|
Земля и Вселенная. Часть 3
Продолжение исследования В.В. Кузнецова и Н.Д. Кузнецовой, Камчатский научный центр Дальневосточного отделения Российской Академии наук.
«Влияние космического излучения и вековых вариаций геомагнитного поля на климат и эволюцию жизни на Земле» (продолжение)
Радиация. Основные понятия. Дозы
Поглощенная доза – количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы облученного тела. В системе СИ поглощенная доза измеряется в греях (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг. Неодинаковая биологическая активность различных видов излучений учитывается вводом безразмерного коэффициента и специальной единицы – зиверт (Зв), 1зв = 1Гр•k. При одинаковой поглощенной дозе α - излучение гораздо опаснее β - или γ - излучений. При поглощенной дозе D = 0.01 Гр происходит нарушение жизнедеятельности клеток. Принято рассматривать Dо как дозу, снижающую число выживших клеток в е раз. Для большинства делящихся клеток Dо = (1.2 – 2) Гр.
1 Гр = 104 эрг/г. Удельные энергии одного зиверта и одного грея – равны. В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких элементов. Их взаимодействие с ядрами атомов, присутствующих в атмосфере Земли, приводит к образованию ядер новых легких элементов, мюонов, нейтронов, рентгеновского и γ – излучения. Это так называемое вторичное космическое излучение достигает поверхности Земли.
– Космическое излучение составляет - 410 мкЗв;
– γ - излучение 40К – 150 мкЗв;
– радионуклиды ториевого и уранового рядов – 160 и 100 мкЗв;
– космогенные нуклиды: 3Н, 7Ве, 14С, 22Na – 15 мкЗв.
Эффекты воздействия ионизирующего излучения на живой организм разделяют на две категории: соматические, которые возникают в организме человека, непосредственно подвергшегося облучению, и генетические, проявляющиеся у его потомков. Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению жизнедеятельности организма в целом. Генетические последствия облучения человека ионизирующей радиацией проявляются в виде хромосомных повреждений, генных мутаций, приводя к изменениям в фенотипе человека. Степень изменений зависит от важности вовлеченных в мутагенез генов, масштабов нарушений и характера наследования возникших мутаций. Авторы [Forster L. et al. 2002], исследуя мтДНК людей, проживающих в условиях природного повышенного радиационного фона, показали, что воздействие ионизирующей радиации ускоряет механизм эволюционных мтДНК мутаций.
Согласно принятым в нашей стране нормам, предельно-допустимая доза для жителей России равна 5 мЗв/год [Бердоносов, Сапожников, 2001]. Доза, которая приводит к гибели половины пораженного населения в течение 60 дней, именуется дозой ЛД50 (летальная доза, 50-процентное поражение). Для взрослого человека доза составляет ~ 4 Зв [Самнер и др., 1999].
Для млекопитающих и, в частности, человека, есть данные, что удвоение частоты самопроизвольных, спонтанных мутаций находится в диапазоне 0,5-2,5 Зв [Гуськов, 2003].
Статистически достоверные риски для лейкемии и сулидных опухолей, установленные у людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, обнаружены с уровня доз выше 60 мЗв. [Герасимова и др., 2001].
Геомагнитное поле: структура, вековые вариации, дрейф полюсов
Структура поля, глобальные магнитные аномалии
Одно из свойств Земли состоит в том, что она обладает собственным магнитным полем, которое называется геомагнитным. Оно сложным образом изменяется во времени и в пространстве. Геомагнитное поле связано с другими геофизическими явлениями [Паркинсон, 1986].
Рисунок 1 дает общее представление о морфологии геомагнитного поля. Можно видеть, что поле имеет довольно сложный характер, - это не просто дипольное поле. Кроме северного и южного магнитных полюсов хорошо различимы четыре аномальных участка – два в северном и два в южном полушариях. Очевидно, что модель генерации геомагнитного поля должна находить объяснение этим особенностям. Ниже будет показано, что магнитному полю Земли присущи не только пространственные аномалии, но и особенности его поведения во времени в течение всего периода эволюции Земли.
