Глоссопетры Стенона

Глоссопетры — это ископаемые зубы древних акул. Свое название, означающее «каменные языки», они получили еще в древности за причудливую форму. Глоссопетры сыграли удивительно большую роль в становлении палеонтологии. Им была посвящена одна из первых в мире серьезных палеонтологических работ, автором которой был итальянский натуралист начала XVII века Фабио Колонна (см. картинку дня Первый палеонтолог Фабио Колонна). Но труды Колонны надолго остались почти забытыми: его современники не были готовы воспринять предложенные им новые идеи.

Настоящий переворот в науке об ископаемых начался в 1667 году, когда вышла работа Нильса Стенсена «Анатомия головы акулы» (“Canis carchariae dissectum caput”). Иллюстрацию из этой работы мы видим на заглавной картинке. Тут как раз и изображены глоссопетры.

Портрет молодого Нильса Стенсена (он же Николаус Стенон или Стено), висящий в галерее Уффици во Флоренции. По всей вероятности, автором этого портрета был голландский художник Юстус Сустерманс, который жил в Италии и был придворным портретистом тосканских герцогов. Сустермансу также принадлежит самый известный портрет Галилео Галилея, еще одной важнейшей фигуры научной революции XVII века. Изображение с сайта en.wikipedia.org

Датчанин Нильс Стенсен был ученым космополитического склада и предпочитал подписываться латинизированной формой своего имени — Николаус Стенон (Nicolaus Stenonis); так мы и будем его дальше называть. По образованию Стенон был врачом. Он серьезно занимался анатомией, в которой сделал несколько открытий (например, описал стенонов проток — выводной проток околоушной слюнной железы). Он много путешествовал по разным странам, вел свои исследования сначала во Франции, а потом в Италии. Тут и случилось историческое событие. В октябре 1666 года какой-то рыбак поймал в море близ Ливорно необычайно крупную акулу. Этим уловом заинтересовался знатный человек — принц Леопольдо де Медичи, который отлично разбирался в науке и был покровителем ученых. Он приказал доставить голову акулы в местную столицу Флоренцию и предложил находившемуся там Стенону заняться ее исследованием.

Стенон, который был одним из лучших анатомов своего времени, исследовал не только зубы акулы, но и другие ее органы. На этой таблице — схема глаза акулы (отдельно изображен хрусталик) и прекрасный рисунок ее головного мозга с основными черепными нервами. Иллюстрация из работы “Canis carchariae dissectum caput”

Стенон начал с описания мягких тканей, потому что их нельзя было надолго сохранить. Затем он обратил внимание на зубы акулы и вот тут-то вспомнил о глоссопетрах. Проведя тщательное сравнение, он убедился, что глоссопетры и акульи зубы идентичны друг другу по строению до мельчайших деталей. Такое сходство никак не могло быть случайным. У Стенона не осталось сомнений, что глоссопетры — это настоящие зубы древних акул. Тем самым Стенон повторил достижение Фабио Колонны, о работе которого он, судя по всему, в тот момент ничего не знал. Но он пошел значительно дальше. Именно Стенон четко провозгласил, что все ископаемые объекты делятся на две категории: объекты, которые могли сформироваться прямо в той породе, где они залегают, и объекты, которые там сформироваться не могли. Эти последние должны были попасть в породу откуда-то еще.

Еще одна знаменитая иллюстрация из работы “Canis carchariae dissectum caput”: пасть современной акулы (очевидно, той самой, которую выловил рыбак в море близ Ливорно) и ее зубы, по строению идентичные глоссопетрам

К первой категории объектов относятся, например, кристаллы. Стенон достаточно хорошо разбирался в химии, чтобы понимать, что кристаллы образуются в результате агрегации растворенных частиц из окружающей жидкости. Он совершенно правильно предположил, что этот процесс может с одинаковым успехом идти как в лаборатории, так и в пустотах горных пород (или в застывающей жидкости, которой горная порода когда-то была). Ко второй категории относятся органические ископаемые: зубы, кости, раковины. В ископаемом зубе или раковине тоже есть минеральные частицы. Но они расположены там совершенно иначе, чем в обычном кристалле, и объяснить это расположение одними лишь законами химии явно невозможно. Гораздо логичнее предположить, что эти объекты, как и их современные аналоги, образовались благодаря физиологической активности живых организмов.

Элемент скелета, упавший на дно водоема, будет мало-помалу занесен мелкими твердыми частицами, которые обычно взвешены в воде, но какая-то их часть постоянно оседает, образуя осадочный слой. Рано или поздно остаток живого организма окажется заключен внутри этого слоя. Со временем мягкий осадок может превратиться в твердую породу. А поверх этой породы могут образоваться новые слои осадков. Твердые тела, в отличие от жидкостей, не смешиваются, поэтому возникшая структура останется слоистой до тех пор, пока ее что-нибудь не разрушит.

В результате Стенон сформулировал закон последовательности напластования горных пород: если один слой (пласт) горных пород лежит на другом, это означает, что верхний слой образовался позже, чем нижний. Если же слоев несколько, то их порядок отражает последовательность их образования: самый нижний слой образовался раньше всех, самый верхний — позже всех. Нам сейчас эта идея кажется очевидной, но современникам Стенона она такой не казалась. Они обычно исходили из того, что все горные породы образовались приблизительно одновременно — при сотворении Земли или при отступлении всемирного потопа.

