Чтобы мир стал таким, каким мы его видим, понадобилось чуть более трех с половиной миллиардов лет. За это время всевозможные существа сотворили климат Земли, океан в его современном виде, поспособствовали образованию многих горных пород и полезных ископаемых. И, даже уйдя из жизни десятки и сотни миллионов лет назад, они продолжают оказывать влияние на все протекающие вокруг нас и, главное, внутри нас процессы. Каким образом это происходило и происходит, рассказывается в книге палеонтолога Андрея Журавлева. Попутно читатель познакомится с фантастическими открытиями палеонтологов последних лет — эмбрионами, которым более полумиллиарда лет, костным мозгом десятимиллионной давности и пернатыми да к тому же еще ядовитыми динозаврами, узнает о существах с зубами из самого натурального железа и о том, что эволюция многоклеточных организмов началась… с грибов, ползающих по дну океана.
Андрей Журавлев — доктор биологических наук, научный редактор «National Geographic Россия»; автор более 200 научных работ.
Новая палеонтология: реальность, которая удивительнее фантазий
Москва «ЛомоносовЪ» • 2015
Наука с не всем понятным и плохо выговариваемым названием «палеонтология» вот уже полтора века — с тех пор как изобретатель слова «динозавр» Ричард Оуэн устроил обед в каркасе игуанодона, воспроизводившем облик ящера почти в натуральную величину, — является законодательницей мод в определенного рода литературе и киноискусстве. Достаточно вспомнить такие бестселлеры как «Затерянный мир» Артура Конан Дойла, «Плутония» Владимира Афанасьевича Обручева, «Парк юрского периода» Майкла Крайтона и Стивена Спилберга…
Но динозавры, даже несмотря на свой новый, недавно установленный палеонтологами облик — в сияющем оперении, а некоторые даже с четырьмя крыльями, — не являются самыми необычными открытиями. Жили на Земле организмы гораздо интереснее, а главное — более важные для истории нашей планеты и ее нынешних обитателей, включая род человеческий, чем пернатые ящеры. И существовали они задолго до динозавров — на сотни миллионов лет раньше. Например, в кембрийском периоде (541–485 миллионов лет назад). Когда рассказываешь о них, показываешь рисунки и фотографии с изображениями этих существ, даже зоологи, хорошо знающие животных (правда, современных), приходят в недоумение и пытаются объяснить их фантазиями палеонтологов.
Как высказался один из университетских биологов по поводу вывешенной в Интернете темы моей лекции о кембрийских ископаемых: «Всегда поражал безудержный оптимизм палеонтологических реконструкций, особенно в части ранней истории многоклеточных… С одной стороны, жаль, что не удастся увидеть их своими глазами, с другой, не вполне ясно, стоило ли бы тратить время на очередной фантазм».
В этой книге будет рассказано о том, что, где и как можно увидеть в палеонтологической летописи, которая в отличие от летописей, созданных человеческими руками, никогда не грешит против истины.
Итак, дорогу — фантазмам! И немного фантазии. Совсем чуть-чуть…
Кто не знает Ромео и Джульетту? При упоминании имен вечно влюбленных прежде всего всплывает в памяти трагедия Уильяма Шекспира (1595 год), поселившего романтическую пару в Вероне. Предполагается, что английский драматург использовал итальянский сюжет, восходящий к «Декамерону» Джованни Боккаччо (около 1350 года). А были ли предшественники у самого Боккаччо? Говорят, что были. Только не в Италии, а в отделенном от нее почти половиной Средиземного моря королевстве Арагон, в Теруэле. Впрочем, мир и тогда уже был тесен: испанские и итальянские европейские рыцари бок о бок бились против рыцарей султанатов, эмиратов и халифатов, чья власть распространялась почти на всю Испанию в ее нынешних границах. Может быть, бродячие менестрели или сами рыцари, среди которых было немало славных поэтов, и принесли романтический рассказ на земли будущей Италии?
Глиняный (иллит и хлорит) слепок трилобита
Подлинная же история случилась в 1217 году, когда бедный юноша Хуан Мартинес де Марсилья полюбил дочь богатого жителя Теруэля Педро Сегуры. Надо ли уточнять, что девушка ответила юноше взаимностью, а отец воспротивился их браку? И, простившись с возлюбленной, которая обещала ждать его пять лет, Хуан Мартинес отправился добывать славу и богатство в сражениях с маврами. Для этого в те годы далеко от Теруэля и скакать не надо было. Вернулся он, как обещал, — на коне и с полным кошельком. Только опоздал на день. Именно в тот день его возлюбленная по настоянию отца сыграла свадьбу. Пока шло застолье, отчаявшийся юноша проник в дом Сегуры. Он надеялся испросить прощальный поцелуй. И когда молодой супруг уснул, де Марсилья напомнил неверной о данном обете. Она отказала, и влюбленный умер рядом с ложем новобрачных. Испуганная молодая жена подняла мужа и поведала ему историю своей первой любви, указывая на тело Хуана Мартинеса. На другой день, когда несчастного влюбленного отпевали, девушка все же решила отправиться в церковь и вернуть юноше поцелуй, на который она не решилась при его жизни. Когда же необычный обет был свершен, она пала бездыханной у гроба. Все, кто видел это, прониклись уважением к влюбленным и решили похоронить их вместе, в одной могиле…
Оперенный динозавр
В 1553 году во время перестройки церкви Святых Козьмы и Дамиана в Теруэле вскрыли гробницу, где оказались две мумии — женская и мужская. Тогда-то и вспомнили давнюю историю, передававшуюся из уст в уста. На сходство рассказа с одним из сюжетов «Декамерона» литературоведы обратили внимание лишь в середине прошлого века. Оказалось, что в теруэльской версии гораздо больше подлинных черт поведения средневековых горожан, чем у Боккаччо. Даже имя девушки не названо, поскольку незамужних принято было величать по фамилии отца, а замужних — по фамилии мужа. Автор «Декамерона» назвал их Джироламо и Сальвестра. Если записать имена, как положено, латинскими буквами, то получается анаграмма имен влюбленных из Теруэля — Марсилья и Сегура.
Скептики, правда, утверждали, что ничего на самом деле не было, а саму историю туролесцы придумали лишь после находки мумий. Однако в кафедральном соборе Теруэля, к которому от церкви с погребением спускается улица Влюбленных, сохранился удивительный расписной деревянный потолок XIII века с изображением святых и… светских, несколько даже фривольных сценок. Вот отправляется в поход всадник со щитом, цвета которого удивительно напоминают цвета герба семьи де Марсилья, действительно проживавшей в Теруэле… Юноша обнимает девушку, нежно лаская ее грудь… Пышная свадьба с музыкантами… Постельная сцена… Вся история влюбленных. Значит, случилось все на самом деле?
Как бы то ни было, а необычные мумии заслужили лучшей участи, чем украшать интерьеры местной церкви, где они сначала стояли в уголке, прибранные кисейными юбочками, а потом лежали в открытых гробах. Пусть это и не мумии, а всего лишь — скелеты с несколькими пучками сухожилий. Лишь в самом конце прошлого столетия они обрели покой под беломраморным саркофагом с лежачими скульптурами влюбленных, нежно касающихся друг друга руками.
К северу от Теруэля, в окрестностях городка Муреро, в кембрийском разрезе палеонтологи нашли еще одну неразлучную пару — лежащие рядом мумии двух трилобитов, которые сохранились благодаря замещению их тел глинистыми минералами. Подлинное чудо: ведь этим мумиям более полумиллиарда лет. Тоже он и она.
В том, что остатки организмов могут уцелеть в горных породах миллионы и миллиарды лет, ничего удивительного нет. Конечно, смотря какие породы, какие остатки, что за организмы, как они умерли и что было дальше. По-научному этот процесс — преобразования погибших организмов в ископаемые, который сводится к минерализации скелета и замещению органики минералами, — называется фоссилизацией.
Сохранность тела зависит в первую очередь от условий захоронения. Попало оно в сухой песочек (как влюбленные в Теруэле) или накрыло его подводным оползнем (как трилобитов в Муреро) — получились нетленные мощи. Оказалось в кислой почве — и костей не осталось. Хотя в определенных условиях со скелетом долго ничего не происходит. Скелетная ткань и при жизни — уже минерал. Камень. Именно каменные, скелетные, останки представляют собой основную массу палеонтологических находок. Впрочем, палеонтологическая летопись не сводится к одним лишь окаменелостям.
В магматических породах — исторгнутых из недр Земли высокотемпературных расплавах, остывших и застывших на ее поверхности, — что-либо искать бессмысленно.
Ордовикская моноплакофора
Однако вулканические пеплы, мгновенно убивая целые сообщества организмов, сохраняют их рельефные отпечатки в почти первозданном виде. Таковы, например, захоронения разнообразных летающих тварей, со всем своим окружением попавших под пеплопад в озерной котловине, располагавшейся 130–110 миллионов лет назад (середина мелового периода) на северо-востоке Китая. Это местонахождение — Чжэхоль — даже называют «меловыми Помпеями».
Оказалось, что у одних динозавров
Гистолог Теагартен Лингам-Сольар из Университета Квазулу-Наталь и орнитолог Алан Федуккия из Университета Северной Каролины усомнились в природе филаментов: уж не остатки ли это коллагеновых волокон, прошивающих шкуру любого ящера? Филаменты динозавра синозавроптерикса действительно напоминали отпечатки волокон соединительной ткани, которые образуются, например, при фоссилизации шкуры ихтиозавра. Однако впоследствии точно такие же филаменты были найдены палеонтологом Райаном Маккелларом из Университета Альберты и его коллегами в янтарях мелового возраста. В свою очередь, различные типы оперения динозавров, включая синозавроптерикса, были изучены под руководством геохимика Роя Вогелиуса из Манчестерского университета и физика-ядерщика Уве Бергманна из Национальной ускорительной лаборатории в Стэнфорде с помощью сканирующего электронного микроскопа, рентгеноструктурного микроанализатора и различных рентгеновских спектроскопов. Это позволило не только рассмотреть микроскопические детали перьев, даже в тех образцах, где их остатки не различимы в обычном световом микроскопе и тем более невооруженным глазом, но и обнаружить в них окаменевшие клеточные наноструктуры с закономерным распределением атомов металлов. Эти наноструктуры — феомеланосомы (200–400 нанометров в диаметре) и эумеланосомы (500–900 нанометров длиной при ширине до 300–600 нанометров) — отвечали за цвет оперения. Исследования подтвердили подлинность находок и их целостность — то, что они не являются смешением скелетных остатков различных животных.
Благодаря расположению меланосом перья при жизни иридесцировали — переливались всеми цветами радуги, испуская отраженный свет. Значит, пернатые динозавры представали перед своими партнерами во всем блеске. Позднее подобные исследования позволили восстановить окраску и вымерших птиц. Скажем, у древних гигантских пингвинов (35 миллионов лет), как выяснила группа палеонтолога Джулии Кларк из Техасского университета в Остине, перья были не черные, а серые и рыжие, как у многих других птиц. Современную окраску они приобрели позднее с появлением более крупных меланосом, что было связано с приспособлением всего перьевого покрова к водному образу жизни и высоким нагрузкам при движении сквозь водную толщу.
Узнать о масти древних существ позволяет и анализ ископаемой ДНК. Так, группа молекулярного биолога Майкла Хофрейтера из Йоркского университета исследовала судьбу гена меланокортинового рецептора
Мутация одного из аллелей того же гена у неандертальцев подсказывает, что эти люди были светлокожими и рыжеволосыми. Такую окраску можно считать защитной: в высоких широтах света не так много и, чтобы необходимый витамин D синтезировался в достаточном количестве, свет должен проникать сквозь кожу. Наоборот, денисовский человек, чьи костные остатки были открыты археологами Александром Алексеевичем Цыбанковым и Михаилом Васильевичем Шуньковым из Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН на Алтае, судя по его генам, был смугл, кареглаз и темноволос и на 5 процентов приходился родственником современным папуасам и коренным австралийцам. А ведь добыты все эти сведения были по фрагменту фаланги мизинца восьмилетней девочки, жившей между 35 и 50 тысячами лет назад…
Органические пигменты, которые придают окраску раковинам, панцирям или волосяному покрову, очень нестойкие (а ДНК — и подавно). В остатках ископаемых организмов возрастом в миллионы лет они практически не сохраняются. Исключение составляют смолы, подобные янтарю и природному битуму, в которых консервируются и пигменты. Но не вечны и сами смолы — их предел 220 миллионов лет. Более древние цветные окаменелости — редчайшее исключение.
«Благодаря полярному климату, слабым тектоническим изменениям и большой глубине залегания (1250 метров) раковины моллюсков моноплакофор киренгелла
Даже не столь хорошо сохранившиеся надкрылья насекомых, клешни крабов, косточки слухового аппарата позвоночных и другие приспособления животных для воспроизведения и восприятия акустических сигналов позволяют воссоздать мир живых звуков в его эволюции. Стрекотание зазвучало в триасовом периоде (трели выводили титаноптеры — похожие на богомолов прямокрылые), в юрском — кваканье, в меловом — в общий хор влились писк гекконов, щебет птиц и пение цикад.
В метаморфических породах — осадках, преобразованных в недрах планеты под давлением, нагревом и действием химических растворов, — кое-что иногда может уцелеть. Так, мрамор — бывший известняк — неплохо сохраняет известковые скелеты морских животных и водорослей, по крайней мере, внешний вид этих скелетов, если процесс мраморизации не зашел слишком далеко и новообразовавшиеся кристаллы кальцита не превратили все в равномерно зернистую мозаику.
Большинство ископаемых организмов сохраняется в осадочных горных породах, некогда накопившихся на дне океанов, морей, озер, в дельтах рек и других понижениях рельефа, где в течение долгих тысяч лет преобладали процессы опускания земной коры. Впрочем, осадочные породы тоже сильно разнятся по своим возможностям: мелкозернистые осадки на тысячелетия упакуют хрупкий остов, а галечник или груда валунов — сотрут его в порошок.
Многое зависит и от химического состава осадочной породы: в известняке уцелеет известковая раковина, в глине — стеклянная губка, строящая свой скелет из кремневых иголок-спикул. Наоборот, те же спикулы быстро растворятся в карбонатном осадке, а известковая раковина — в кремнистом.
Спикула губки — это часть ее скелета, так же как панцирь рака, раковина улитки или двустворки, костяк млекопитающего, раковинка амебы-фораминиферы, коралл, коробочка одноклеточной диатомовой водоросли, зубы, солевые отложения в мягких тканях и другие минерализованные при жизни организма его части. Скелет — это именно то, что обычно сохраняется в ископаемом состоянии. Бесскелетные животные — такие, как кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, беспанцирные моллюски, — в палеонтологической летописи практически не встречаются. Если мягкие ткани связывают организм с атмосферой и гидросферой, то скелет приближает его к литосфере — твердой оболочке Земли, состоящей из горных пород. Ведь скелет — это такой же камень (даже если он называется костью), точнее, минерал, как и те минералы, из которых состоит осадочная горная порода.
Посмертные изменения, ведущие к достижению равновесия со средой (в полном соответствии со вторым началом термодинамики), относительно быстро сглаживают отличия биогенных минералов от прочих. Эти процессы начинаются еще при жизни, особенно у организмов, которые не используют весь свой скелет, а живут лишь в его новообразованной части. Так, скелет корал-линовой губки, построенный из кремневых спикул и ше-стоватых арагонитовых кристаллов (арагонит — это разновидность карбоната кальция, но с примесью стронция и с иной, чем у кальцита, формой кристаллов), как только организм утрачивает над ним контроль, начинает меняться: сначала место органических оболочек, окружавших каждую спикулу или кристалл, замещает кальцит, после чего спикулы растворяются, и полости тоже заполняются кальцитом. Затем приходит черед арагонита — каждый кристалл распадается, но его шестоватая форма сохраняется благодаря кальцитовой оторочке, а затем наполняется новым содержанием — мелкокристаллической кальцитовой мозаикой, иногда с повышенным содержанием стронция, характерным для навсегда исчезнувшего арагонита. Даже в наиболее благоприятных условиях первичный арагонит редко «живет» дольше 300 миллионов лет, но его своеобразная форма указывает на то, что среди самых первых организмов с известковым скелетом, появившихся в конце эдиакарского периода (555 миллионов лет назад), были и виды с арагонитовой раковиной. Именно с этого времени ископаемая летопись, прежде всего отражающая развитие скелетных организмов, становится хорошо читаемой.