Геомагнитное поле, в контексте модели горячей Земли [Кузнецов, 1990], можно представить в виде аддитивной суммы источников поля. Во-первых, это основной источник геомагнитного поля. Он имеет дипольный характер и расположен на границе внутреннего ядра Земли – в F-слое. Его можно представить в виде двойного токового кольца, слегка наклоненного относительно плоскости, нормальной оси вращения Земли. Токи в кольцах «текут» в противоположных направлениях. Этот источник меняет свой знак в моменты инверсий и экскурсов поля. При этом изменяются направления дрейфа токов. На поверхности внутреннего ядра, кроме токов дипольного источника, существуют долговременные гидродинамические вихри, которые в проводящей среде и в магнитном поле основного, дипольного источника тока, становятся сами квазистационарными источниками геомагнитного поля – глобальными магнитными аномалиями (ГМА). В моменты инверсий и экскурсов поле ГМА меняется не сразу, оставаясь какое-то время неизменным. Геомагнитное поле можно представить как сумму полей двух источников: основного, дипольного и четырех магнитных аномалий (рис.1).
Обратим внимание на деталь, достаточно важную при изложении основной идеи работы. На рис. 1 можно видеть, что в некоторых местах на представленных картах геомагнитное поле незначительно отличается по модулю от поля, полученного путем расчетов дипольного поля без учета поля ГМА. В основном это относится к северной части Африки, южной Европы и Австралии. Этот момент в последующем изложении будет играть важную роль.
Рис. 1. Модуль интенсивности (в нТл) геомагнитного поля (а), компьютерная модель геомагнитного поля как суммы источников: дипольного поля (двойное токовое кольцо) и 4-х глобальных магнитных аномалий (радиальные диполи) – (б). Дипольное поле без источников аномалий – (в).
Рассмотрим некоторые особенности геомагнитного поля, которые понадобятся нам в дальнейшем при построении модели изменений климата и жизни. Ограничимся кратким обзором таких явлений как пространственная структура поля, длиннопериодные вариации и дрейф магнитных полюсов. Ещё раз подчеркнем, что это далеко не полный перечень его особенностей. Речь пойдет о влиянии глобальных магнитных аномалий (ГМА) на структуру магнитосферы, проявляющегося в том, что отражение
частиц солнечного ветра неравномерно по её поверхности. В районах ГМА плотность потока частиц заметно превышает среднюю. Кроме этого, рассмотрим одну из самых загадочных особенностей геомагнитного поля, так и не получившую объяснения в общепринятой динамо-модели. Эти быстрые и нерегулярные смены полярности поля называются инверсиями и экскурсами. Во время инверсий и экскурсов магнитные полюса меняются местами, причем трассы дрейфа полюсов, «проложенные» по поверхности Земли, остаются очень близкими друг к другу.
На рис. 1 можно выделить четыре ГМА: Канадскую, Сибирскую, Бразильскую и Антарктическую. Антарктическую аномалию иногда совмещают с аномальным полем южного магнитного полюса, что принципиально не верно. Одно из наиболее интересных свойств ГМА состоит в том, что в момент инверсий и экскурсов они остаются источниками магнитного поля. Например, известно, что в момент инверсии виртуальные магнитные полюса совпадали с положением Сибирской глобальной магнитной аномалии [Petrova, 1990].
Глобальные магнитные аномалии находят своё «отражение» в магнитосфере. Оказывается, что интенсивность высыпания космических частиц в районах аномалий заметно превышает среднюю по Земле. Первые спутниковые наблюдения показали, что в пяти районах Земли наблюдаются заметные отличия в интенсивности высыпания по сравнению с другими областями земной магнитосферы [Вернов, 1961]. Интенсивность выпадения и энергетический спектр частиц резко менялся в Восточной Сибири (1), на Севере Америки (2), Юге Тихого Океана (3), Юге Индийского Океана (4) и Центральной части Атлантики (5). Как выяснили авторы этой работы, 4-я зона является не самостоятельным образованием магнитосферы, а магнитосопряжена с 1-ой. Таким образом, авторы фактически выделили четыре самостоятельные зоны, в которых наблюдаются особенности поведения высыпающихся в магнитосферу высокоэнергичных частиц.