Поскольку осаждение частиц происходит под действием силы тяжести, то все осадочные слои должны быть исходно горизонтальными. Но Стенон в ходе своих исследований совершил много геологических (как мы бы сейчас сказали) экскурсий по Италии и прекрасно знал, что строго горизонтальное залегание слоев — это скорее исключение, чем правило. Поэтому он сразу же сделал к своему закону несколько дополнений. Осадочные слои, залегающие на больших площадях, могут локально разрушаться и прерываться; в частности, они могут наблюдаться на разрезах по разные стороны долины. А если на совокупность слоев подействуют деформирующие силы, то слои станут наклонными, что и наблюдается очень часто в природе — например, в горах. Все эти идеи Стенон изложил в сочинении под названием «О твердом, естественно содержащемся в твердом» (“De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus”), опубликованном в 1669 году.

Развитие слоистой структуры земной коры по Стенону. На этапе 1 осадочные слои только что образовались и лежат горизонтально. На этапе 2 в результате действия воды и (или) подземного огня образуются подземные пустоты, но в областях G и F слои остаются неприкосновенными. На этапе 3 верхние слои обрушиваются в пустоты, при этом некоторые их части принимают наклонное положение. На этапе 4 образовавшееся понижение заливается морем, которое откладывает новую серию осадочных слоев (область CAB). На этапе 5 в новой серии слоев, в свою очередь, образуются подземные пустоты. На этапе 6 происходит новое обрушивание слоев, создающее современную структуру. В областях G и F сохраняется первоначальное залегание. В остальных областях слои или частично разрушены, или наклонены. Более молодые слои лежат на более древних, располагаясь под углом к ним (как говорят геологи — несогласно). Иллюстрация из работы «О твердом, естественно содержащемся в твердом». Данное изображение взято из статьи: В. В. Белоусов, 1938. Николаус Стено — основоположник геотектоники, с небольшими изменениями

Стенона с большим основанием, чем любого другого ученого, можно назвать основателем геологии. Фактически он открыл геологическую летопись — запечатленную в слоях горных пород последовательность событий, имевших место в истории Земли. Частью геологической летописи является палеонтологическая летопись, документирующая события, которые происходили в истории жизни.

Стенон занимался наукой только в молодости. Свое первое открытие (описание стенонова протока) он сделал в 22 года, а книгу «О твердом, естественно содержащемся в твердом» опубликовал в 31 год. Эта небольшая, но невероятно емкая работа была предварительным сокращенным изложением — сейчас сказали бы «авторефератом» — задуманного грандиозного труда, который так никогда и не был написан. Сделанного хватило, чтобы числить Стенона среди основателей как минимум трех наук: геологии, палеонтологии и кристаллографии. Живя в Италии, он обратился в католичество (что было довольно необычно для выходца из лютеранской Дании), в дальнейшем занимался богословием и стал епископом, а от научных исследований отошел. Умер он рано — в 48 лет, так и не вернувшись к науке. Католическая церковь причислила его к лику блаженных.

Но его научные работы не были забыты. Деятельность Стенона пришлась на самый активный период научной революции XVII века. Одним из важнейших событий этой научной революции было основание в 1660 году Лондонского королевского общества (строго говоря, королевским оно стало в 1662 году после утверждения королем Карлом II). Члены этого общества занимались экспериментальными и наблюдательными науками под знаменитым девизом “Nullius in verba” — «Ничто на словах». В 1661 году вышла работа Роберта Бойля «Химик-скептик», положившая начало современной химии. Открытия в разных областях следовали одно за другим, и попутно очень быстро формировалось международное научное сообщество, во многом близкое к современному (показательно, что журнал Лондонского королевского общества Philosophical Transactions of the Royal Society, основанный в 1665 году, выходит до сих пор — правда, сейчас он разделен на несколько журналов, посвященных разным наукам).

На этом фоне исследования Стенона не остались незамеченными. Уже через несколько месяцев после выхода «Анатомии головы акулы» секретарь Лондонского королевского общества Генри Ольденбург поместил в трудах общества ее реферат. Правда, он добавил, что похожими вопросами уже занимался «куратор экспериментов» Лондонского общества Роберт Гук. Действительно, Гук в своей «Микрографии» описывал ископаемую древесину и рассуждал о ее происхождении — хотя до истории земных слоев, как у Стенона, он всё же не добрался. Здесь Стенон, несомненно, был первопроходцем. В любом случае, англичане заинтересовались его работами. Когда появилась книга «О твердом, естественно содержащемся в твердом», тот же Ольденбург перевел ее на английский. В итоге труды Стенона получили широкую известность и послужили мощным стимулом для дальнейших исследований земных слоев и ископаемых организмов. Благодаря принцу Леопольдо Медичи и Николаусу Стенону акула, пойманная в Лигурийском море безвестным итальянским рыбаком, обрела невероятную посмертную славу.

Изображение из книги Николауса Стенона “Canis carchariae dissectum caput”.

Сергей Ястребов