Александр Гангнус - Эволюция для всех, или Путь кентавра
Оказавшись после трудных девонских дней в «курортных условиях» карбона, земноводные четвероногие стали быстро распространяться по Земле, образуя все новые виды, роды и отряды. Во второй половине карбонового периода четвероногие поистине уже владели миром. Но только пока сушей, в море с их нежной, влажной, дышащей кожей большинство земноводных жить не могло.
Помнишь, мы говорили о начале фанерозоя — эпохи жизни явной. Сразу множество морских организмов стали строить известковые скелеты. Это значит, что углекислый газ, которого в атмосфере и океане было все еще очень много, стал еще быстрее поглощаться: ведь он нужен был животным для постройки скелетов, а назад из накапливающихся известняков углекислота уже не могла освободиться.
У истоков четвероногих. По характерным признакам митохондриальной ДНК можно вычислять степень родства разных, даже далеко разошедшихся на тропинках эволюции видов животных. Вот эта-то ДНК и преподнесла сюрприз: оказалось, что митохондриальная ДНК лягушки все-таки значительно ближе к ДНК двоякодышащих рыб, чем к ДНК целаканта. Возможно, окончательной разгадки мы так и не дождемся — тайну происхождения четвероногих унесла с собой вымершая рипидистия, пресноводный вариант целаканта.
В силуре и девоне вдоль берегов рек и озер зазеленели первые «леса». Растения суши удвоили поток кислорода (раньше он поступал в воздух только от фотосинтезирующих водорослей). Может быть, поэтому некоторые девонские рыбы смогли начать дышать воздухом. По расчетам американского геолога Р. Файрбриджа, в великую каменноугольную эпоху, 300 миллионов лет назад, в воздухе Земли кислорода было уже столько же, сколько и сейчас.
Может быть, кислорода на какое-то время стало даже больше, чем сейчас: именно в это время в зарослях порхали огромные стрекозы, чуть ли не метрового размаха крыльев. Современные насекомые такими большими не бывают: ведь у насекомых нет легких, а чем больше тело, тем труднее снабжать его кислородом.
Жизнь на Земле не всегда развивалась равномерно. Были эпохи застоя, даже как бы отступления, были «вспышки жизни». На континентах в карбоне и в начале следующего, пермского периода (в целом их иногда называют пермокарбон) была такая вспышка, и, может быть, это связано как раз с небывало свободным дыханием жителей суши, до тех пор сидевших на голодном кислородном пайке.
В ПОИСКАХ РОДСТВЕННИКОВ
Как только начнешь разбираться в полчищах стегоцефалов, кишевших на Земле в те времена, окажется, что очень трудно выбрать из этих древних влажнокожих — больших и маленьких, уродливых и не очень — такого, который мог бы стать сразу предком и нынешних хвостатых амфибий (саламандр, тритонов), безногих червяг и их бесхвостых прыгающих собратьев — лягушек и жаб. Еще недавно попытки обнаружить такого общего предка земноводных были. Его называли лиссамфибией. Российский ученый М. А. Шишкин доказал, что лиссамфибии никогда не существовали.
С самого начала ископаемые панцирноголовые по строению позвонков делятся на две большие группы, от одной из них (лепоспондилов — тонкопозвонковых) можно протянуть ниточку хвостатых и безногих, а от другой (апсидоспондилов — дугопозвонковых) — бесхвостых земноводных потомков.
Ну а прочие четвероногие? Рептилии, первые скелеты которых попадаются в слоях возрастом триста миллионов лет? Они произошли от земноводных, это ясно, но от каких же? Кто ближе современной ящерице — хвостатый, похожий на нее, тритон или бесхвостая лягушка?
И тут мы, вслед за учеными, должны понять и осознать некоторые удивительные парадоксы родства в мире живого.
Если современные рептилии произошли от лабиринтодонтов, древних близких родичей лягушек, а похоже, что это именно так, то, выходит, лягушки нынешним ящерицам, крокодилам и их близким родичам — птицам ближе, чем тритон. Общий кистеперый предок тритона и лягушки жил в девоне, то есть раньше, чем карбоновый лабиринтодонт — общий предок лягушки и… скворца! Но если так, выходит, что птицы, высокоорганизованные существа с горячей кровью, более близкие родственники земноводной лягушке, чем земноводные же тритоны! Чепуха какая-то!
Помнишь, мы говорили, что давняя заветная мечта биологов — построить абсолютную естественную систему всех живых организмов. Эта идеальная система одновременно расставила бы все живые существа по полочкам — по порядку, по свойствам и в то же время отразила бы и реальные родственные — генеалогические — взаимоотношения организмов.