Однако эта летопись содержит не только скелетные остатки. Клетчатка (целлюлоза), из которой в основном состоят клеточные стенки растений, является органическим полимером и по своей устойчивости не уступает полимерам искусственным — полиэтилену и целлофану. Потому растительные остатки сохраняются не хуже минеральных скелетов, а древнейшим из них, принадлежавшим, по-видимому, водорослям, — около 2,1 миллиарда лет (раннепротерозоиская эра). Это отнюдь не означает, что подобные остовы не претерпевают никаких изменений: происходит полимеризация углеводородов, особенно если горная порода подвергается нагреву и давлению, пока не образуются наиболее устойчивые в данных условиях молекулы. Органические полимеры животного происхождения менее стабильны — самой старой кутикуле (от
Долгоживущими являются части некоторых органических молекул (биомаркеры), например кольцевые участки ароматических и алифатических углеводородов. Поскольку каждую группу организмов характеризуют определенные углеводороды, их присутствие в осадочных породах свидетельствует о том, какие организмы жили во время накопления этих осадков. Например, стераны всегда образуются из стероидных спиртов — стеринов, входящих в состав клеточных мембран (самый известный из них — холестерин — характерен для животных). Есть свои биомаркеры и у метанобразующих архей (кроцетан); они указывают, что подобные бактерии жили более двух миллиардов лет назад. При этом если бы сохранились тельца самих бактерий, их все равно невозможно было бы отличить от любых других.
Однако дольше всего свидетельства о существовании жизни удерживают устойчивые изотопы, точнее, их соотношение. Например, цианобактерии и большинство зеленых растений при фотосинтезе отбирают из двух устойчивых изотопов углерода более редкий и более легкий (с 12 нейтронами в ядре). По повышенному содержанию этого изотопа в осадочных породах можно понять, что накапливались они при жизни подобных организмов, даже если осадки претерпели некоторый нагрев и химические преобразования. Так было установлено, что жизнь на Земле существовала уже 3,86 миллиарда лет назад (в самом начале архейского зона).
Но как бы ни были интересны скелеты, наибольший интерес представляют целостные остатки организмов. К счастью, природа по-своему «позаботилась» об ученых, интересующихся эволюцией, — в ископаемой летописи нет-нет да и встречаются удивительные по своей сохранности остовы животных и растений. Причем не только в многолетне-мерзлых породах последних нескольких десятков тысяч лет.
С «вечной мерзлотой» связано больше мифов, чем реальных находок. Наиболее известные элементы мифотворчества — легенды о гигантских кладбищах застывших во льдах мамонтов, где сохранность мягких тканей такова, что хоть сейчас бери яйцеклетку (вариант — сперму) и имплантируй живой слонихе (оплодотворяй ее), чтобы получить густошерстный и высокоудойный молодняк, и о «вмороженных пальмовых и сливовых деревьях с зелеными листьями и даже спелыми плодами». А восходит этот миф к сочинению одного из создателей палеонтологии, естествоиспытателя Жоржа Кювье, — «Рассуждения о переворотах на поверхности земного шара». В «Рассуждении» о мамонтах и их современниках сказано: «Если бы они не замерзли тотчас после того, как были убиты, гниение разложило бы их. С другой стороны, вечная мерзлота не распространялась раньше на те места, где они были захвачены ею, ибо они не могли бы жить при такой температуре. Стало быть, один и тот же процесс и погубил их, и оледенил страну, в которой они жили».
Часть скелетов севского семейства мамонтов. Брянская область; 14 тысяч лет. Палеонтологический институт РАН
На самом деле в многолетнемерзлых породах нет и следа каких-либо пальм и слив. Не такая растительность окружала мамонтов при жизни. Других зеленых листьев и плодов тоже никто и никогда не находил. С мамонтами и некоторыми прочими представителями мамонтовой фауны дела обстоят несколько лучше, но речь опять же идет не о горах трупов, а о редких находках: десяток мамонтов, два шерстистых носорога (еще две, самые полные мумии носорога сохранилась не в вечной мерзлоте, а в озокерите — воскоподобном веществе, образовавшем ископаемое болото в Галиции; одна украшает музей Кракова, другая — Львова), пять древних лошадей, четыре бизона и собака, которой 12,5 тысячи лет. Есть еще единственный замороженный человек — Отци, погибший от ранения стрелой в альпийских ледниках, но он много моложе прочих ледяных мумий (5,3 тысячи лет). Кроме того, за два столетия в Северной Азии и Северной Америке выявлено около тридцати остовов мамонта и других млекопитающих с сохранившимися фрагментами мягких тканей. Каждый случай — единичный.
Тем не менее и ныне почему-то бытует мнение о массовых захоронениях мамонтов и других животных, вмерзших в лед. В самом конце прошлого века поводом для очередной нездоровой сенсации стал хатангский «мамонт» Бернара Бюига (он же «мамонт Жаркова»), когда весь мир облетели потрясающие кинокадры и фотографии — на подвеске огромного вертолета, застывшего над бескрайней заснеженной тундрой Таймыра, повисла многотонная ледяная глыба с торчавшими из нее бивнями. Газетчики и тележурналисты бодро вещали, что кроме первой, уже добытой туши мамонта с помощью радара и другой новейшей аппаратуры обнаружено еще не менее шести мамонтовых и носорожьих трупов… На самом деле авантюрист Бюиг по случаю купил у местного охотника два неплохих бивня. Вывезти их из России законным путем он не мог, потому и была придумана история, раздутая с помощью телекомпаний, о якобы целых, не тронутых тленом, телах, которые необходимо срочно доставить в Японию для дальнейшего извлечения яйцеклеток (спермы) и… (см. выше). Для создания необходимого эффекта бивни вморозили в лед и подцепили получившуюся льдину вертолетом. В фильме, снятом каналом ВВС, тоже клюнувшим на наживку в виде пустого куба льда, его с помощью фенов для волос размораживают грустные британские ученые…
Причина гибели каждого из мамонтов и их современников, живших в различное время между 50 и 9 тысячами лет назад, была своя. Знаменитый березовский мамонт, видимо, попал в естественную ловушку, проталину в мерзлом грунте, где сломал кости таза и плеча и почти сразу умер — во рту остались неразжеванные пучки травы. Мамонтенок Дима с одноименного магаданского ручья отстал от стада (он хромал и страдал от сильного заражения паразитическими червями), заблудившись в ледниковых каньонах (и был найден среди ископаемых наледей — тарынов), куда его соплеменники приходили, чтобы передохнуть от гнуса, и погиб от голода (желудок и кишечник почти пусты). Ямальский мамонтенок Люба увяз и утонул в холодном заболоченном озере (ее органы покрылись тонкокристаллическим минералом вивианитом, характерным для холодной бескислородной среды; в трахеи и бронхи набился ил), а якутскую Хрому, видимо, придавило грязевым оползнем (ее скелет смят). Объединяет всех относительно целых мамонтов только одно обстоятельство — они оказались вблизи естественных холодильников. Единственным естественным массовым захоронением мамонтов (но не мумий!) является Севское в Брянской области, где около 13,5 тысячи лет назад стадо из 33 особей (сохранились довольно полные скелеты 19 взрослых и 14 детенышей) погибло весной или в начале лета в речной долине. Их врасплох застиг паводок. Другие «кладбища» (на самом деле скопления разрозненных костей) формировались на протяжении сотен или даже тысяч лет в тех местах, куда трупы и перемытые кости сносились реками, — в поймах и дельтах.
Что касается целости мамонтов, то и она «несколько сильно» преувеличена: у мерзлых туш более-менее сохраняются покровные и соединительные (коллагеновые волокна) ткани, но сохранность фрагментов ДНК в мягких тканях невысока. Хотя, конечно же, каждая находка мумии ледникового периода — это неисчерпаемая база данных о том времени и его животных.
Наш лагерь стоит на галечной косе большого острова, намытой рекой Малым Анюем, притоком великой Колымы, напротив 25-метрового обрыва (он же геологический разрез), где был найден первобытный бизон, точнее, его мумия.
Мумия первобытного бизона
Обнажение похоже на ущелье: справа, если стоять лицом по течению, место, где нашли бизона, — «бизоний блок». Он сильно накренился, лиственницы повисли над обрывом, словно зеленые сосульки, и одна за другой с шумом пикируют в стремнину. Слева — коренной берег, искрящийся ледовыми жилами и оплывающий грязевыми потоками. Пахнет навозом — это тает едома — богатые органикой многолетнемерзлые породы: они прогрелись и все замершие на десятки тысяч лет процессы возобновились, в том числе деятельность разлагающих органику бактерий.
Начинается дождь. Само по себе это не так уж и плохо: самая малая авиация (мошка) и пикирующие бомбардировщики (пауты — так называют на севере оводов) уходит с позиций. Лишь летательные аппараты среднего класса (комары) упорно продолжают атаковать избранные цели. Средства химзащиты, даже самые разрекламированные, перед ними пасуют. По мере усиления дождя обрушение склона усиливается: падают подтаявшие козырьки с деревьями, оплывает крутой обрыв. Задавить грязевым комом, наверное, не задавит, но сильно испачкает. Жалко разрез, будто специально созданный для изучения древних отложений: так от него скоро ничего не останется. Рассматривая стенку, не замечаю няши — разжиженной глины, уже наполнившей выемку между склонами, и проваливаюсь по самые… края болотных сапог. Сначала вылезаю сам, потом по одному вытягиваю сапоги. А будь на моем месте тяжелый бизон?
Ему ведь в подобных условиях приходилось жить. Вот из обрыва торчат стволики лиственниц, точно таких же, как нынешние. Бугристая поверхность слоев тысячелетней давности и тонкая размерность илистых частиц указывают на пойменные условия. И сейчас здесь пойма крупной реки. Есть, впрочем, и отличия: попадаются в слоях стволики крупных берез (теперь здесь только кустарниковая береза растет). А вот слой, буквально набитый тонкими раковинками улиток — плоских катушек и спирально закрученных прудовиков. Эти ископаемые встретились очень кстати: ведь они предпочитают селиться в озерах и старицах, то есть опять же в пойме. Причем скапливаются там, куда на водопой приходят стада копытных.
Весь разрез представляет собой чередование синевато-серых бугристых глин с прослоями торфа (хороший материал для радиоуглеродных проб, который позднее помог установить время жизни бизона — 50 тысяч лет назад). Глины накапливались во время похолоданий, торф — при потеплениях, когда растительность становилась обильной. В нижнем торфянике, осложненном карманами, и покоился бизон. Сгинул он в одном из карманов, спасаясь от хищников (почти полный скелет самца пещерного льва зрелого возраста обнаружен недалеко отсюда) или убегая от назойливого гнуса, что нередко случается с современными копытными? На этот вопрос еще предстоит ответить. Пока же ясно, что умер бизон не своей смертью. В противном случае падалыцики, вроде землероек, личинок паутов и жуков-мертвоедов, за считанные дни уничтожили бы тушу, а косточки рассеяло бы паводком. Мы же видим, что серо-голубая бездонная жижа обволокла его тело и сохранила от хищников и падалыциков, а глубокое охлаждение отчасти воспрепятствовала разложению. Синяя корка вивианита указывает еще на один важный фактор: этот минерал образуется при отсутствии доступа кислорода. Иначе бы мягкие ткани окислились — сгнили.
«Интересно, что в кишечнике у представителей мамонтовой фауны преобладают бактерии из группы кишечных палочек, — делится результатами исследований другого — устьянского — бизона микробиолог Надежда Петровна Тарабукина, заведующая лабораторией разработки микробных препаратов из Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства. — Мы думаем, что мумии ледникового периода так хорошо сохранились не только благодаря низким температурам, но и под консервирующим воздействием этих бацилл, которые противостоят гнилостным бактериям».
Так это было или не так, предстоит долго, годами, разбираться. Пока же имеем в наличии: мумию бизона — одну; разрез отложений на реке Малом Анюе — один. И то, и другое в лучшем виде. Мумия эта — всего вторая, найденная в мире. Первая — Блу Бэйб, или Синий Красавец, у которой недоставало фрагмента спинной части, — попала к ученым в 1979 году. Золотоискатели обнаружили ее при разработке небольшого прииска в Центральной Аляске. Заслуженный профессор Университета Аляски Дэйл Гатри подробно изучил эту мумию и написал книгу о жизни, смерти, случившейся 36 тысяч лет назад, и жизни после смерти Синего Красавца. Этот бизон жил на северо-западе Америки — восточной окраине обширной суши Берингии, охватывавшей ушедшие ныне под воду шельфы арктических морей.
А теперь за двойными дверями ледника — полупогруженного в мерзлую почву бревенчатого сооружения на окраине поселка Анюйска — среди сияющих на стенах и потолке кристаллов льда покоится совершенно целый первобытный бизон! Вместительный ледник поставлен на берегу таежного озера лет семьдесят назад, и обычно в нем хранят мясо и рыбу. Сейчас разгар лета, и, кроме кучки мороженых щук — собачьего корма, там ничего нет. Бизону отведено отдельное помещение, куда мы поворачиваем, сделав шагов двадцать по коридору. Ни сапоги, ни ботинки с двойными шерстяными носками не спасают от холода, идущего от ледяного пола. Но мы перестаем стучать ногами и зубами, едва оказавшись на пороге «хрустального саркофага». Пахнет совсем не мертвечиной, а жилым хлевом! Бизон лежит на левом боку, поджав под себя ноги с мягкими копытами и повернув к нам голову. Если бы не отсутствие шерсти, мешки с которой стоят в углу хранилища, никто бы не сказал, что перед нами древнее животное, а не Машка или Борька с соседней фермы. Правда, крутой горб, чуть укороченная массивная голова и клочки густых курчавых волос выдают представителя бизоньего племени.
