poruszające się płyty niekiedy zderzają się ze sobą krawędziami, co wywołuje od czasu do czasu gwałtowne zjawiska, znane jako trzęsienia ziemi.

Kiedy skały kontynentów i basenów oceanicznych kolidują ze sobą, skały kontynentalne przemieszczają się na osady dna oceanicznego, bądź osady te są wciągane wgłąb na tyle, że ulegają stopieniu pod wpływem ciepła Ziemi. Takie, stopione do stanu przypominającego gęsty syrop, osady powracają na powierzchnię Ziemi przez szczeliny i pęknięcia w jej skorupie w postaci ognistej lawy, tworząc wyspy wulkaniczne i okalające oceany łańcuchy górskie, jak te wzdłuż wybrzeży Oceanu Spokojnego od Fudżijamy do Aleutów i dalej wzdłuż zachodnich wybrzeży obu Ameryk do Andów. Wielkoskalowe ruchy kontynentów, napędzane ciepłem z wnętrza Ziemi od czasu jej powstania, zachodziły w całej geologicznej historii naszej planety. Ruchy te są dla nas niesłychanie powolne, jednak czas geologiczny jest tak niewyobrażalnie długi, że żadne z najstarszych skał zalegających niegdyś dna oceaniczne nie zachowały się do naszych czasów. Najstarsze znane osady z basenów oceanicznych są geologiczne młode, liczą bowiem zaledwie 250 mln lat.

Zatem zwykłe procesy geologiczne – erozja, brak depozycji i przemieszczenia masywnych płyt litosfery – ograniczają stosowanie zasady nadległości. Niewątpliwie zasada „młodsze na wierzchu, starsze pod spodem” można z powodzeniem stosować w lokalnym odsłonięciu lub na ograniczonym geograficznie obszarze. Ponieważ nie daje ona jednak możliwości ustalenia czasu trwania przerw w zachowanym zapisie geologicznym, nie potrafimy powiedzieć, o ile starsze lub młodsze mogą być badane warstwy skalne.