Выделенные зоны пространственно совпадают с рассматриваемыми нами четырьмя ГМА. Эти данные подтверждаются работой [Марков, Мустель, 1983], в которой показано, что высыпание заряженных частиц высоких энергий из земной магнитосферы в нижнюю ионосферу происходит преимущественно в областях магнитных аномалий. Это явление – проникновение высокоэнергетических частиц солнечного ветра в области магнитных аномалий, было признано в России открытием.
Наиболее изучена в этом плане Бразильская магнитная аномалия, в эпицентре которой величина модуля магнитного поля почти в 2 раза ниже, чем в её окрестности. Анализ материалов, полученных на японском спутнике EXOS-A [Oyama, Schlegel, 1984] и на космической станции с телескопом Хаббл [Pinto et al., 1992], показывает, что Бразильская аномалия «проявляется», по крайней мере, до высот 600 км. Плотность потока заряженных частиц в районе Бразильской аномалии на несколько порядков превышает плотность частиц в других районах, удаленных от аномалии (рис. 2). Этот факт подтверждает, что в момент экскурса или инверсии, когда модуль поля заметно уменьшается, на Землю обрушивается поток частиц солнечного ветра и ГКЛ, который может не только разрушить пылевой слой, но и повысить уровень радиации и оказать влияние на живую природу, в том числе и на человечество.
 Рис. 2. Распределение интенсивности космических лучей, полученное с помощью космического аппарата «UoSAT» в период с 09.1988 по 05.1992 [Glassmeier et al., 2002].
Заметим, что Бразильская магнитная аномалия изучалась археомагнитными методами [Pinto et al., 1992]. В течение последних 4-х тыс. лет она практически не меняла своего положения, ее эпицентр всегда находился там же где сейчас, на восточном побережье Бразилии. Интенсивность БМА за 4 тыс. лет была непостоянной: она дважды возрастала относительно современной примерно в 1.5 раза.
Инверсии и экскурсы
Инверсия геомагнитного поля была впервые обнаружена в 1906 году Брюнесом при палеомагнитных исследованиях в лаве из Центрального массива во Франции. С тех пор подобные образцы горных пород были найдены во всех частях света. Известно, что в течение последних 76 миллионов лет произошла 171 инверсия. Установлено, что примерно половина всех измеренных образцов пород обладает нормальной намагниченностью, а остальные – обратной. Долгие годы продолжался спор, изменяла ли Земля полярность магнитного поля, или обратная намагниченность является результатом воздействия на вещество тех или иных физических или химических процессов. В наше время считается доказанным, что Земля периодически меняет полярность своего поля. Более того, доказана корреляция между частотой смены полярности поля и тектонической активностью планеты.
Таблица 1. Инверсии и экскурсы [Petrova, Pospelova, 1990; McDougall et al., 1992; Worm, 1997] 
Обнаружено, что в момент инверсии величина поля значительно понижается, но никогда не бывает равной нулю. Величина остаточного поля неравномерна по земной поверхности: она заметно выше в областях магнитных аномалий [Петрова, Сперантова, 1986]. Важным параметром является длительность инверсии, или, что то же самое, средняя скорость дрейфа магнитного полюса, т.к. длина его пути известна. Общепринято, что время обращения составляет в среднем от 1000 до 10000 лет, хотя есть оценки и в сто тысяч лет [Паркинсон, 1986]. Однако есть и совсем другие оценки. Например, обратимся к работе [Вадковский и др., 1980], где тщательно изучалось поведение магнитного поля во временных переходных зонах между эпохами Гаусс-Матуяма, Матуяма-Хурамильо, а также верхнекембрийской инверсии N®R на ряде разрезов Средней Азии и Восточной Сибири. Авторы выделили несколько кратковременных переполюсовок в течение инверсии. Средняя длительность смены полярности, когда можно говорить об устойчивом состоянии поля, составляет примерно от сотни до тысячи лет. Инверсия включает в себя до десятка и более состояний той или иной полярности поля и промежуточных состояний, когда дипольного поля (и магнитных полюсов) попросту нет.