Вблизи иллюзия жизни, не желающей поддаваться распаду, не рассеивается: глаза, прикрытые густыми длинными ресницами; замшевый нос с большими ноздрями, словно расширенными на вдохе; нежные коровьи губы; гладкая, будто отполированная поверхность роговых чехлов. Такой мощи мощей позавидует любой святой старец, чьи иссохшие остатки кожи признаются за чудо нетленности. Сломан лишь один роговой стержень черепа (возможно, при падении туши на бечевник), да повреждена часть брюшины (уж не хищником ли?). Только кожа цвета индиго выдает в бизоне ископаемого зверя: это минерал вивианит оторачивает шкуру. Мы надеваем белые перчатки и впятером с трудом переворачиваем тело. С обратной стороны нас ожидает первое открытие: бизон, в котором ведущий в мире специалист по этим животным на фотографии распознал самку, оказывается настоящим быком! Всего этого не было бы, если бы жители чукотского Анюйска и расположенного неподалеку якутского Черского не увлеклись с подачи создателя московского музея «Ледниковый период» палеонтолога-самоучки Федора Касперовича Шидловского поиском ископаемых костей. Ежегодно скелетные остатки вытаивают из мно-голетнемерзлых отложений и, если их не собирать, либо рассохнутся в щепу, либо будут унесены паводком. Летом 2009 года, когда глава кочевой родовой общины «Албай» Александр Анатольевич Ватагин спускался на моторке по Малому Анюю, его внимание привлек свежий обрыв и темная груда на бечевнике под ним — явно животное. «Сначала мне подумалось, что то медведь или лось, утонувший или убитый браконьерами, но все же решил осмотреть тушу, — рассказывал первооткрыватель. — Выпрыгнул на гальку и понял: бизон, да еще целый. Берег продолжал оползать, потому сходил в Анюйск за подмогой. Набросили на быка веревки и вытянули на коренник. Сколотили ящик, положили тушку, погрузили все в выбитую яму и прикрыли ветками. В холоде она немало лет могла пролежать. Позвонил в Москву Шидловскому: у него лицензия на сбор палеонтологических объектов с этого участка». Так слаженные действия Ватагина и его помощников спасли уникальную находку для науки. Еще день-два, и совсем не маленький Малый Анюй унес бы бизона в Колыму…
Позднее исследование повреждений на мумии бизона показало — ранили его и загнали в болото волки. Глядя на бизоний обрыв с нашего галечника, можно было представить такую картину: молодой бизон галопом мчался по кочкарнику. Слева и справа двумя песочными тенями за ним следовали хищники. Грациозные и мощные, они внезапно материализовались среди невысоких песчаных дюн обширной поймы и погнали неосторожную жертву в западню… Быка не остановили белые, будто предупреждающие об опасности флажки пушицы. Он оттолкнулся от крепкой кочки и прыгнул через травяной барьер на ровную, как казалось ему, лужайку… Зеленая ловушка сразу втянула зверя по самый горб. От ледяного холода, пришедшего откуда-то из подземных глубин, его ноги поджались, хвост задрался. Бизон запрокинул тяжелую голову и протяжно, со всхлипом, заревел… Через мгновение о нем напоминало лишь неровное пятно серой жижи, хлюпающей посреди изумрудной мари…
Впрочем, не только многолетнемерзлые породы способны сохранить уникальные палеонтологические объекты. Здесь уже упоминался горный воск — озокерит, вещество, действительно напоминающее по составу воск: содержит парафины, а также жидкие нефтяные масла, смолы и газообразные углеводороды. Не удивительно, что животное, попавшее в озокеритовое болото, подвергается естественному бальзамированию. Природными ловушками-саркофагами, в течение сотен лет накапливавшими свои жертвы, являлись и озера со смолистым (гудроновым) придонным слоем. Завязнув в нем, животное не могло уже выбраться, а смолы предохраняли тушу от падальщиков и гниения (окисления). Наиболее известными ископаемыми гудро-новыми озерами являются Мессельское в Германии (эоце-новая эпоха, 50 миллионов лет) и Ранчо Ла-Брея на западе США (плейстоценовая эпоха, 40–12 тысяч лет). В первом из них сохранились плоды цитрусовых деревьев, пальмы, водяные лилии; летучие мыши вместе с крыльями и содержимым желудка; древнейшие муравьед и панголин (их останки свидетельствуют о том, что представители этих отрядов млекопитающих, обитающие ныне только в южных странах, водились и в Европе); один из лошадиных предков, ростом с комнатную собачку, имевший по четыре копытца на каждой ноге и питавшийся исключительно сочными древесными плодами; а также необычные насекомоядные— лептиктидии (30 сантиметров высотой), бегавшие на задних лапах. Блестевшая под солнечными лучами поверхность гудронового озера Ранчо Ла-Брея особенно привлекала перелетных птиц, а также крупных обитателей североамериканской прерии; это мастодонты, бизоны, саблезубые хищники смилодоны — останки последних особенно обильны. Всего описано более 250 видов найденных здесь позвоночных, а также разные насекомые и растения.
Лист хищного верескоцветного растения в эоценовом янтаре (длина 4 миллиметра); Калининградская область; 47–35 миллионов лет. Гёттингенский университет (предоставлено Евой-Марией Садовски)
К веществам, неплохо сохраняющим ископаемые остатки, относятся также ископаемые смолы, включая янтарь. Этому служат плотная укупорка, предотвращающая доступ кислорода к тканям, и обеззараживающие свойства химических соединений, входящих в состав древесных смол, состоящих из полимерных соединений ненасыщенного углеводорода изопрена. (Из него же получают искусственный каучук.) Эти свойства издревле известны и человеку: древние египтяне использовали янтарь для бальзамирования мумий, а китайцы покрывали им деревянные поделки для лучшей сохранности. Благодаря находкам в ископаемых смолах открыты тысячи видов одноклеточных организмов, грибов, растений и животных, в том числе редчайшие в палеонтологической летописи паразитические круглые черви и волосатики, онихофоры, клещи, пауки.
Конечно, возможности смоляных захоронений не бесконечны — в них сохраняются мелкие организмы (не крупнее 0,5 сантиметра, редко до 10 сантиметров), так или иначе связанные с определенными видами деревьев, которые произрастали в густых лесах в основном 135-38 миллионов лет назад (середина раннемеловой — конец эоценовой эпохи). Эти возрастные рамки заданы распро странением кипарисовых и таксодиевых, близких к живому ископаемому метасеквойе, а также некоторых цветковых. Древнейший янтарь, вероятно произведенный вымершими примитивными хвойными из ископаемого семейства хейролепидиевых, нашли в верхнетриасовых отложениях (220 миллионов лет) итальянских Доломитовых Альп. Янтарные капельки не превышают нескольких миллиметров в поперечнике, потому и организмы они содержат лишь самые мелкие: бактерии, одноклеточные зеленые водоросли, ресничные инфузории, паразитические сумчатые грибы, а также древнейшие наземные раковинные амебы.
Фосфатизированный эмбрион (диаметр 400 микронов) из эдиакарских фосфоритов Венъян формации Доушантуо; провинция Гуйчжоу, Китай; 630–620 миллионов лет. Институт геологии и палеонтологии Нанкина (предоставлено Инем Цзончжунем)
Впрочем, смоляные саркофаги, как и египетские, не гарантируют целости того, что в них попало. Лишь достаточно жестким покровам членистоногих обеспечена нетленность (и то далеко не всегда!), изредка встречаются мышцы, ткани пищеварительных, выделительных и половых органов, нервные узлы и внутриклеточные органел-лы — ядро, митохондрии. Иногда из организмов, застывших в янтаре, удается извлечь фрагменты ДНК, но история, запечатленная Майклом Крайтоном в «Парке юрского периода» и Стивеном Спилбергом в одноименном фильме, навсегда останется фантастикой — слишком эти крохи ДНК незначительны.
Кембрийский фосфатизированный головохоботный червь
Более древние, чем мезозойские, останки мягкотелых организмов связаны с иными условиями захоронения и преобразования тканей и клеток. Одним из таких процессов является пиритизация — образование слепков мягких тканей животного, выполненных кристаллами пирита (железный колчедан). Оба элемента этого минерала, сера и железо, содержатся в тканях организма в достаточном объеме. Важно, чтобы тело сразу после смерти оказалось в среде, куда нет доступа кислороду и где процветают серные бактерии. Они-то и связывают элементы, образуя зародыши пирита, которые дальше растут в виде золотистых кубиков или ромбоэдров. Много позже, когда осадок уже становится горной породой, пирит нередко окисляется, превращаясь в различные окислы и гидроокислы железа, но форма его кристаллов сохраняется, а с ней и форма всего тела. Благодаря пиритизации в верхнеордовикском слое Бичера (штат Нью-Йорк) уцелели вымершие членистоногие — трилобиты со всеми своими многочисленными членистыми конечностями, а в нижнедевонском сланце Хунсрюк (Германия) — гигантские морские пауки. Самые «свежие» пиритизированные ископаемые обнаружены в железных рудниках Европы — это тела древних рудокопов, упавших в шахту.
Остатки морских организмов нередко подвергаются фосфатизации. Источник самого фосфата может быть как внешним, когда он вымывается с поверхности суши и прибрежные морские воды насыщаются этим соединением, так и внутренним — мягкие ткани содержат достаточно этого вещества. Опыты показывают, что если животное быстро гибнет в бескислородных условиях, то под действием анаэробных бактерий, поддерживающих определенное состояние среды, благоприятное для роста мельчайших кристалликов фосфатных минералов (в основном апатит), эти кристаллики в течение срока от нескольких часов до нескольких недель обрастают покровы организма, создавая его точный полый слепок. Благодаря фосфатиза-ции нам известны даже ископаемые эмбрионы и личинки менее миллиметра размером, на которых можно проследить количество бластомеров, характер дробления и начальные стадии развития организма.
Важнейшие местонахождения таких остатков находятся в Южном Китае (эдиакарская формация Доушаньтуо, возрастом около 580 миллионов лет), в Северной Монголии и Восточной Сибири (нижнекембрийские отложения). Если принадлежность эдиакарских эмбрионов установить довольно трудно, то среди раннекем-брийских различаются эмбрионы головохоботных червей и кишечнополостных. Реже, в небольших фосфатных стяжениях — конкрециях, фосфатизированные остатки организмов встречаются и в более поздних кембрийских и нижнеордовикских слоях. Опять же фосфатизируются в основном небольшие организмы (мелкие членистоногие, пятиустки, тихоходки) и их личинки вплоть до мельчайших щетинок и пор (не более одного микрона величиной), от крупных особей остаются только фрагменты конечностей (менее 2 миллиметров длиной). Этот тип минерализации организмов получил название «Эрстен» по одному из шведских местонахождений, где он был впервые установлен палеонтологом Клаусом Мюллером из Рейнского университета имени Фридриха-Вильгельма (Бонн) в 1960-е годы.
Встречаются фосфатизированные остатки организмов и в иных осадочных слоях вплоть до отложений голоцено-вой эпохи, но характер минерализации в них другой, вероятно, за счет анаэробных бактерий, мобилизующих фосфаты из мягких тканей самого животного. Постепенный распад тканей протекает с поглощением кислорода и повышением кислотности, что мешает садке карбонатов и благоприятствует развитию бактерий. Так что, как ни парадоксально, в подобных условиях разложение мягкого тела является причиной сохранения его формы. В этом случае, в отличие от мелких внешних фосфатных слепков, получаются полные реплики отдельных клеток, тканей и органов, особенно сарколемм (чехлов, покрывающих мускульные волокна) и коллагеновых волокон, при жизни содержащих немало фосфора. Иногда фосфатизируются и клетки самих бактерий. Самые известные из местонахождений остатков такого рода — верхнеюрский известняк Зольнхёфен (около 145 миллионов лет) в Германии, в котором найден археоптерикс, и нижнемеловая формация Сантана (около 115 миллионов лет) на северо-востоке Бразилии, где уцелели разнообразные летающие ящеры с перепонками и рыбы с чешуей.
Третий вариант посмертной минерализации организмов получил подтверждение лишь в последние годы, хотя сами местонахождения подобного типа были выявлены еще в конце XIX века. Честь открытия первого из них принадлежит палеонтологу Чарлзу Уолкотту, возглавлявшему Геологическую службу США. Работая в заснеженных горах Западной Канады, он обнаружил в среднекем-брийском сланце Бёрджесс необычайно полные отпечатки различных, как тогда представлялось, водорослей, губок, медуз, кольчатых червей и членистоногих. Их подробные описания исследователь опубликовал в нескольких объемистых книгах.
В семидесятые годы прошлого века на поразительную сохранность этих организмов обратил внимание палеонтолог Гарри Уиттингтон из Кембриджского университета. Ему удалось организовать многолетнюю экспедицию в те места, поддержанную его университетом и Канадской геологической службой. Участники экспедиции смогли не только собрать десятки тысяч новых образцов и описать множество новых видов, но и по-новому взглянуть на находки Уолкотта и выявить некоторые закономерности образования захоронений типа «Бёрджесс».
Теперь подобные лагерштетты (по-немецки «залежные места») обнаружены по всей Северной Америке, в Австралии, Китае, России и Испании. Наиболее интересными среди них являются Сириус-Пассет в Гренландии (самое древнее), Ченцзян в Китае (самое богатое), Синское в Сибири (самое необычное) и Муреро в Испании (самое объемное по продолжительности). Все они приурочены к незначительному временному интервалу, названному кембрийским тафономическим окном: середина раннекембрийской — середина среднекембрийской эпохи (520–500 миллионов лет).
Переосмысление «бестиария» Уолкотта позволило выяснить, что остатков кишечнополостных в сланце Бёрджесс нет. То, что он считал медузами, оказалось либо циклическими ротовыми аппаратами необычных огромных, по мерках кембрийского мира, до метра в длину, хищников — аномалокаридид, либо странными планктонными животными — парапсонемидами, которые относились либо к вторичноротым, либо к лофофоратам (от
Все лагерштетты приурочены к относительно глубоководным морским отложениям, состоящим из очень мелких, микроскопических обломков и глинистых частиц. Последние служили своеобразным упаковочным материалом. Способствовало сохранности остатков и то, что кембрийские морские глубины с пониженным содержанием растворенного кислорода еще не были освоены различными роющими организмами, которые в считанные дни перерабатывают современные морские осадки так, что почти ничего целого в них не остается. Они добрались туда только к концу кембрийского периода, что и стало одной из причин исчезновения лагерштеттов типа «Бёрджесс». Но вероятно, это не было главной причиной.
Ведь эти остатки являются не просто отпечатками. Долгое время на вопрос о минеральном составе ископаемых из сланца Бёрджесс ответа найти не удавалось. Сланец подвергся заметным преобразованиям в результате прогрева, и ныне эти ископаемые представляют собой углистые образования, покрытые слюдистой или кварцевой корочкой. Но в конце концов изучение остатков из испанского Муреро позволило понять, что и покровные ткани, и раковины до тончайших деталей состоят из различных глинистых минералов, в основном из зеленых призм хлорита и серебристых шестоватых кристаллов иллита, в зависимости от исходной морфологии ткани. Вместо организмов получились их глиняные слепки, приятного изумрудно-зеленого или серебристого цвета, своего рода природная керамика.
Кембрийское членистоногое
Трехмерная реконструкция кембрийского членистоногого
Ныне благодаря новым технологиям об организмах, сохранившихся в глинистых лагерштеттах, можно узнать удивительные подробности. Так, исходя из представления о том, что в нервных клетках накапливается больше железа, группа палеонтологов и биологов под руководством технолога Генго Танака из Японского агентства по наукам о Земле и море исследовала одно из древнейших кембрийских членистоногих фуксиануйю
В растворах, насыщенных кремнеземом, постепенно петрифицируются (окаменевают) растительные остатки. Например, аризонские стволы триасовых деревьев сохранились в виде красивого переливчатого опала (одна из разновидностей аморфного кварца), а многие протерозойские сообщества микроорганизмов и знаменитая шотландская раннедевонская риниевая флора в виде кремней. Обычно минеральный раствор поступал из горячих источников. И те, и другие растения можно изучать под микроскопом, поскольку естественная петрификация проявила все особенности клеточного строения тканей лучше, чем искусственные красители, используемые в ботанике.
Интересно, что в случае с окаменевшими животными очень быстрое разложение тела благоприятствует сохранности его деталей не только при фосфатизации. Так уцелели всевозможные древнейшие наземные членистоногие, беспанцирные моллюски и другие мелкие организмы в нижнесилурийских отложениях (около 425 миллионов лет) Херефордшира в Англии: их тельца были буквально выжжены вулканическим пеплом (подобно телам людей, погибших в Помпеях при извержении Везувия), а оставшиеся полости мгновенно заполнил известковый раствор, со временем превратившийся в крепкий кальцит.