И вот получается: обычно такая идеальная классификация просто невозможна. Животные с «одной полочки» — земноводные — могут быть более дальними между собой родственниками, чем животные из разных классов — лягушки и птицы.
Раз уж зашла речь о птицах… Птицы, крокодилы ну и, скажем, серый варан, большая ящерица пустыни, ее так и называют «крокодил пустыни», — кто кому родней из этой троицы?
Даже на вид они похожи — крокодил и варан. А птица, ну, к примеру, воробей, что в его облике общего с крокодилом?
Но они родственники, причем более близкие, чем крокодил и варан. Английский палеонтолог А. Д. Уокер объявил, что выследил, нашел общего предка крокодилов и птиц. Этот ящер — сфенозух — жил в триасе всего двести миллионов лет назад. Сфенозухи лазали по деревьям. Часть потомков сфенозуха отрастила перья (из чешуи) и стала прыгать все дальше, пока не научилась парить (может быть, перья первоначально появились как средство защиты от холода — эти потомки сфенозуха становились теплокровными). Когда птицеящер замахал крыльями, чтобы полететь, он уже был настоящей птицей, только, может быть, вначале еще шипел по-змеиному, да в клюве еще оставались настоящие ящеровые зубы.
Другая ветвь этих интересных ящеров спустилась с деревьев, а потом и в воду заползла и стала превращаться в крокодилов. Если присмотреться внимательно, то не один сохранившийся общий признак выдаст близкое родство воробья и крокодила. А вот варан и сфенозух более отдаленные родственники — их общий предок жил еще раньше.
Вот так непросто обстоит дело с родством и классификацией в мире живых и вымерших животных.
Впрочем, мы забежали вперед. Общий земноводный предок крокодилов, черепах, птиц и чешуйчатых современных ящериц (общее имя всех этих животных — завропсиды) жил на Земле в конце каменноугольного периода. А сфенозух и того позже. Самое время задать вопрос: а мы, а наши млекопитающие родственники? Мы-то произошли от пресмыкающихся? Тогда был ли предок завропсид и нашим предком? Ответы на эти два вопроса прозвучат на первый взгляд странно: да, мы произошли от пресмыкающихся. Но предок завропсид нашим предком не был. Современные пресмыкающиеся и птицы нам, может быть, более дальняя родня, чем более древние, в целом, земноводные! А общий наш предок — с тем же скворцом, может быть, был… опять-таки кистеперой или двоякодышащей рыбой!
ВЕЛИКИЙ ПЕРЕЛОМ
Не нужно забывать, что палеонтологи обычно имеют дело только с костями, да еще часто с далеко не полным их набором. По костям специалист может угадать, додумать многое. Но далеко не все.
Ускользает и важнейшая грань, великий перелом в истории наших предков — переход к полной независимости от воды как колыбели икринок и личинок. Скелет первого пресмыкающегося мог ни в чем не отличаться от скелета его земноводного ближайшего предка. Но самка этого животного уже не метала икру в воду, а откладывала яйца на суше. Яйца были в плотной оболочке: зародыш оказывался как бы в скафандре, окруженный жидкостью. Мешок, заполненный жидкостью, есть и вокруг развивающегося внутри матери звереныша — зародыша млекопитающего. Мешок называется амнионом. И по этому главному признаку все позвоночные животные делятся на две большие, главные группы: амнионные (амниоты) — звери и рептилии и безамнионные (анамнии) — рыбы и амфибии. Этот переход к «амнионности» был в развитии наших предков очень важным, важнее даже перехода к млекопитанию, и таким же важным, как появление спинного хребта и кусающей челюсти.
Итак, панцирноголовые карбона были очень четко разделены на лепоспондилов — предков нынешних хвостатых и безногих земноводных и апсидоспондилов-лабиринтодонтов — предков лягушек и многих ящеров, включая современных пресмыкающихся и птиц.
Панцирноголовые еще могли дышать кожей, кожа у них была влажная. Стегоцефалы и на суше были как бы в своей водной стихии, создаваемой ими самими. Но при этом они непрерывно теряли воду — вода испарялась. И, побыв недолго на суше, стегоцефал стремился скорее окунуться, иначе ему был конец.
Но постепенно некоторые стегоцефалы стали меняться. Улабиринтодонтов, предков лягушек, ящериц и птиц, полость рыбьего брызгальца (этот орган произошел от того же жаберного отверстия, которое осталось «без работы», когда одна из жаберных дуг превращалась в челюсть) заполнилась воздухом и стала сначала резонатором, а потом и полостью среднего уха. На месте исчезающей жаберной крышки появилась барабанная перепонка, а одна из косточек бывшей жаберной дуги стала стремечком — слуховой косточкой, передающей звуковые колебания от барабанной перепонки к внутреннему уху. Это стремечко есть и у человека…