Периоды палеомагнитной шкалы современной (положительной) полярности поля (N) и периоды отрицательной полярности (R) прерываются короткими изменениями поля, называемыми экскурсами. Это разделение в значительной степени условно. По всей видимости, природа этих явлений едина. Например, в течение хрона Брюнес были обнаружены экскурсы: Этрусия, Гетеборг, Моно Лайк и др. (см. Табл. 1).
Отметим три важных момента, касающихся экскурсов [Петрова, Поспелова, 1992]:
1) теории динамо не могут объяснить таких резких и кратковременных изменений геомагнитного поля как экскурсы;
2) экскурс, как и инверсия, это глобальное явление;
3) экскурсы развиваются во время цикла понижения магнитного момента Земли.
Последнее заключение подтверждается недавно опубликованными данными о поведении магнитного поля Земли в течение последних 800 тыс. лет [Guyodo, Valet, 1999]. Эти авторы показали, что экскурсы возникают в ситуации, когда дипольный момент опускается ниже критической отметки в 4×1022 A• m2.
Дрейф магнитных полюсов
В работе [Kuznetsov, 1999] было показано, что магнитные полюсы в момент инверсии дрейфуют по строго определенным траекториям, проходящим вблизи четырех глобальных магнитных аномалий (ГМА). Аномалии «принимают участие» в механизме смены полярности геомагнитного поля. Авторы работы [Вадковский и др., 1980] обнаружили, что в некоторых случаях в течение инверсии магнитное поле меняло свою полярность неоднократно, причем за очень небольшое время, не более 100 лет, при общей длительности инверсии порядка 1 – 10 тыс. лет.
Сравнивая скорости перемены полярности поля в момент инверсии и экскурса, можно привести данные работы [Архипов и др., 2000], в которой показано, что при самом последнем экскурсе «Этрусия», произошедшем 2.8 тыс. лет тому назад, время смены полярности так же не превышало 100 лет. По-видимому, 100 лет – это минимальное время смены полярности геомагнитного поля. Отсюда следует, что скорость дрейфа магнитного полюса в момент инверсии может достигать (20 000 км/100 лет) 200 и более км/год.
 Рис. 3. Трассы дрейфа магнитных полюсов в периоды инверсий. Цифры – глобальные магнитные аномалии [Kuznetsov, 1999].
Как известно по палеомагнитным данным, средняя скорость дрейфа геомагнитных полюсов составляет несколько см/год, а направление дрейфа имеет явно случайный (броуновский) характер. Траектории дрейфа палеомагнитных полюсов «тяготеют» к географическим полюсам. Магнитные полюсы дрейфуют совсем по-другому в момент инверсий и экскурсов. В этом случае они всегда движутся с севера на юг или наоборот, и всегда по выделенным одним и тем же траекториям – «коридорам» (рис. 3).
Климат и жизнь на Земле в неогене
Связь с геомагнитным полем. Сравнение палентологической шкалы со шкалой магнитных инверсий показывает совпадение ряда временных границ. Так, например, начало четвертичного периода (2.6 млн. лет назад) совпадает со сменой полярности Гаусс-Матуяма. Смена плиоцена на плейстоцен (1.8 млн. лет назад), – происходит в период хрона Олдувай, смена миоцена плейстоценом (5.3 млн. лет назад), – соответствует началу периода Гильберта и т.д. Эти совпадения означают, что смена режимов геомагнитного поля оказывает немалое влияние на ход биологической эволюции. Возможно так же, что существует одна причина этих совпадений.
В качестве иллюстрации сказанному рассмотрим одно из наиболее изученных (из доступных опубликованных данных) событий, произошедших на Земле, на смене геологических эпох [Мернер, 1986]. Мернер исследовал несколько подобных катастрофических событий, произошедших на Земле на рубеже эоцена и олигоцена, миоцена и плистоцена, а так же событий, произошедших «совсем недавно», в течение последних примерно 350 тыс. лет. Как правило, все они приурочены к смене полярности геомагнитного поля. В таблице палеомагнитной шкалы приведены данные, согласно которым, в современную магнитную эпоху Брюнес произошло всего три эпизода, каждый длительностью около 10 тыс. лет, соответственно, 330, 115 и 20 тыс. лет тому назад. В действительности, как следует из Таблицы 1, таких событий было больше. В каждом из этих событий наблюдался ряд последовательных операций: регрессия и трансгрессия, похолодание и наступление ледников, понижение уровня моря и следующий за ним, его резкий подъем, уменьшение разнообразия форм фауны, усиление вулканической деятельности и т.п. [Мернер, 1986]. Самое последнее катастрофическое событие, которое случилось на Земле, и которое нашло отражение в палеомагнитологии –Gothenburg. Оно состоялось от 20 до 12 тыс. лет тому назад, причем, вероятно, именно это событие вошло в память человечества как Библейский Всемирный потоп [Головков, 1978].