Еще более интересный случай произошел с лягушками, квакавшими в болотах Арагона под Теруэлем. С римских времен там добывают самородную серу. Неизвестно, интересовало ли римлян, заброшенных вдаль от родины нередко не по своей воле, что-нибудь, кроме серы. Но исследователей в начале прошлого века весьма заинтересовало, что рудокопы извлекают из тонких глинистых пластов, перемежающихся с желтой рудой, плитки с остовами саламандр и лягушек. Со временем поиск лягушачьих остатков стал более прибыльным делом, чем добыча серы. Кое-что попало и в университетские музеи, а один из наиболее полных скелетиков стал символом общества палеонтологов-любителей Арагона. Но лишь в веке нынешнем удалось рассмотреть, что внутри костей находится, как и положено, костный мозг. Но вот только мозгу этому около 10 миллионов лет, а он все того же желтоватого цвета, хотя должен был разложиться в первые дни после гибели животного. И даже клетки в нем различимы…
Конечно, лягушачий костный мозг, как и полагается всем палеонтологическим объектам, оказался каменным. Окаменелым. После смерти земноводные попадали в придонный ил, насыщенный серой, которая быстро реагировала как раз с самой неустойчивой тканью — костным мозгом. Поры в костях взрослых особей имеют достаточный размер для прохождения ионов серы, но слишком малы для проникновения бактерий, разлагающих мягкие ткани. У личинок с еще недостаточно окостенелым скелетом, а также в поврежденных костях подобное замещение не произошло — они пусты. Прочие мягкие ткани, не защищенные костной оболочкой, уцелели только в виде «посмертной маски» из фосфатной бактериальной пленки (кожа) или полностью исчезли. А красновато-желтый цвет минерального соединения серы с железом, содержавшимся в гемоглобине, придал лягушачьему костному мозгу особенно «свежий» вид, хотя на самом деле это минеральный слепок, имитирующий структуру мозга, в том числе клеточное строение.
Нечто похожее случилось с останками самого известного хищного динозавра — тираннозавра из формации Хелл-Крик в штате Монтана, в которой захоронены скелетные фрагменты одних из последних динозавров (68 миллионов лет). Мощные сильно минерализованные кости подобных животных представляют собой своеобразные герметичные контейнеры, где некоторые органические соединения и образованные ими структуры, защищенные от доступа кислорода, могут храниться десятки миллионов лет. А формация сложена русловыми песчаными отложениями, накопившимися в речном эстуарии. Попавшие туда костные остатки быстро перекрывались наносами и благодаря пористости песчаников обезвоживались. Потому и сохранились гораздо лучше, чем в подстилающих и перекрывающих глинах. Именно из песчаников были извлечены бедренная и большеберцовая кости молодого тираннозавра (судя по кольцам нарастания, ему в момент гибели было примерно 18 лет). В сердцевинной части этих костей группой под руководством палеонтолога Мэри Швейцер из Университета штата Северная Каролина были обнаружены кровеносные сосуды с мельчайшими тельцами, формой, размером и цветом напоминающими клетки крови, а также кроветворные клетки. После растворения минеральной составляющей сосуды оказались прозрачными, объемными и эластичными — они растягивались, скручивались, сжимались, словно свежие анатомические препараты. А в костной ткани удалось выделить остатки слагающего ее белка-коллагена, по своему составу более всего напоминавшему птичий (впрочем, сравнение с аналогичными белками каких-либо пресмыкающихся не проводилось).
Вряд ли, однако, стоит рассчитывать на множественные повторения подобных находок: каждая формация уникальна в своей истории, от времени образования до того момента, когда геологические силы вновь вскроют пласты. Да и кости того же динозавра, которые пролежали всего два года во вскрытом состоянии, уже почти лишились своей органики. Но это не значит, что дальнейшие поиски подобных объектов бессмысленны. Коллаген, структурно представляющий собой тройную полимерную спираль с правильным, как в кристаллах, расположением атомов, изначально является одним из самых устойчивых белков и вообще органических соединений. Из него, например, построены трубки червей вестиментифер, живущих рядом с горячими глубоководными источниками. Фрагменты этого белка, как в случае с останками молодого тираннозавра, вполне могут сохраниться за счет полимеризации в закрытых условиях с участием свободных радикалов, которыми, например, являются ионы железа, обильные в кроветворных органах. Эти же ионы окрашивают и кровь, и некоторые минералы в красный цвет.
После стабилизации молекулярных фрагментов их дальнейший распад прекращается. То же происходит и с кровяным белком — гемоглобином: он легко кристаллизуется, а железосодержащее порфириновое кольцо этой полимерной молекулы практически неуничтожимо — такие продукты распада гемоглобина были извлечены из кости другого ящера. В эластичности подобных структур ничего странного нет — упругость проявляют и скелеты вымерших гемихордовых граптолитов, которым 440 миллионов лет, хотя совершенно никакой первичной органики в них не осталось. А стоит ли удивляться тому, что целлофан и через сотни миллионов лет будет прозрачным и растяжимым?
Наконец, нельзя не упомянуть о самом древнем ископаемом мозге, принадлежавшем мамонтихе Юке. Когда понадобилось определить возраст животного, была сделана компьютерная томография черепа: с помощью такого исследования можно узнать, сколько формирующихся в альвеолах коренных зубов оставалось «в запасе». Поскольку четвертая смена зубов еще не прорезалась, получается, что Юке было шесть — девять лет (зубы у современных слонов и мамонтов прорезываются друг за другом в строго определенное время, когда предыдущий зуб уже стерт). Другой результат томографии стал для ученых настоящим сюрпризом: оказалось, что в черепе сохранился головной мозг! Прежде выводы о строении этого органа у мамонта основывались лишь на слепках внутренней полости черепной коробки и знаниях о мозге современных слонов. Поэтому важной задачей стало сохранение редкой находки для дальнейших исследований. «Целый месяц мозг Юки фиксировали в Якутске, а затем черепную коробку вскрыли и извлекли его, — рассказывает Евгений Николаевич Мащенко из Палеонтологического института РАН. — Важно было не повредить череп и при этом аккуратно достать мозг в твердой оболочке, поэтому трепанация продолжалась почти шесть часов. Череп мамонта имеет особые воздушные полости, облегчающие эту массивную конструкцию, вот и пришлось распилить кость 5-сантиметровой толщины». Как оказалось, мозг Юки, хотя и сохранил внешние признаки и форму, стал очень хрупким вследствие длительной мумификации в многолетнемерзлых породах. Ученые беспокоились, удастся ли вообще его вынуть и доставить его в Научно-исследовательский институт морфологии человека в Москве для дальнейших исследований. Почти двое суток ушло на дополнительную фиксацию и перевозку образца. В итоге удалось рассмотреть остатки проводящей системы переднего мозга и мозжечка мамонта, различить мозговые желудочки, гипофиз и другие структуры, невидимые без разрушения образца.
Следует еще раз напомнить, что, во-первых, такие термины, как «мягкие ткани», «клетки» и «органические молекулы», в применении к палеонтологии (кроме мерзлых мумий) не стоит понимать буквально, подобно тому как в химии термин «органическое вещество» совсем не подразумевает, что это вещество было произведено организмом или добыто из него. Речь идет о минеральных образованиях, замещающих или реплицирующих первично неминерализованные части тела с сохранением их формы, а иногда даже цвета и некоторых химических особенностей. Органические полимеры тоже являются минеральными образованиями, причем их структура более правильная, чем у некоторых неорганических минералов. Во-вторых, большинство хорошо сохранившихся организмов погибли, а не умерли своей смертью, причем погибли внезапно — в ледяной или смоляной ловушке, в полноводной реке (динозавры из Хелл-Крик), под пеплопадом (Херефордшир и Чжэхоль), в серных эманациях (лягушки Арагона), горячем растворе кремнезема (риниевая флора) или в подводном мутьевом облаке (кембрийские ла-герштетты). По этой причине захоронение тел произошло достаточно быстро, а осадочный покров надежно защитил останки от хищников и падалеядов, в считанные дни полностью уничтожающих любые трупы. Сам такой осадок служил хорошим упаковочным материалом, хотя мелкие организмы нужно было погрузить в смолу или «пересыпать» мельчайшими частицами, а для гигантских динозавровых костей годился и хорошо промытый речной песок, благодаря которому органика, запрятанная в костях, оказывалась в двойной оболочке. Плотная упаковка предотвращала доступ кислорода и тем самым мешала гниению (окислению), но позволяла совершать свою работу различным анаэробным бактериальным сообществам, которые производили полимеризацию органических молекул и/или садку минералов, создающих слепки. Минералы тоже образовывались не любые, а на основе тех элементов, которые изначально содержатся в любом теле — сера и железо (пирит), фосфор и кальций (апатит), железо, магний, калий и натрий (глинистые минералы). Недостающие компоненты добирались из окружающей среды — морской воды и минеральных растворов, циркулирующих в осадке.
Палеонтологическая летопись не сводится к одним лишь минеральным скелетам. Важно выяснить правила, по которым она «написана», и, конечно, не забывать об исключениях из правил. Занимается этим поиском особая наука — тафономия, буквально «законы погребения» (от
Раннее промозглое утро. Шерлок Холмс и доктор Ватсон с трудом выбираются из Гримпенской трясины. Над болотом раздается душераздирающий вой. «Собака Баскервилей?» — в испуге вопрошает Ватсон. «Нет, — спокойно отвечает Холмс, вынимая изо рта трубку, — это сэру Чарлзу Баскервилю подали его овсянку к завтраку».
Тем, кто полагает, что подобная трактовка — не более чем ерничанье над произведением известного английского писателя в частности и над английскими традициями в целом, следует ознакомиться со следующим отрывком: «Но действительно ли наша пища была чрезмерно аскетичной? У нас была овсянка на завтрак, посоленная, без сахара; и молоко, чтобы запивать… Были тост и масло, но я никогда не получала на завтрак что-нибудь поострее, пока не попробовала бекон впервые в моей жизни… в почти десятилетнем возрасте. Правда, дважды в неделю нам в конце завтрака подавали один ломтик тоста, намазанный тонким слоем до крайности опасно роскошного
Рэйврэт была внучкой Чарлза Дарвина, а завтраки проходили вполне в традициях уходящей Викторианской эпохи. Однако этой традиции придерживались не все. Закрытые заведения, подобные кембриджским колледжам, имели достаточно средств, чтобы блюсти свои роскошные обеденные обычаи, сохранившиеся по сию пору. Тринити, Сент-Джонс и некоторые другие колледжи славны не только научными успехами, но и фирменными блюдами, недоступными обывателям.
Обычный день одного из простых кембриджских профессоров, аспирантов или студентов Сент-Джонса начинается с завтрака, который в 8 часов 30 минут предлагается в buttery
В 11 часов ровно — «кофе-брейк» в холле или особой комнате факультета. Кофе, как и по всей Северной Европе, — невозможный, поэтому лучше довольствоваться чаем и общением с новейшими выпусками научных и научно-популярных журналов, выставленных тут же на стеллажах, и с коллегами. Главная тема утренних английских бесед — планы на ближайший ланч и обед, если выбор блюд в колледже не устраивает. Самое время также позвонить в лобби колледжа и предупредить о собственном присутствии на ланче и обеде, а также об од-ном-двух гостях, если таковые намечаются. Количество ланчей и обедов в неделю, а также гостей определяется «обеденными привилегиями» в соответствии со званием и заслугами. Можно посещать эти церемонии и чаще, но уже за плату.
12 часов 30 минут. Ланч в колледже подается для профессорско-преподавательского состава в гостиной XVI века. За стол все садятся подряд по мере прибытия, в «рабочей» одежде. Приборы уже на месте. Остается отодвинуть ненужное, если нет желания получить полный набор из первого («сметанный суп из пастернака с тмином»), второго («курица в лимонном соусе») и десерта (фермерский йогурт или клубника со сливками), а также известить прислугу о своих особых предпочтениях. Полагается перекинуться хотя бы парой слов с соседями слева, справа и напротив, поблагодарить за переданный тост и масло, предложить воду из серебряного кувшина…
Однажды — дело было в середине 90-х — моей соседкой оказалась румяная дама плотного, полевого, сложения. Определив во мне неофита, она тут же обрушила на меня неожиданный поток информации о всевозможных одноклеточных существах, настолько непохожих на все остальное, что они давно заслужили выделения в отдельное царство протоктистов, наряду с царствами прокариот (бактерий), растений, животных и грибов. Услышав название «протоктисты» вместо привычного «протисты» (простейшие), я поинтересовался у собеседницы, не знакома ли она с Линн Маргелис или Маргалис, которая пустила в оборот этот термин?[1] (Я не знал, как правильно произносится эта фамилия.) «Маргулис, — поправила она, — это я». К тому времени ланч давно закончился, но согласно традициям колледжа, пока беседа не завершилась, никто пустого стола не покидал, а лишь бросал на нас недобрые, но понимающие взгляды.
Из монолога Маргулис мне особенно запомнился рассказ о каких-то слизевиках. Те то живут в виде свободно питающихся одноклеточных амеб, то сползаются в странном круговороте вместе и образуют либо подвижный плазмодий (то есть маленького, в пару миллиметров длиной, слизня), то нечто похожее на миниатюрный грибок…
Через несколько лет в начале неожиданно теплого сентября я сидел на крутом обрыве реки Юдомы, отделяющий Юго-Восточную Якутию от Хабаровского края, и разглядывал зеленоватые глинистые пласты: вся их поверхность была испещрена замысловатым узором, похожим на стопки тарелок, наваленные сумасшедшей судомойкой. Правда, «тарелки» были не более полусантиметра в диаметре и лежали на боку, так что виднелись одни ребра. Но длина «стопок» доходила до метра. Они извивались, сворачивались и чем-то напоминали следы роющих животных. Но следы никогда не пересекают друг друга (ведь там, где раз прополз, уже все съедено), не ветвятся (черви, разделившиеся и расползшиеся в разные стороны, бывают только в мультфильмах) и редко так сильно увеличиваются в диаметре. Так что это? Попадись мне нечто подобное в кембрийской толще, прошел бы мимо. Но кембрийские слои начинались в ста метрах выше пластов со следами, в ином измерении пространственно-временного континуума — через 10 миллионов лет. А в эдиакарском периоде, где я в тот момент пребывал, ко всему мало-мальски необычному следовало относиться с особым вниманием.
Эдиакарские следы
Потому, набив очередной вьючник образцами, мы с Андреем Юрьевичем Иванцовым — одним из самых известных теперь исследователей венд-эдиакарских организмов из Палеонтологического института РАН — погребли вниз по речке. К тому времени наш словарь уже обогатился словом «дефолт», выскочившим из реанимированного новыми батарейками допотопного транзистора «Сони» первого постсоветского завоза. На подобные полупустые коробочки «заботливые» хозяева новой жизни выменивали у местных охотников соболиные шкурки (10 за 1 приемник).
Мы прикинули, что если приналечь на весла, то прежде очередного повышения цен можно еще успеть вылететь из Усть-Маи или хотя бы напроситься на какое-нибудь судно, шедшее до Якутска. Там, думали мы, придется как-то зарабатывать на жизнь и авиабилеты. Навигация заканчивалась… 350 километров от устья Юдомы до впадения Маи в Алдан были пройдены менее чем за неделю. Алдан встретил мощным встречным ветром. Надувная лодка парусила в обратном направлении, а брод в этом месте мощной сибирской рекой уже не предусматривался. Справиться с неожиданным препятствием помог случай. Поздним вечером на наш костер выскочила лодка, по пути обломав на галечнике лопасти винта. Изрядно нагрузившиеся напитками местного разлива, рыболовы-охотники закусили нашими макаронами, поинтересовались, где палатки, и, удивленные отсутствием оных, захрапели у мерцающих углей, пообещав утром перебросить нас в поселок. Старший из них, кому мешали уснуть два ружья под головой, каждые четверть часа вскакивал и вопрошал: «А ты меня не убьешь?» Успокоился он только после того, как я пообещал это сделать. Поутру винт был заменен, чай распит, и нежданные гости начали прощаться. «А в Усть-Маю?» — поинтересовался я. «Мы же не туда». — «А обещали?» — «Обещали? Тогда поехали!»