Наиболее полно исследовано событие, которое произошло при смене магнитной эпохи 5 на эпоху Гильберт. При этом полярность геомагнитного поля менялась от современной полярности к противоположной (рис. 4). Это событие Мернер связывает с изменениями, происходящими в области перехода между ядром и мантией [Мернер, 1986] и приводящими к изменению высоты геоида.
 Рис. 4. Событие на границе миоцена и плиоцена [Мернер, 1986].
Климат
В течение эволюции Земли её климат менялся. На начальном этапе, в раннем докембрии,
температура поверхности достигала 100 °С. Затем температура постепенно уменьшалась до современной, определяемой инсоляцией и альбедо поверхности Земли. В течение практически всего периода эволюции Земли на её поверхности происходили кратковременные похолодания и оледенения. За последние 500 млн. лет (рис. 5) температура Земли уменьшилась примерно на 10°. Средняя скорость охлаждения Земли за этот период составляет примерно: dT/dt = - 2×10-8 °С/год. Как видно из этого рисунка, постепенное охлаждение поверхности Земли прерывалось резкими сбросами температуры, связанными с похолоданиями и оледенениями. Очевидно, что здесь мы имеем два независимых друг от друга процесса. С точки зрения термодинамики необратимых процессов, наблюдаемая на рис. 5 цикличность должна быть связана с охлаждением системы таким образом, что после цикла охлаждения температура должна быть ниже предшествующей началу цикла. Однако в обсуждаемом графике имеет место возвращение системы к температуре, практически равной температуре до похолодания.
 Рис. 5. Оледенения (1) и температурные минимумы (2) в геологической истории Земли [Салоп, 1982]. В правом верхнем углу - зависимость силы тяжести g от времени [Кузнецов, 1990].
Интересные результаты были получены при бурении ледника Антарктиды в районе станции Восток. Авторы [Petit et al., 1999]. При анализе керна льда обнаружили, а в работе [Vimeux et al., 2002] уточнили, что в течение «последних» 420 тыс. лет произошло четыре цикла: температура поверхности Земли четырежды сначала плавно, в течение примерно 100 тыс. лет, уменьшалась, а затем довольно резко возрастала. Синхронно возрастал и уменьшался объем льда. Максимальная концентрация примеси в виде пылевых частиц наблюдалась, соответственно, в периоды, предшествующие: 20, 120, 250 и 330 тыс. лет тому назад. Эти периоды совпадают с экскурсами геомагнитного поля. Подобных данных, показывающих связь между периодами потепления и экскурсами довольно много. В качестве примера приведем результаты изучения самого последнего экскурса «Этрусия» 2.8 тыс. лет назад. Авторы (Архипов и др., 2000) зафиксировали смену фазы похолодания на потепление климата во время этого экскурса. Период времени, начавшийся после уменьшения концентрации пыли и характеризующийся подъемом температуры (левее пунктирной линии на правой части рис. 9), особо выделен в палеонтологии, - он получил название голоцен. В течение этого периода, начавшегося 12 – 15 тыс. лет тому назад, человечество развивалось наиболее интенсивно.
 Рис. 6. Слева: Верхняя строка – относительное изменение температуры поверхности Земли. Средняя строка – относительный объем льда на Земле. Нижняя – относительная концентрация пыли [Petit et al., 1999]. Вертикальные столбцы – экскурсы (R): Gothenburg (20); Blake (120); Jamaica (250); Biwa – II (330). Справа: Изменение концентрации пыли и относительная концентрация изотопа кислорода за 20 – 5 тыс. лет тому назад. Черная строчка вверху – экскурс Gothenburg. Температура поверхности ледника оценивается по изотопному составу кислорода d18О. Убывание величины этого параметра соответствует возрастанию температуры.
Понижение температуры примерно на 10 градусов после его «быстрого» подъема происходит в течение 100 тыс. лет, откуда скорость охлаждения: dT/dt = - 10-4 °С/год. Увеличение температуры на 10 градусов, приуроченное к геомагнитным экскурсам, происходит примерно за 10 тыс. лет: dT/dt = + 10-3 °С/год. На рис. 9 видно, что и похолодание, и следующее за ним потепление, сопровождается быстрыми изменениями (вариациями) температуры. За 10 тыс. лет потепления происходит не менее 10 колебаний, при которых температура изменяется примерно на ± (1 – 2) градуса за 100 – 200 лет.
Совпадение периодов потепления с периодами уменьшения концентрации пыли может говорить о том, что пыль в керне льда – это остатки атмосферного аэрозоля, который, находясь в атмосфере Земли, экранировал солнечное излучение. Если допустить, что по какой-либо причине пылевой слой был быстро разрушен, легко объяснить быстрое потепление, таяние ледников, быстрый подъем уровня океана (Великий потоп) и т.д. Корреляция периодов потепления с экскурсами геомагнитного поля позволяет найти причину в том, что во время экскурса, когда магнитное поле Земли значительно понижается, космические лучи попадают в атмосферу, что и вызывает разрушение пылевых аэрозолей. Доказательством такой схемы служило бы наличие повышенной концентрации космических частиц в периоды прохождения экскурсов.
Обратимся к данным по изучению временного распределения концентраций изотопа 10Be в осадочных породах. Рисунок 7 [Aldahan, Possnert, 2003] демонстрирует связь между геомагнитными экскурсами и концентрацией изотопа 10Be. В работах [Robinson, et al., 1995; Frank, et al., 1997; Aldahan, Possnert, 2003] показано, что изотоп 10Be является индикатором интенсивности галактических космических лучей, достигших поверхности Земли и оставивших характерные «следы» в осадках. Использование изотопа 10Be связано с тем, что его концентрация в породах земной коры значительно ниже, чем в космических лучах. Поэтому принято считать, что наличие этого изотопа однозначно обязано попаданию космических лучей на поверхность Земли.
 Рис. 7. Изменение концентрации изотопа 10Ве в осадочных породах в течение последних 160 тыс. лет. Стрелками показаны экскурсы (цифры соответствуют номерам экскурсов в Таблице 1).
Возможность галактических космических лучей (ГКЛ) достигнуть земной поверхности зависит от их энергии, величины геомагнитного поля Земли и широты «точки приема ГКЛ», т.к. вектор модуля поля изменяется в зависимости от географической (магнитной) широты места, в котором регистрируются «следы» ГКЛ. Например, для современного значения величины геомагнитного поля, в области экватора энергия частиц должна быть порядка (и более) 14 ГэВ, на широте 40° энергия частиц, попадающих на Землю, снижается до 4 ГэВ, а на широте 60° - 0.5 ГэВ и т. д. (эффект геомагнитного обрезания). Очевидно, что интенсивность ГКЛ, достигнувших поверхности Земли, может возрасти неоднократно, если на некотором пространстве земной поверхности величина геомагнитного поля окажется практически равной нулю. Известно, что в состав ГКЛ, кроме очевидных элементов: водорода и гелия, входит изотоп 10Be (редко встречающийся в природе). Его содержание в ГКЛ остается постоянным в течение времени порядка 106 лет. Принято считать, что «время жизни» ГКЛ, т.е. время, необходимое для того, чтобы от источника ГКЛ «добраться до Земли», составляет примерно 107 лет. При этом отношение изотопов [10Be]/[7Be + 9Be + 10Be] = 0.028. ГКЛ проходят толщу вещества атмосферы 5 г/см2, после чего средняя концентрация частиц ГКЛ составляет 0.2 см-3. Таким образом, наличие повышенной концентрации 10Be может быть индикатором факта, показывающего, что в определенное время, в определенном регионе Земли геомагнитное поле имело существенно меньшую величину, чем обычно. Как следует из ряда работ [Robinson, et al., 1995; Frank, et al., 1997; Aldahan, Possnert, 2003], периоды увеличения концентрации изотопа 10Be во временной «летописи» осадочных пород (см. рис. 10), совпадают по времени с экскурсами.