Странные юдомские окаменелости на десять лет попали в долгий ящик. Вспомнились они, когда в Университете Сарагосы «следопыт»-палеонтолог Хосе Антонио Гамес Винтанед показывал мне свою эдиакарскую коллекцию. «А такие ты видел?», — спросил его я, извлекая на свет фотографии с якутскими находками. «Нет, — ответил он, — но что-то похожее из эдиакарских слоев описали китайцы». В китайской работе мы обнаружили научное название гаочжиашания
Надо сказать, что за десять — пятнадцать лет, прошедших с кембриджской встречи и юдомской экспедиции, в биологических, включая палеонтологию, дисциплинах произошла настоящая техническая революция. Приборы нового поколения и методы исследования, подобные конфокальной микроскопии, лазерному трехмерному сканированию высоко'го разрешения и цифровому картированию, позволяют заглянуть в самые потаенные места окаменелостей.
В этот период молекулярные биологи начали свою конкисту против постулатов классической сравнительной анатомии. Получилось, что членистоногие — совсем не родственники кольчатых червей, а вместе с приапу-лидами и круглыми червями составляют ветвь Ecdysozoa (экдисозои, или линяющие животные); а брахиоподы не занимают промежуточное положение между первично-и вторичноротыми, но вместе с кольчецами, моллюсками, мшанками и прочими щупальцевыми образуют другую большую ветвь беспозвоночных — Lophotrochozoa (лофотрохозои). Таких результатов в середине 90-х добились группы молекулярных биологов под руководством Кеннета Халаныча из Обурнского университета в Алабаме, Анны Марии Агинальдо из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) и Владимира Вениаминовича Алешина из Научно-исследовательского института физико-химической биологии при МГУ. Лишь Deuterostomia (вторично-ротые) остались незыблемым бастионом сравнительной анатомии, хотя и к ним примостилась некая
На первых порах казалось, что это фронда, а не революция. Но время шло, а странные образы не растаяли, а лишь обрели четкость. И теперь молекулярные деревья многоклеточных животных разделяются на ветви Porifera (шестилучевые, обыкновенные и известковые губки, а также Homoscleromorpha), Placozoa (трихоплакс), Cnidaria (кишечнополостные, включая миксозоа), Ctenophora (гребневики), Acoelomorpha (немертодерматиды и бескишечные турбеллярии, иногда вместе с
Здесь придется остановиться, чтобы пояснить: брахиоподы — это морские двустворчатые животные, которые питаются с помощью особого ловчего аппарата — лофо-фора. Обычно лофофор, или щупальценосец, имеет вид подковы, на которой сидят ресничные щупальца; реснички и гонят пищевые частицы, вылавливаемые из толщи воды, в рот. Кроме брахиопод, лофофор есть у мшанок, образующих сростки-колонии из известковых скелетиков (обрастая поверхность камней и водорослей, они действительно напоминают мох), а также у похожих на сидячих червячков форонид и недавно открытых микроскопических циклиофор. У моллюсков и кольчатых червей лофофора нет, а есть плавающая личинка с венчиком ресничек— трохофора. Когда молекулярные биологи объединили всех этих животных в одну группу, они подобрали им общее название по наиболее характерным признакам — лофотрохозои. С представителями лофотрохозой и других выше названных групп мы подробнее познакомимся по мере их появления в ископаемой летописи.
Молекулярные исследования коснулись и более тонких веточек родословного древа животных. Например, среди плацентарных млекопитающих неожиданно для зоологов Уильям Мерфи, Стивен О'Брайен и их коллеги из Лаборатории геномного разнообразия при Национальном институте по исследованию рака (Фредерик, Мэриленд) «создали» афротериев (хоботные, даманы, сирены, трубкозубы, тенреки, прыгунчики и златокроты), лавразиятериев (китопарнокопытные, непарнокопытные, хищные, ластоногие, панголины, летучие мыши и насекомоядные) и су-праприматов (грызуны, зайцеобразные, шерстокрылы, ту-пайи и собственно приматы). Из привычных объединений уцелели лишь неполнозубые: муравьеды, ленивцы и броненосцы. На ином уровне оказалось, что, скажем, американские львы — пумы — родственники не африканских львов, а… гепардов. (Как следует из названий, афротерии — это звери, которые появились в Африке, а лавразия-терии — в Лавразии, на материках Северного полушария.)
Как бы трудно ни было зоологам с этим мириться, идеи молекулярных биологов встретили неподдельный интерес и твердокаменные (в прямом смысле) подтверждения со стороны палеонтологов. Ископаемый гепард мирацино-никс
Именно успехи молекулярной биологии, задавшие новые параметры филогенетических деревьев, позволили найти правильное место среди Ecdysozoa, Lophotrochozoa и Deuterostomia и для ряда кембрийских групп (например, палеосколециды, ксенузии, аномалокаридиды) и понять, куда относятся неопознанные кембрийские объекты, представленные всевозможными мелкоразмерными ракушками. Всего десять — пятнадцать лет назад эти двадцать — тридцать крупных групп (томмотииды, халькие-рииды, хадимопанеллы и многие другие), казалось, никогда не найдут «своего» места среди многоклеточных животных.
Если же взять шире и посмотреть на самые толстые ветви дерева жизни, то окажется, что их стало больше. И «ветвятся» они совсем не в тех местах, где прежде. Вместо прокариот появились две равнозначные ветви: археи, или архебактерии, и собственно бактерии (эубактерии). Вместо привычного четырехчленного деления эукариотических (то есть тех, клетки которых содержат ядра) организмов на простейших (они же протоктисты), животных, растения и грибы вырисовалась на первый взгляд очень сложная схема из семи-восьми групп: экс-каваты (Excavata), дисцикристаты (Discicristata), страме-нопилы (Stramenopiles), альвеоляты (Alveolates), риза-рии (Rhizaria), виридипланты (Viridiplantae), амебозои (Amoebozoa) и опистоконты (Opisthokonta).
Конечно, новая система «всех и всего» во многом является результатом молекулярных исследований, но начинали ее разрабатывать на основе сравнительной морфологии клетки в 1980-е годы прошлого века с появлением нового поколения микроскопов, особенно сканирующих и трансмиссионных. Многое в этом направлении было сделано цитологами Львом Николаевичем Серавиным из Ленинградского государственного университета (ныне СПбГУ) и Кириллом Андреевичем Микрюковым с биологического факультета МГУ. Уже тогда было ясно, что различные классы простейших не являются единой группой (Protista, или Protoctista), а различаются между собой значительнее, чем, скажем, многоклеточные животные и грибы. Успехи молекулярной биологии подтвердили построения протистологов, а новые данные по ископаемым организмам, особенно протерозойского и архейского эонов, показали, что и наши представления о палеонтологической летописи Земли не противоречат новой картине мира.
Если опираться на свидетельства ископаемой летописи, то, не считая различных «растительных» остатков (всевозможные водоросли), в отложениях возрастом 1,7–0,55 миллиарда лет встречаются следы. Впрочем, многие докембрийские следы, которые считались неоспоримыми свидетельствами деятельности двусторонне-симметрич-ных многоклеточных животных, вероятно, к животным отношения не имеют.
Все эти образования во многом отличаются от следов двусторонне-симметричных животных: хаотичны, образуют замкнутые петли, раздваиваются, меняются по ширине на протяжении одного следа и могут оканчиваться цепочкой шаровидных стяжений. Минералогический и элементарный состав «шариков» и следов, переходящих друг в друга, одинаков. Пока эти необычные находки были ограниченны несколькими местонахождениями, понять, что это такое, было довольно трудно. Лишь обнаружение обильных гаочжиашаний на Юдоме отчасти прояснило природу подобных окаменелостей. Эти безразмерные (не имеющие ограничений по длине), вихляющие, петляющие и иногда ветвящиеся поперечно-полосатые ленты напоминают настоящие следы ползания. Но не следы многоклеточных животных, а следы, которые мог бы оставить… слизевик, организм, на разных стадиях своего жизненного цикла похожий то на гриб, то на червячка. Ведь именно он часто и случайным образом поворачивает, когда перемещается, петляет, и только он может разделиться и расползтись в разные стороны по ходу движения. И нечто напоминающее плодовые тела всегда рядом присутствует. Конечно, 550 миллионов лет — маловато для общего предка грибов и многоклеточных животных. Но нечто подобное, названное миксомитодес
Чем так привлекательны слизевики? Своими необычными особенностями. В 1868 году, вскоре после их открытия, естествоиспытатель Эрнст Геккель из Йенского университета уже посчитал их не растениями и не животными, а примитивными формами, еще не избравшими свой дальнейший путь развития: то ли перестать двигаться и окончательно превратиться в растение, то ли, наоборот, прекратить спороношение… Ныне зоологи именуют их Amoebozoa, или общественными амебами. По-русски они называются слизевиками из-за выделяемой ими слизи. Они не очень многочисленны, но играют немаловажную роль в наземной экосистеме как деструкторы, а также в хозяйственной деятельности человека, противостоя ей, насколько могут.
Есть у слизевиков еще одна удивительная способность: они разводят «огороды». «Приручение» — культивирование диких растений принято приписывать роду человеческому. Но другие организмы тоже оказались весьма опытными огородниками. Так, некоторые виды рыб-ласточек, обитающие среди коралловых рифов, выращивают съедобные культуры красных водорослей, тщательно пропалывая свои угодья от сорняков, сохраняя часть урожая на будущее и яростно оберегая его от чужаков. Как установили ихтиолог Хироки Хата и его коллеги из Университета Киото, без рыб эти водоросли выживают с трудом: конкуренты быстро обгоняют их в росте. Но рыбы-ласточки ухаживают за ними вовсе не из «альтруистических» побуждений, а потому, что неспособны переваривать более грубую пищу. Изощренные способы ведения сельского хозяйства термитами, жуками-короедами и особенно муравьями-листорезами, вот уже 60 с лишним миллионов лет умеющими применять гербициды и пестициды, ученым известны давно. «Сады» умеют возделывать даже улитки: литторария
В особых условиях, создаваемых диктиостелиевому слизевику учеными с помощью сенного отвара, куда для вкуса добавлена сенная палочка, весь цикл его развития занимает три-четыре дня. Потому такие слизевики стали излюбленным объектом для исследований общих проблем индивидуального развития, специализации клеток, становления межклеточной системы сигнального, генного регулирования и много чего еще. Итак, из спор выходят свободноживущие амебы, они питаются, поглощая бактерий и даже себе подобных, и делятся. Если же пищи недостает, они начинают выстраивать межклеточную сигнальную систему, основанную на синтезе, выделении и распознании молекул циклического аденозин-монофос-фата (цАМФ). Каждая клетка улавливает сигнал благодаря чувствительным компонентам, работающим словно нейроны зрительной коры у животных. Химический сигнал распространяется от отдельных клеток в виде спиральной трехмерной волны, и амебы устремляются в сторону источника, струясь спиральными ручейками. В месте схождения появляется полусфера с отчетливо выраженной верхушкой, порой состоящая из 105 амеб, не утративших клеточных мембран, и окруженная слизистой оболочкой из клетчатки и белка. Это и есть псевдоплазмодий. Всеми последующими преобразованиями псевдоплазмодия управляют, выделяя цАМФ, верхушечные клетки, потому названные «лидерами». От прочих клеток они отличаются только своим расположением в псевдоплазмодии и легко заменяются другими.
Как только верхушка сформировалась, псевдоплазмодий начинает вытягиваться вверх в виде тонкой трубочки. Наполняющие ее стерильные клетки называются престеб-левыми, поскольку из них впоследствии может получиться ножка плодового, похожего на гриб, тела. В основании трубочки скапливаются преспоровые клетки. Эти два типа клеток отличаются размером (и, конечно, генетическим содержимым). Далее слизевик выбирает один из двух путей развития: либо окончательно превратиться в плодовое тело, либо лечь и стать маленьким — до двух миллиметров длиной — «слизнем». В последнем случае он отправляется в путешествие, пока не доползет до нового участка, изобилующего пищей — растительной гнилью или навозом. Передвигаются клетки, скользя внутри своей слизистой оболочки по поверхности субстрата. Идут как бы каждая сама по себе, вытягивая ложноножки в направлении движения и подтягивая заднюю часть, но все вместе. Если становится слишком сухо, «слизень» вновь собирается в полусферу и прорастает спорофором.
Когда «слизень» ползет, клетки-лидеры занимают его передний кончик. Если такая клетка делится, расщепляется надвое и расползается в двух направлениях весь «слизень». Время от времени он останавливается и приподнимает переднюю часть, чтобы понять, где находится, воспринимая световые или химические сигналы. Потому его след приобретает рисунок в виде узких складок, обращенных выпуклой стороной в сторону движения. Как показали цитологи Джон Стернфелд и Райан О'Мара из Университета штата Нью-Йорк, общая картина перемещений довольно хаотична в сравнении со следами многоклеточных животных: слизевики петляют и то и дело «бессмысленно» поворачивают в разные стороны. Странные маневры связаны с тем, что хотя клетки двигаются координированно, но каждая «шагает» сама по себе. Нередко ускорившиеся клетки сталкивают лидера вбок, а потом, неукоснительно внимая его сигналам, меняют направление движения.
Самое удивительное, что подвижная «многоклеточная» стадия слизевика способна преодолевать физико-химические барьеры и даже перемещаться по открытому пространству, на что не решаются одиночные амебы. Более того, двигается клеточный агрегат быстрее, чем любая отдельно взятая клетка, и может «проходить» большие, чем они, расстояния. Не в этих ли удивительных способностях, отличающих многоклеточный организм от одноклеточного, кроется загадка происхождения многоклеточно-сти? Действительно, почему около 2 миллиардов лет назад появились многоклеточные? Чем плохо было оставаться одноклеточными? Да просто — далеко не уйдешь, а значит, рано или поздно умрешь от голода.
Не случайно, наверное, анализ молекулярных данных указывает на место слизевиков в основании «грибоживот-ной» ветви органического мира. Такое место на ветви филогенетического древа, ведущей к грибам и многоклеточным животным, отводил слизевикам еще до молекулярных исследований К. А. Микрюков, причем он опирался исключительно на строение цитоскелета, особенно на организацию жгутиков. А биохимики Шуета Саран из Университета Данди и Людвиг Аихингер из Кёльнского университета обнаружили у диктиостелиума разнообразные сигнальные молекулы, прежде считавшиеся присущими только многоклеточным животным, — сигнальные трансдукто-ры, аттракторы и активаторы, вызывающие слипание и специализацию клеток, которых может быть до пяти разных типов, гомеобоксные гены
Не совсем… Слизевики — существа наземные, а события, предшествовавшие появлению первых многоклеточных животных, развивались в морской среде. Ископаемые слизевики известны только в виде плодовых тел, совсем недавно (по геологическим меркам) попавших в янтарь: им всего-то 50 миллионов лет. Правда, все древнейшие грибы, которым не менее 720 миллионов лет (а возможно, и более миллиарда), были морскими существами. Они открыты палеонтологами Михаилом Борисовичем Бурзиным, работавшим в Палеонтологическом институте РАН, и Ником Баттерфилдом из Кембриджского университета. А сейчас практически все грибы живут на суше. Так почему бы и предкам слизевиков не быть морскими организмами? Тем более что другая ветвь Amoebozoa — ло-бозные амебы — существовала именно в морях не менее 800–700 миллионов лет назад и, как показала Сусанна Портер из Калифорнийского университета (Санта-Барбара), представлена в ископаемой летописи раковинками меланокирилла
В фосфоритах Венъян возрастом 630–620 миллионов лет в конце прошлого века палеонтологи нашли предполагаемые губки, кораллы, даже древнейшие эмбрионы и двусторонне-симметричное животное — вернанималькуля
Непросто оказалось все и с фосфатизированными эмбрионами — так были названы сферические микрофосси-лии (в среднем 300–650 микронов в поперечнике) с отчетливым полигональным орнаментом на поверхности, состоящие из еще более мелких сфер. Однако внешне так могли бы выглядеть и цисты (формы существования некоторых организмов с плотной оболочкой, приспособленные для выживания в неблагоприятных условиях) одноклеточных, и водоросли, и гигантские серные бактерии, и даже естественные стяжения фосфатного минерала. Изучение минералогии этих микрофоссилий и распределения в них химических элементов, проведенное группой палеонтолога Джона Каннингэма из Бристольского университета, показало, что некое подобие клеточных слоев является результатом посмертных преобразований минерального вещества, что исключает принадлежность этих ископаемых к сложным эмбрионам.