Влияние космического излучения, инверсий и экскурсов геомагнитного поля на эволюцию человека
Эволюция человека
Известно довольно большое количество схем эволюции человека. Каждая из таких схем, несколько отличаясь в деталях от других, аналогичных, имеет некую общность. Она состоит в том, что все схемы, в той или иной степени, представляют собой генетическое, эволюционное «дерево». Такой подход к проблеме эволюции берет начало с работ Ч.Дарвина. Согласно общепринятым представлениям, один вид, эволюционируя, развивается и замещает собой другой, – родительский.
Именно поэтому на большинстве схем их авторы проводят соединительные межвидовые линии, как правило, сопровождаемые вопросами. Возникновение вопросов вызвано тем, что антропологи не находят устойчивых данных, подтверждающих конкретные связи предков человека – гоминид с человеком современным.
Единого мнения по поводу временной схемы развития гоминид и человека, а также взаимосвязи видов, не существует [Wood, 2002]. Антропологи и генетики согласны лишь в том, что и те, и другие произошли в Африке. Антропологи [Wood, 2002] аргументируют этот вывод тем, что возраст неафриканских находок ископаемых останков гоминид не превышает 2 млн. лет. Тогда как в Африке найдены останки, имеющие возраст около 6 - 7 млн. лет [Brunet, et al., 2002]. Генетические исследования эволюционной истории человечества так же указывают на Африку [Jorde, et al., 1998;Satta, Takahata, 2004; Cann, et al., 1987; Horai, et al., 1995; Foley, 1998; Huelsenbeck, Imennov, 2002], как на место зарождения современного человека.
Генетическими исследованиями событий эволюционной истории человека выявлены следующие точки на временной шкале. Известно, что люди и человекообразные обезьяны имели общих предков, но не горилла, и не орангутанг оказались нашими ближайшими родственниками, - а шимпанзе. Расхождение филогенетических ветвей человека и шимпанзе произошло около 5 млн. лет назад (Табл. 2): [Takahata, Satta, 1997] = 4.5; [Gagneux, et al., 1999] = 4.7; [Takahata, et al., 1995] = 4.6; [Horai, et al.,1995] = 4.9; [Chou, et al., 2002] = 5.3; [Glazko, Nei, 2003] = 6.3. Дата ~ 5 млн. лет назад соответствует инверсии геомагнитного поля и является пограничной точкой эпох Миоцена и Плиоцена (рис. 6).
Интересный вопрос состоит в том, как была оценена дата расхождения линий человека и шинзе? Известно, что мпадля реконструкции истории человечества используется метод «молекулярных часов». Наиболее информативными в настоящее время объектами исследований являются митохондриальная ДНК и У-хромосома. Первая (мтДНК) передается только по материнской лини, в то время как У-хромосома, – только по мужской. Мутации, которые в них появляются, маркируют потомство. Анализируя древние мутации в современных людях, можно понять, как шла эволюция человека.
Так как скорость накопления мутаций – величина постоянная, то можно установить, когда жил последний общий предок данных видов. В настоящее время генетики оценивают датировку этих мутаций, анализируя ДНК современных людей, так как биополимерные молекулы, выделенные из останков старше 100 тыс. лет [Chou, et. al., 2002], теряют исходные свойства, и требуют специальных операций при работе с ними.
Методом «молекулярных часов» была получена дата отделения линии гориллы (млн. лет): [Takahata et al., 1995] = 7.2; [Glazko, Nei, 2003] = 7.0. Эта дата совпадает с нижней границей Мессенианского этапа миоценового периода и времени инверсии на палеомагнитной шкале (рис. 4)».
Продолжение следует
Источник: artefact-2007.livejournal.com.
Рейтинг публикации:
|