С другой стороны, Инь Цзончжунь и его коллеги из Нанкинского института геологии и палеонтологии пришли к выводу, что неправильно-эллипсоидные 32-клеточ-ные формы напоминают эмбрионы со следами дробления на микромеры, сосредоточенные у одного полюса, и макромеры, цепочкой расположенные у противоположного полюса, ближе к «брюшной» стороне. В эмбрионах дву-сторонне-симметричных животных такая цепочка предшествует закладке кишечника, тогда как микромеры дают начало покровным клеткам. Правда, располагая миллионами фосфатизированных микрофоссилий, среди них можно найти объекты любой формы и сложности, так же как на обширном галечном пляже отыскать камушек, удивительно похожий, скажем, на куриную кость. Так что пока можно лишь говорить, что фосфориты Доушаньтуо свидетельствуют о существовании в начале эдиакарского периода многоклеточных водорослей (но они появились раньше) и каких-то многоклеточных организмов, напоминавших эмбрионы на ранней стадии дробления.
Изучение этих шариков нужно продолжать, ведь фосфориты того же возраста с мириадами микроока-менелостей встречаются в других провинциях Китая и в Монголии. Сколько же эмбрионов, если это действительно эмбрионы, появилось на свет и что их внезапно погубило (иначе бы они не окаменели)? «Пока мы можем ответить только на один вопрос, и то приблизительно, — говорит геохимик из Нанкинского института Жу Маоянь. — Эмбрионы мог погубить подъем глубинных бескислородных водных масс на мелководье, где плодились организмы, или вспышка гидротермальной активности. И то, и другое событие привело бы к хорошей их консервации».
Итак, мы знаем, что в протерозойских, даже в самых молодых из них — эдиакарских, — отложениях нет достоверных остатков многоклеточных животных. Что же тогда постоянно описывают из эдиакарских слоев под этим именем?
Вендобионтами палеонтолог Адольф Зейлахер, работавший в Геологическом институте Тюбингена, назвал крупные (до метра длиной или высотой) эдиакарские ископаемые формы, состоящие из сегментоподобных единиц — фрондлетов, которые, в отличие от настоящих сегментов, располагаются вдоль любой оси организма асимметрично и создают рельефную поверхность, напоминающую стеганое одеяло. Прежде эти ископаемые были распределены учеными среди медуз
Согласно радиометрическим датировкам, вендобионты встречаются в отложениях возрастом 579–542 миллиона лет. Академик Михаил Александрович Федонкин, ныне возглавляющий Геологический институт РАН, был первым, кто обратил внимание на то, что многие из них имеют сходный тип членения — симметрию скользящего отражения: с полушаговым смещением условно левых фрондлетов относительно правых вдоль оси тела. Такая симметрия не характерна для каких-либо многоклеточных животных. «Скособоченные» отпечатки часто и принимаются за древнейших червей и членистоногих. Помимо особого типа симметрии сходство всех вендобинтов между собой и их разница с многоклеточными животными выражается в отсутствии ротового и анального отверстий, кишечника, каких-либо щупалец или конечностей, а также в неограниченном, неизометричном росте с асимметричным заложением новых фрондлетов на одном или обоих концах тела. Кроме того, вендобионты часто и в большом числе великолепно сохранялись в грубозернистых песчаниках, не утрачивая ни малейшей детали строения, что совершенно невозможно даже для захоронений организмов с минеральным скелетом; и чем грубее осадок, тем рельефнее вендобионты выглядят. Если подобные формы попадали в тонкозернистый осадок, то у них на поверхности оставалась жесткая органическая пленка, как у грибов или водорослей, присутствующих в тех же слоях.
Но главное отличие вендобионтов от животных проявляется во внутреннем строении — в наличии пронизывающей все тело системы трубчатых камер квадратного сечения (длина которых на один-два порядка превышает размер их поперечника) или расположенных в одной плоскости тонких раздваивающихся каналов. Эта система хорошо просматривается на изображениях вендобионтов, полученных палеонтологами Мартином Брэзие и Джонатаном Антклиффом из Оксфордского университета с помощью лазерного сканирования высокого разрешения и цифрового картирования; она и придает поверхности этих существ вид стеганого одеяла. Обе системы — закрытого типа, то есть не имеют связи с окружающей средой через какие-либо поры. Трубчатые камеры по всей длине соприкасаются своими стенками. Каналы равномерно заполняют все тело, включая «головной отдел» у так называемых эдиакарских членистых животных; по мере приближения к поверхности раздваиваются от трех до пяти раз, постоянно уменьшаясь в диаметре, и создают картину, напоминающую фрактальный орнамент на гравюрах Морица Эшера из серии «Бесконечность: правильное членение плоскости».
Все это свидетельствует об обособленном положении вендобионтов среди многоклеточных форм — о том, что они не имеют прямого отношения к происхождению многоклеточных животных. В свою очередь, распространение вендобионтов в глубины океана, куда не доходят солнечные лучи, или способность жить под поверхностью осадка исключают их принадлежность к водорослям. Равно не имели они прямого отношения и к грибам или лишайникам, с которыми их иногда сравнивают. Напоминающая фракталы сплошная система каналов разного сечения и тем более трубчатых камер, характерная для вендобионтов, не имеет ничего общего с цилиндрическими гифами грибов, которые при сопоставимой протяженности подразделяются септами. Эта разветвленная система каналов/камер позволяла вендобионтам, используя разницу давлений снаружи тела и внутри тонкого канала, всасывать растворенное органическое вещество. Именно система каналов/камер и фрондлетов, за счет увеличения которой происходил рост этих организмов, позволяла вендобионтам сохранять относительно высокое соотношение площади тела и его объема.
Эдиакарские вендобионты, 579–542 миллиона лет (размер 3-30 сантиметров):
Всасывали органическое вещество, вероятно, и вен-добионты, лежавшие на поверхности дна, и те, которые жили под поверхностью, прорастая сквозь грунт или даже сквозь соседние (уже отмершие?) особи, что выяснили Дмитрий Владимирович Гражданкин из Института нефтегазовой геологии и геофизики в Новосибирске и Адольф Зейлахер. Следы вендобионтов, обнаруженные Андреем Юрьевичем Иванцовым, — это именно следы всасывания, на которых просматриваются отпечатки все тех же разветвленных каналов. Они могли появиться лишь в том случае, если организм очень плотно всей поверхностью присосался к грунту. Необычное, дискретное, перемещение вендобионтов на расстояние, не превышающие треть их длины, так же как некоторое сокращение поверхности тоже могли осуществляться за счет системы каналов. Изменение осмотического давления позволило бы и сократить площадь поверхности, и оторвать от грунта организм; для его дальнейшего смещения, учитывая значительную площадь при малом объеме, было достаточно даже небольшого течения или волнения. Сейчас похожий механизм используют хищные грибы, способные благодаря изменению осмотического давления в гифах быстро — всего за 0,1 секунды — вобрать в клетки дополнительную воду и, увеличив их объем, поймать и обездвижить круглого червя или тихоходку. Сигналом к действию гриба служит изменение соотношения некоторых элементов, например углерода к азоту, во внешней среде.
Содержание растворенного, коллоидного и взвешенного органического вещества в эдиакарском океане в два-три раза превышало нынешний уровень, что определяется по соотношению изотопов церия, азота и органического углерода. Не случайно для эдиакарских отложений характерны и другие гиганты-осмотрофы: колонии бактерий, грибы. В современном океане самые крупные осмотро-фы — мегабактерии — сосредоточены в зонах апвеллин-га, то есть в условиях постоянного притока питательных веществ. И вендобионты появились, как таковые, именно в зоне контурных течений и апвеллинга приполярных морей. Так в условиях повышенного содержания в океане органического вещества, при частых падениях уровня кислорода и без помех со стороны биотурбаторов (организмов, перерабатывающих осадок) и хищников они и существовали. Оскудение океана органической взвесью и резкое усиление давления хищников и биотурбаторов привели к полному исчезновению вендобионтов на рубеже эдиа-карского и кембрийского периодов.
Но если вендобионты не были многоклеточными животными или грибами, то кто они такие? Вендобионты вполне могли иметь жизненный цикл, подобный жизненному циклу слизевиков. Ископаемых вендобионтов, собранных в одном и том же местонахождении — формация Трепасси на юго-востоке Ньюфаундленда, Мартин Брэзие и Джонатан Антклифф смогли расположить в виде замкнутого цикла одного и того же организма, представленного разными по образу жизни и размеру, но одинаковыми в деталях строения формами. Веретеновидный фракто-фуз
Таким образом, можно предположить, что вендобионты могут представлять, не будучи ни грибами, ни животными, вымершую промежуточную ветвь опистоконтов (заднежгутиковых организмов) — группы, объединяющей организмы, которые хоть на какой-то стадии развития имеют один жгутик, торчащий позади одноклеточного тельца (например, человек на стадии сперматозоида). К заднежгутиковым принадлежат многоклеточные животные, воротничковые жгутиконосцы, грибы, а также ряд одноклеточных существ, считавшихся раньше паразитическим грибками (по образу жизни они, в общем, таковыми и являются): апусозои, ихтиоспоридии и фила-стерии.
Каковы бы ни были успехи современной палеонтологии, вряд ли нам удастся узнать когда-нибудь то, каким комплексом генов обладали вендобионты, но предположить кое-что можно.
Важнейшие белки, необходимые для сборки самых сложно устроенных многоклеточных животных, вплоть до человека, а также гены, отвечающие за их синтез, возникли у древних одноклеточных существ. Это установили молекулярные биологи из Института эволюционной биологии и Каталонского института инновационных исследований в Барселоне под руководством Иньяки Руиса-Трийо, изучающие воротничковых жгутиконосцев, ихтиоспори-дий, филастерий и некоторых других одноклеточных опи-стоконтов. «У наших далеких одноклеточных родственников, — рассказывает Руис-Трийо, — обнаружены белки, которые у многоклеточных животных играют важнейшую роль в развитии зародыша, формировании и росте клеточных тканей, отмирании клеток. Такие белки особенно активно вырабатываются при образовании колоний, для чего требуется синхронизация процессов в отдельных клетках». Поскольку у всех нас около миллиарда лет назад были общие предки, изучение этих простейших помогает понять, как и зачем появился генный комплекс, превращающий нас в многоклеточных.
Комплекс ключевых генов многоклеточных животных, стимулирующих и подавляющих транскрипцию, то есть считывание информации с ДНК, а также гены, производящие сигнальные вещества (нейропетиды), есть у воротничковых жгутиконосцев, апусозой, ихтиоспоридий и филастерий. За исключением апусозой все эти организмы являются одноклеточными заднежгутиковыми, способными образовывать колонии. Молекулярные биологи помещают их в основание древа многоклеточных животных. Апусозои, возможно, представляют собой потомков исходной для всех «заднежгутиковых» группы и занимают промежуточное положение между этими организмами и амебозоями (слизевиками), у которых кое-что из генного комплекса многоклеточных животных уже было. Получается, генетический аппарат многоклеточных животных совершенствовался независимо от апусозой и, вероятно, задолго до их возникновения.
Современная колония ихтиоспоридия
Так что к концу эдиакарского периода все необходимое многоклеточным животным на молекулярном уровне уже сложилось. По дну эдиакарского моря ползал некто, оставлявший два параллельных ряда ямок или царапин, и, так как между этими рядами отсутствует след волочения тела, можно предполагать, что по осадку двигался организм с конечностями. Чтобы получить из условного слизевика — подвижного скопления амеб, действующего по единой программе, — настоящий многоклеточный организм, следовало генетические механизмы, включающиеся на стадии образования плодового тела, «заставить» работать на стадии питания и движения. Такое совмещение двух жизненных стадий положило бы начало сборке в единое целое генома многоклеточного животного на основе сохранения генетических регуляторов, имеющихся в клетках разного типа. У одноклеточных заднежгути-ковых и слизевиков эти регуляторы включается как раз во время образования колоний. С этого и начался каскад генных преобразований, ведущий к развитию многоклеточности. И если животные — это возможные потомки организма, напоминающего мигрирующего слизевика, то грибы — потомки того же организма, но на его плодовой стадии.
В общем, можно сказать, что эволюция многоклеточных животных началась полтора миллиарда лет назад, когда по дну океана поползли грибы…
Необычные открытия поджидают везде, даже в такой, казалось бы, истоптанной ногами палеонтологов земле, как Испания: там проходят практику студенты Германии, Англии, США и копается несметное число любителей. Благо полевые работы здесь — не то что в Сибири, куда только добираться надо несколько суток, а затем несколько недель или месяцев пребывать в автономном плавании (мобильник далеко не везде ловит, а раньше такого аппарата и просто не было).
В девять часов утра мы с Хосе Антонио Гамесом Винтанедом неспешно отъезжаем от дверей Университета Сарагосы в южном направлении и уже в одиннадцать с небольшим оказываемся среди красных приплюснутых холмов долины реки Эбро с еще не ожившими в конце марта коряжками виноградников, но с вполне бодрыми хозяевами многочисленных винных хозяйств Кариньены, Панисы и других мест, чьи произведения по вкусу совсем не уступают знаменитым винам Риохи. Но все это — не сейчас. Наша цель — ущелье реки Грио в Иберийских горах. Грио — небольшой ручеек по нашим понятиям, который, однако, разделяет два совершенно разных в геологическом отношении блока, некогда ведших самостоятельную жизнь различных микроконтинентов. По правому северному борту речки протягивается иссиня-черная узкая полоска морских известняков. Они считаются единственными в Иберийских горах протерозойскими известняками, поскольку какие-либо органические остатки в них не найдены. Десять минут уходит на рекогносцировку — любование цветущим миндалем, вишней, фиалками и собственно поверхностью пород.
Древнейшие кембрийские скелетные ископаемые, в основном представители Lophotrochozoa (средняя длина 1,5 миллиметра); Иберийские горы, Арагон, Испания; 540 миллионов лет. Университет Сарагосы
С возрастом зрение не улучшается, но именно нажитые способности позволяют высмотреть в темной глыбе известняка 3-миллиметровые трубочки-раковины. Древнейшая на всю провинцию Арагон ископаемая фауна найдена, но чтобы извлечь ее, приходится около часа поработать кувалдой, аккуратно, стараясь не потерять драгоценные находки. Позже под микроскопом удается разглядеть, что эти трубочки покрыты пластинчатым орнаментом, в котором угадываются очертания плоских шестигранных кристаллитов. Так выглядит ископаемый перламутр. Значит, возраст этих пород не старше 540 миллионов лет, и это уже не докембрийские, а кембрийские слои. Однако, учитывая их положение — намного ниже слоев с первыми трилобитами и даже с первыми сложными ископаемыми следами, — они весьма древние. Самое начало кембрийского периода. Кто жил в трубочках? Перламутр, или очень похожая на него микроструктура раковины, — это признак лофотрохозой. То есть сидел в ней кто-то похожий на моллюска, брахиоподу, мшанку или их общего предка…
После обеда карабкаемся на гору, возвышающуюся над городком Муреро. На склонах в морских отложениях среднекембрийской эпохи, образовавшихся около 500 миллионов лет назад, сохранились остатки животных, которые обычно распадаются на мельчайшие, трудно поддающиеся определению частицы или исчезают без следа. Здесь же среди многочисленных панцирей трилобитов сначала попадается несколько расплющенных толстых (в сантиметр) поперечно-полосатых червей, свернувшихся колечком, затем передняя часть еще более толстого (почти 2 сантиметра) и тоже «полосатого» организма с вытянутым хоботком и короткими когтистыми толстенькими лапками. (Позднее мы с Хосе Антонио назовем его
Разысканные в Иберийских горах «персонажи» вполне бы могли вписаться в сюжеты «Капричос» Гойи или появиться в кадрах «Андалузского пса» Луиса Бунюэля — уроженцев здешних мест. Ну как подобное толстое создание с хоботом могло передвигаться на своих несуразных культяпках с коготками на самых кончиках, растопыренных в разные стороны? Его несколько более древние североевропейские и китайские родственники, названные ксенузиями (родовое название одного из таких существ—
Кембрийские Ecdysozoa, 530–500 миллионов лет (длина 3-30 сантиметров): а) палеосколецидный червь, (б — е) ксенузии: б)
В главе о мумиях уже говорилось, что Чарлз Уолкотт, открывший подобные окаменелости в сланце Бёрджесс, расписал их по кольчатым червям и членистоногим. В конце 1970-х годов пришло понимание, что предполагаемые кембрийские кольчецы и членистоногие никак не вписываются в классические представления сравнительной анатомии. Их стали выделять, иногда всего по нескольким экземплярам, в отдельные, давно и полностью вымершие типы. Особенно отстаивал эту позицию создатель теории прерывистого равновесия палеонтолог Стивен Гулд из Гарвардского университета. Он предполагал, что ископаемые формы, подобные опабинии
Да, аномалокаридида опабинию, ксенузий галлюци-гению и мурероподию и палеосколецидных червячков из нашего четвертичного далека не так-то просто понять. Поэтому заявлять об их близком родстве в середине 1990-х годов отважились немногие палеонтологи, включая автора этой книги. Получалось, что эти древнейшие кольчатые животные совсем не кольчецы, а, страшно подумать (для зоологов, изучающих современную фауну), — линяющие животные. Экдисозои, одним словом.
Палеосколециды и ксенузии в Муреро, так же как и в остальных кембрийских и ордовикских лагерштеттах, сохранили очень похожие шкурки — кутикулы. У современных Ecdysozoa (членистоногие, онихофоры, тихоходки, круглые и головохоботные черви) кутикула состоит из слоистой эпикутикулы, которую выделяют микроворсинки покровных клеток, белковой экзокутикулы и эндо-кутикулы, построенной из а-хитиновых волокон, собранных в спирально расположенные пластины. Хитин — это полисахарид с кристаллической структурой, а хитиновые волокна являются органическим скелетом, придающим прочность определенным органам или клеткам.
Полная смена кутикулы — линька — происходит хотя бы раз в течение жизни под действием стероидных гормонов — экдизонов. Как рост кутикулы, так и линька вызываются одной и той же группой генов гормон-рецепторного комплекса —
Кембрийский палеосколецидный червь
Благодаря фосфатизации тонкое строение кутикулы экдисозоиного типа известно у палеосколецид и ксенузии. Коллагеновые волокна, конечно, не сохранились, но остались желобки, закономерно — в виде ромбовидного узора — расположенные на нижней поверхности кутикулы; в желобках эти волокна протягивались при жизни.
Кроме мощной слоистой кутикулы был у многих кембрийских линяющих животных еще один общий признак— радиально-симметричный головной хоботок. Причем не только у головохоботных червей, которым его по определению иметь должно, но также у ксенузий и аномало-каридид, считающихся хотя бы отчасти членистоногими и даже предками всех членистоногих. Такой хоботок представлял собой важнейший орган, который кроме нервного центра включал систему управляющих им мускулов и снаружи был опоясан несколькими рядами скалид, использовавшимися, как органы чувств — для поиска и захвата пищи. Также они служили для передвижения, когда ползущий в грунте червяк продавливал ход, нагнетая в хоботок жидкость, а затем вцеплялся скалидами в стенки хода и подтягивал вперед туловище. Известны и норки кембрийских головохоботных, в которых запечатаны остатки самих червей: это простые U-образные ходы или слепые «мешки», похожие на те, в которых затаиваются современные приапулиды, чтобы, резко выбросив оттуда хоботок, с поверхности грунта зацепить крючьями-скалидами ничего не подозревающую жертву.
Современная тихоходка
Хотя бы на личиночной стадии вворачивающийся хоботок присутствует у приапулид, лорицифер, киноринх и волосатиков, которых Владимир Васильевич Малахов с биологического факультета МГУ и объединил в тип головохоботных червей (Cephalorhyncha). Ротовой аппарат тихоходок, как показали зоологи Анн Рут Дьюэл из Государственного университета Аппалачей и Йетте Эйбюе-Якобсен из Копенгагенского университета, состоит из выступающего втяжного ротового конуса, окруженного кольцом пластин. Такой орган напоминает ротовой конус киноринх, ведущий в трехгранную глотку со стилетами. Кстати, у аномалокаридид тоже был трехлучевой ротовой конус. Так что кембрийских экдисозой и многих их потомков вполне можно было бы именовать «хоботными», если бы это название не закрепили за небольшой группой млекопитающих…
Единственное отличие двух важных групп кембрийских экдисозой — палеосколецид и ксенузий — заключается в том, что у последних есть втяжные, телескопические конечности. Стандартное представление об эволюции предписывает считать головохоботных червей «без ножек» предками «червяков» с ножками. Однако эта версия кажется сомнительной. Перемещение с помощью втягивающегося хобота в толще грунта — это совсем не то же самое, что ползание за счет червевидных изгибов по его поверхности. В первом случае требуется жесткая кутикула, которая помогает червяку заякориться в норке, пока жидкость гидравлически нагнетается из его хвостового конца в хоботок. Потому мы и видим у палеосколецид множественные поперечные ряды кутикулярных пластинок, каждая из которых похожа на микроскопический якорь. Во втором случае такая шкура лишь мешает, да и система мускулов нужна несколько иная. А вот представить, что ходившие по дну кембрийских морей ксенузии стали рыть норки и, устроившись в них, со временем конечности утратили, допустимо. Да и представлять даже не нужно: именно это мы в ископаемой летописи и наблюдаем, поскольку среди ксенузий есть формы с втяжными хоботками, как у головохоботных червей, и конечностями, явно непригодными для передвижения по поверхности грунта, но подходящими для заякоривания в норках, например наша «упитанная» мурероподия. Если опустить ее на дно, она уподобилась бы мультяшному коту из «Возвращения блудного попугая»: болтала бы беспомощно лапками не в силах найти себе опору. А фацивермис
Но приапулиды и другие головохоботные черви — не единственные потомки ксенузий. Данные эмбриолога Георга Майера и его группы из Свободного университета Берлина по развитию онихофор показывают, что личиночное ротовое отверстие закладывается у этих животных в передней части головы, антенны и челюсти формируются из зачатков ходных конечностей, и челюсти отвечают коготкам на этих конечностях; также из зачаточных ходных конечностей образуются паутинные сосочки, что выявляется по присутствию не выраженного на взрослой стадии зачатка выделительных каналов. В основании антенн и челюстей такие зачатки лишены наружных отверстий, хотя и сохраняют ресничную выстилку (биение ресничек обеспечивает нужды или нужду настоящих выделительных каналов), а в паре слюнных сосочков они преобразованы в железы. Мысленно повернув процесс развития онихофоры вспять, получаем предковую форму в виде чер-веподобного организма с однотипными парными втяжными ходными конечностями и хоботком, на конце которого находится ротовое отверстие. На что это похоже? На кембрийскую ксенузию.
Тихоходки, возможно, также являются потомками ксе-нузий, но сильно уменьшившимися и упростившимися, чтобы приспособиться к жизни в микросреде. Расселились тихоходки от тихоокеанских глубин до гималайских высот, от тропических морей до арктической тундры. Некоторые из этих мелких, около миллиметра длиной, существ, неспешно ползающих по морским водорослям, похожи на белых медвежат с черными глазками или пещерных шестипалых из сказок Александра Мелентьевича Волкова. В «пещерах» тихоходки тоже проживают, но в соответствующих их размерам — между песчинками морского дна. Устроены они так, что легко проползают по микроскопическим проходам. Четыре пары лапок (последняя вытянута вдоль тела) имеют телескопическое строение: вобрал передние ножки, потом средние, затем задние и, как червячок, протиснулся сквозь узкое место. Пока одна часть тела червиво извивается, другая — упирается острыми коготками на кончиках ножек. Сверху тело защищено жестким панцирем. Во рту — стилеты, которыми можно проколоть оболочку водоросли или червя, чтобы высосать содержимое. Стилеты тихоходок являются не чем иным, как итогом превращения передних ходных конечностей во внутренний орган, благодаря чему трехлучевой ротовой аппарат приобрел двустороннюю симметрию. Преобразование мускульной системы из единого комплекса продольных и поперечных мускулов в сериально расположенные пучки, связывающие конечности с покровными пластинками, наблюдается уже у кембрийских ксенузий хадранакса и памбделурия
Еще одной группой, связанной происхождением с ксе-нузиями, являются аномалокаридиды — самые крупные обитатели кембрийских морей наряду с головохоботны-ми червями: до метра длиной. У них были хоботок с ра-диально расположенными зубными пластинами; предро-товая пара членистых или телескопических хватательных конечностей, как у некоторых ксенузий; крупные сложные глаза (до пяти штук), по своему строению сходные со зрительными органами наиболее продвинутых членистоногих; головной щит; туловищный отдел с плавательными лопастями несущими, возможно, дыхательные придатки; хвостовой отдел и сквозной кишечный тракт с сериально расположенными, парными пищеварительными железами. Все это выяснили Гарри Уиттингтон и Дирек Бриггс из Кембриджского университета. Аномалокаридид с пред-ротовыми конечностями можно считать потомками ксенузий, перешедших к активному хищничеству в толще воды. Некоторые из них
Трехмерная реконструкция кембрийского членистоногого
Кроме предротовых, не всегда членистых, конечностей и сложных глаз, других явных признаков членистоногих у аномалокаридид нет. Вообще различные виды аномалокаридид и ксенузий отличались мозаичным сочетанием признаков. Например, ксенузия диания
Дно кембрийских морей буквально вымощено остатками линяющих животных: шкурки составляют 70 процентов кембрийских ископаемых как по разнообразию и числу индивидов, так и по биообъему, благодаря чему ранняя эволюция экдисозой представлена наиболее полно. Столь обильные организмы не могли не сыграть важной роли в развитии всей биосферы. И понятие артроподизации океана, удачно использованное энтомологом Александром Георгиевичем Пономаренко из Палеонтологического института РАН, как нельзя лучше объясняет основные события, случившиеся в кембрийском периоде: именно членистые животные вместе со своими червеподобными родственниками — благодаря био-турбации (переработке осадка), организации пеллетного конвейера (упаковка мелких нетонущих частиц испражнений морских беспозвоночных в крупные оседающие на дно комки-пеллеты) и созданию многоступенчатой пищевой пирамиды с хищниками нескольких порядков — провентилировали бескислородный океан, окончательно сделав его пригодным для жизни во всем ее многообразии.
И если переходные формы между различными экдисо-зоями в ископаемой летописи встречаются в изобилии, то какие-либо формы, которые можно было бы назвать промежуточными между кольчатыми червями и членистоногими, в слоях земных отсутствуют полностью. Получается, что потомками кембрийских ксенузий являются, с одной стороны, общественные насекомые, например обладающие сложным мозгом пчелы, способные запоминать и узнавать даже лица людей, с другой — круглые глисты, вроде аскариды, у которых под внешней оболочкой (кутикулой) не осталось почти ничего, кроме кишечника и половых органов. И ведь не скажешь, что они плохо живут: вместе со своим хозяином — человеком — распространились по всему свету. Подлинные любители человеческого тепла… Паразиты как вершина эволюции.
Кольчатые черви, долгое время считавшиеся несомненными предками членистоногих, поскольку они членистые, передвигаются с помощью двуветвистых конечностей (параподий) и имеют обособленный головной отдел, в кембрийских слоях тоже встречаются — в виде отпечатков покровов, конечно. Но в тысячи раз реже, чем го-ловохоботные. Представлены они исключительно остатками подвижных многощетинковых червей. Причем ни один из кембрийских кольчецов по совокупности признаков не вписывается в какую-либо современную группу: у них отсутствуют антенны, опорные щетинки, спинные и брюшные усики, а щупики устроены очень просто. Сколекодонты — ископаемые челюсти многощетинковых червей — появляются только в ордовикских отложениях, а достоверные сидячие трубчатые кольчецы — в мезозойскую эру.
Ископаемая летопись древних кольчецов служит хорошей иллюстрацией идеи зоолога Вильфрида Вестхайде из Университета Оснабрюкка о происхождении щетинок как покровных защитных элементов у подвижных форм, ползавших по поверхности осадка: именно такими — «ощетинившимися» — мы видим первых кольчецов, например канадию
Кембрийские (а — г) и ордовикский (
Кембрийские многостворчатые формы — халькиерии-ды (Halkieriidae) — представляют наибольший интерес с точки зрения происхождения моллюсков. Сложный покровный скелет этих существ, или склеритом, развитый на спинной и боковой сторонах, состоит из многочисленных известковых и/или органических склеритов и спикул различной формы и одной-двух раковин на переднем и заднем концах тела, напоминающих раковины брахиопод или моноплакофор. Палеонтологи Саймон Конвей Моррис из Кембриджского и Джон Пил из Упсальского университетов, сравнивая крупные торцевые раковины с таковыми брахиопод, а прочие склериты — с элитрами и щетинками кольчатых червей, рассматривают халькиериид как исходную группу для Lophotrochozoa в целом. Напротив, зоологи Амели Шелтема из Океанографического института в Вудс-Холе и Дмитрий Люмбергович Иванов из Зоологического музея МГУ, опираясь на данные по строению склеритов — наличие сложной системы каналов, связывающих внутреннюю полость склерита с его поверхностью, а также ротового аппарата, напоминающего радулу, — считают их несомненными моллюсками, предшественниками хитонов и беспанцирных моллюсков — аплакофор. Интересно, что даже в самых жестких элементах склери-тома, если полностью растворить их минеральную составляющую, просматриваются капилляры — такие же, как в щетинках одновозрастных кольчатых червей, например канадий.
Еще больше усложняют (но, может быть, и проясняют) ситуацию ханцеллорииды (Chancelloriida), склериты которых обычно собраны в розетки с одним полым центральным шипом и тремя периферическими. Микроструктура этих склеритов и общий план строения неотличимы от таковой халькиериид, но образовывали они совершенно иную конструкцию — полусферический или узкоконический склеритом с открытой вверх полостью. Из-за этого ханцеллориид долгое время считали губками: ведь нижним концом такой организм закреплялся на грунте.
Если самые древние моллюски, за исключением ханцеллориид, и кольчатые черви были представлены исключительно подвижными формами, иная картина наблюдается среди древнейших щупальцевых, или лофофорат. Кембрийские щупальцевые различаются числом створок: от двух, как у брахиопод до тридцати и более, как у пате-римитры и эксцентротеки
Томмотииды были открыты Владимиром Владимировичем Миссаржевским из Геолотического института РАН на реке Алдане и получили название по самому крупному тамошнему поселку — Томмот. У эксцентротеки — одной из древнейших томмотиид — фосфатные пористые раковинки были двух типов: неправильной колпачковидной и уплощенной форм. Эти склериты, как установили палеонтолог Кристиан Сковстед и его коллеги из Упсальского университета, располагаясь по спирали, образовывали узкоконический, расширяющийся вверх, наружный скелет 4-миллиметровой высоты, открытый сверху и снизу. Склеритом патеримитры в общих чертах был устроен, как у эксцентротеки, но со склеритами трех типов, два из которых напоминали раковины брахиопод. Сходство с последними усугубляется тождеством микроструктуры раковин и наличием пор с отпечатками щетинок (благодаря фосфатизации иногда сохраняются и сами щетинки). Эти особенности позволяют рассматривать томмотиид как исходную для брахиопод группу. Особенно интересны как переходные формы двустворчатая томмотиида микрина
Интересно, что две группы томмотиид, представленные единственным родом каждая — каменелла
Если бы не кембрийские ископаемые, представить, как выглядели общие предки брахиопод, мшанок, моллюсков и кольчатых червей, было бы исключительно сложно. Молекулярная биология на этот вопрос ответить не в состоянии, а современные лофотрохозои практически не сохранили общих для этой группы признаков. К важнейшим из них, как считают эмбриолог Стефани Глайн и ее коллеги из Калифорнийского университета (Беркли), следует отнести спиральный тип дробления зародыша и плавающую в водной толще личинку — трохофору с предротовым венчиком ресничек, ресничным султаном и теменной пластинкой, которая при превращении личинки во взрослый организм погружается под покровы и образует головной мозг. Спиральный тип дробления установлен у кольчатых червей, сипункулид, эхиурид, мизостомид, камптозой, фо-ронид, немертин и моллюсков, а похожие личинки есть у кольчатых червей, сипункулид, эхиурид, мизостомид, камптозой, форонид, мшанок, циклиофор и моллюсков; правда, у немертин и брахиопод трохофора очень упрощенная, а у головоногих моллюсков и поясковых червей она считается утраченной. Общей чертой Lophotrochozoa, распознаваемой в ископаемой летописи, следует считать скелетные микроструктуры (моллюски, мшанки, брахио-поды, кольчатые черви, возможные ископаемые форони-ды) и хитиновые β- или γ-хитин) щетинки, выделяемые в мешковидных впячиваниях кутикулы крупными покровными клетками с микроворсинками, следы которых остаются в виде капилляров.
Третьей по разнообразию, но особенно важной для всех нас группой двусторонне-симметричных организмов в кембрийских отложения являются вторичноротые: иглокожие, гемихордовые и хордовые. К последним относятся и позвоночные.
Ископаемые, похожие на хордовых
Среднекембрийская пикайя имеет почти плоские границы мускульных блоков, что, по мнению зоолога Турстона Лакалли из Университета Виктории, предполагает отсутствие у нее системы мускулов, характерной для хордовых. Необычны для хордовых и антенны на голове пикайи. Наоборот, юннанозоон, несмотря на сегментированный спинной гребень, вполне вписывается в правильный план строения: гребень, подобно миосептам (перегородкам, к которым у рыбообразных позвоночных крепятся мускульные пучки), мог служить дополнительной опорой для мускульных блоков, снижая нагрузку на миосепты и тем самым способствуя активным плавательным движениям. Количество найденных экземпляров юннанозоона достигает многих сотен, и поэтому можно с уверенностью говорить о присутствии у них V-образных мускульных блоков, жаберных щелей, связанных с кишечником, жаберных дуг, парных половых желез и настоящего хвоста, расположенного позади анального отверстия. Все это — признаки именно хордовых. Если особенности юннанозоона, а также катаймира и мета-сприггины укладываются в план строения цефалохордовых (похожи на современного ланцетника), то миллокуньмин-гия со спинными и брюшными плавниками и носовыми капсулами могла быть древнейшим позвоночным.
Чтобы представить, как примерно выглядели живые кембрийские хордовые, далеко ехать не надо: в реках Центральной России водится очень необычное существо: у него есть жабры и хвостовой плавник, но это совсем не рыба.
Одна из таких рек — Красивая Меча, живописный приток Дона, — течет местами по ущельям, которых, казалось бы, в самом центре Восточно-Европейской равнины — в Липецкой области — и быть не должно. Гигантские каменные плиты, изрытые окаменевшими следами и утыканные древними ракушками, 360 миллионов лет назад были морским дном — теперь они снова стали дном, только речным. В морских девонских известняках часто встречаются разнообразные раковины: ромбовидные — бра-хиопод и спирально-свернутые — головоногих моллюсков. Здесь же попадаются и темные, чешуевидные пластины, иногда даже целые панцири ископаемых существ, напоминающие панцири крабов или раков, только без клешней. Однако это совсем не ракообразные, а особая группа позвоночных животных — бесчелюстные. 520–360 миллионов лет назад именно бесчелюстные господствовали среди позвоночных. Девонский период оказался для них переломным: из морей их вытеснили челюстноротые — рыбы и позднее их потомки (земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие).
Кембрийские вторичноротые, 520–495 миллионов лет (длина/высота 1–3 сантиметра): (а — г) животные, похожие на хордовых: a)
Последние бесчелюстные нашли пристанище в реках, где и живут до сих пор (миноги), либо вернулись в море, но стали паразитами (миксины). И те, и другие — обитатели умеренных широт и практически не заселили тропики. Из 50 видов миног половину составляют паразитические проходные виды: они возвращаются в пресные воды на нерест либо живут там постоянно. Вторая половина — безобидные обитатели рек, ручьев и озер.
К ним относятся и украинские миноги
У обитателей рек Северо-Западной России — речной и ручьевой миног — самцы в такое время отличаются вороватым поведением. Пока один ухажер обласкивает самку, заставляя выметать икру, другой подкрадывается сзади и оплодотворяет ее. Причем это может быть самец другого вида, гораздо более крупный или, наоборот, помельче. Из такой икры развиваются гибриды.
В Красивой Мече живет лишь украинская минога. Когда эти миноги сплетаются в объятиях (иногда к одной самке могут присосаться сразу несколько самцов), их можно брать голыми руками. Брать, конечно, можно, но вот удержать… Извивающееся тельце мгновенно выскальзывает из рук: чешуи-то нет, только обильная слизь. На суше миноги, правда, тоже в руках сидеть не желают и легко проскальзывают между пальцев. Ведь они бесхребетные: у миноги нет позвоночника, да и вообще никаких костей нет. Роль позвоночного столба выполняет хорда — протянувшаяся вдоль спины веретеновидная тонкостенная трубка с полужидким содержимым, упругая, словно пружинка, и несжимаемая — внутри-то жидкость. Благодаря хорде, к которой крепятся мышечные блоки, минога так лихо извивается и хорошо плавает, даже задом наперед. Хорда роднит миногу с челюстноротыми позвоночными: этот орган сохранился у химер (хрящевые рыбы), двоякодышащих рыб, целакантов и осетровых. Но у рыб кроме хорды есть и костный скелет.
Если сразу выскользнуть не получилось, что случается исключительно редко, минога пытается укусить. У нее есть несколько десятков роговых губных и краевых зубов и зазубренные язычные пластинки, но использует она пару самых острых заднеязычных пластинок. С помощью такого зубного аппарата, который у паразитических миног намного острее, они пробуравливают покровы своих жертв — крупных рыб, а то и китов. Римский ученый Плиний Старший описывал даже нападение миног на человека. То были специально натасканные крупные миноги, которых держал в пруду своей виллы Ведий Поллион, приятель императора Октавиана Августа: на растерзание миногам он отправлял провинившихся рабов. Присосавшись, минога выпускает в ранку выделения щечных желез, препятствующие свертыванию крови и превращающие мясо в жидкую кашицу. Жертва от этого не погибает, но становится легкой добычей для других паразитов и хищников.
Вот и украинская минога, прежде чем укусить, присасывается к пальцу с помощью бахромчатой ротовой воронки (челюстей у нее нет). Этот важный орган, благодаря которому миног называют круглоротыми, — еще одно отличие их от рыб. Ротовую воронку самцы также используют, чтобы вытолкать соперника или, наоборот, удержать самку. Самец ловит избранницу присоской за любую часть тела, а затем, словно целуя ее в затылок, перецепляется в теменную часть, обвивает партнершу хвостом и, слегка сжимая ее, помогает метать икру. Кроме того, ротовая воронка нужна при строительстве гнезда. Сначала самец с ее помощью, опираясь на хвост, поднимает и уносит с облюбованного местечка на перекате лишнюю гальку, а затем присасывается к камню побольше и резкими волнообразными движениями тела раскидывает песок, чтобы получилось небольшое углубление — сантиметров десять в поперечнике и три — семь глубиной. У морской миноги гнездо гораздо шире и глубже, и, строя его, это сильное животное перетаскивает более 10 килограммов камней.
В гнездо самка миноги, тоже присосавшаяся к камню, откладывает икру — довольно крупную (более миллиметра в поперечнике) и обильную (до семи тысяч икринок) к вящей радости собравшихся на дармовой обед гольянов, которые, наряду с миногами, являются практически единственными обитателями прохладных мелких речек и ручьев Среднерусской возвышенности.
Три других заметных отличия миноги от рыб — это отсутствие парных плавников, жаберные мешки (открываются семью парами дырочек по бокам «шеи») вместо жаберных дуг и крышек и небольшое отверстие перед глазами, похожее на замочную скважину. «Скважина» ведет в полость, которая служит и для обоняния, и для восприятия света (в дополнение к глазам). Благодаря хорошему нюху миноги выискивают партнеров, а проходные виды находят устья рек, откуда когда-то вышли в море: они плывут на запах личинок. Что же до «третьего глаза», то он больше нужен личинкам.
Личинки — пескоройки, которые через несколько недель проклюнутся из икры, настолько не похожи на родителей, что вплоть до середины XIX века их принимали за совершенно другие организмы — аммоцеты. Поэтому авторы средневековых бестиариев и считали, что миноги — порождение змей. У полупрозрачных пескороек не развиты глаза, присоска и плавники, а на месте жаберных отверстий проходят две бороздки. Пескоройки скатываются в тихие заводи, ввинчиваются в ил и, лишь по ночам высовывая оттуда голову, выцеживают из воды диатомовые и другие мелкие водоросли. Спустя пять-шесть лет они накопят жирку и превратятся во взрослых миног меньшего, чем личинки, размера. Те перестанут питаться (в пищеводе образуется пробка, кишечник рассасывается) и отправятся вверх по речке к месту нереста. Проходные миноги в это же время возвращаются из морей в реки и озера.
Еще в 1950-е годы украинской и других миног (каспийской, речной, тихоокеанской) в наших реках было так много, что виды, которые покрупнее, вылавливали миллионами штук. Не столько ели, сколько топили на жир для освещения и технических нужд. В начале прошлого века сушеных каспийских миног, на треть состоящих из жира, даже жгли вместо лучины. На миногу ставили особые донные ловушки, похожие на корзины с узким горлышком: мережи, или нереды. «В середине 1970-х годов той же украинской миноги во время нереста местами насчитывалось до сотни особей на квадратный метр, а сейчас почти все отечественные виды миног занесены в Красные книги, областные или федеральную: малые реки оказались загажены отходами химических предприятий и сельского хозяйства, и ли-чинки-фильтраторы при залповых сбросах загрязняющих веществ гибли, иногда образуя валы на донских отмелях, — рассказывает Владимир Семенович Сарычев, заместитель директора заповедника "Галичья гора" по научной работе. — А ведь пескоройки — это основной корм крупной рыбы: стерляди, голавлей, налимов, о чем хорошо знали рыбаки, выкапывавшие пескороек для наживки. Поубавилось миноги — и стерляди стало несравненно меньше».
Личинки некоторых видов миног совершенно неотличимы друг от друга. Такие виды называют парными: проходной паразитический вид и постоянный непитающийся обитатель пресных вод, например речная и ручьевая миноги. Паразит лишь заметно крупнее своего двойника, и зубы у него острее. Парные виды свободно гибридизируются в природе, а молекулярные биологи нашли сходство и в генетике каждой пары. Возможно, что непаразитические виды появились во время ледникового периода, когда из-за наступления или, наоборот, таяния ледников образовывались многочисленные изолированные пресноводные бассейны, где непросто было отыскать жертву. Вот и приходилось миногам отказываться от пищи на взрослой стадии и большую часть жизни проводить в виде пескоройки. Нет только пары у украинской миноги: возможно, ее предок вымер…
Когда морская минога, прозванная «черным бичом», по каналам, проложенным человеком, пробралась в XIX веке в Великие озера и уничтожила почти всего лосося, ихтиолог Харви Сёрфейс из Корнельского университета писал: «С экономической точки зрения было бы полезно полностью очистить мир от миног… Однако потеря столь интересной и познавательной формы опечалила бы биологов». Изучение миног, сохранивших черты древнейших предков всех позвоночных, действительно представляет огромный интерес. Знания о природе этих существ могут быть полезны и в других областях. Так, лампредин, который миноги используют для воздействия на жертв, — практически готовое средство для разжижения тромбов и местного обезболивания. А изучение работы особых хлоридных клеток, которые позволяют проходным видам жить в водах разной солености, могло бы помочь в лечении гипертонии…
Считается, что хорда у юннанозоона, катаймира и милло-куньмингии была расположена на спинной стороне, над кишечником. Однако с уверенностью определить, которая из ископаемых структур отвечает этому органу, трудно. У того же юннанозоона и под кишечником расположено стержневидное образование, похожее на хорду. Поскольку у этого существа для опоры мускульной системы существовал сегментированный гребень, то со временем хорда могла бы взять на себя функцию опоры. Но для этого хорда должна была оказаться сверху — в спинной половине тела. Конечно, сместиться этот орган сам по себе не мог.
Но цефалохордовым полный переворот заказан не был, как доказал Владимир Васильевич Малахов, исходя из поведенческих особенностей ланцетника (он плавает «вверх ногами») и совпадения плана строения у кишечнодыша-щих и хордовых. То же пытался доказать Этьен Жоффруа Сент-Илер из Музея естественной истории в Париже еще в 1822 году, но ему не приходилось рассчитывать на методы молекулярной биологии.
Данные эмбриологов Детлева Арендта и Катарины Нюблер-Юнг из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге подтверждают, что генетически спинной нервный тяж позвоночных — это та же брюшная нервная цепочка кольчатых червей и членистоногих. Правда, новое («спинное») ротовое отверстие у современного ланцетника, по данным Арендта, прорезается на месте жаберной щели, но и у кембрийского ланцетника — юн-нанозоона — рот располагался почти на кончике рыльца.
Кембрийское эдриоастероидное иглокожее (диаметр 5 сантиметров); Муреро, Иберийские горы, Арагон, Испания; 500 миллионов лет. Университет Сарагосы
В совокупности палеонтологические и молекулярные данные, а также исследования эмбрионального развития позволяют предполагать, что оболочники (морские спринцовки) являются вторично упростившимися цефалохор-довыми, утерявшими ряд Яох-генов. Более того, наличие фосфатного внутреннего скелета у позвоночных само по себе указывает на то, что их предки были подвижными и очень активными животными, поскольку высокая мышечная активность ведет к повышению кислотности внутренней среды организма до уровня, при котором лишь фосфатный скелет остается нерастворимым. Если бы первые хордовые вели малоподвижный образ жизни, подобно современному ланцетнику или личинкам миноги, то скелет бы они начали строить из энергетически более выгодного карбоната, как иглокожие.
Скелет всех иглокожих состоит из элементов со стере-омной структурой (она похожа на трехмерный очень запутанный микролабиринт), присущей только этому типу и обусловленной сопряженной ориентацией минеральных наночастиц. Эти частицы, как выяснили кристаллограф Кристофер Киллиан и его коллеги из Университета Висконсина, образуются из аморфного предшественника высокомагнезиального кальцита и придают всему пористому элементу оптические свойства цельного кристалла. Поэтому кембрийские иглокожие прекрасно распознаются. Еще одним особым признаком иглокожих является амбулакральная система, представляющая собой единый гибкий сосуд, многочисленные ответвления которого выполняют роль ножек с присосками для передвижения или щупалец для перемещения пищевых частиц к ротовому отверстию; эта же водно-сосудистая система служит для дыхания.
Среди кембрийских иглокожих по плану строения и наличию амбулакральных борозд, или амбулакров, в которых есть поры для выхода ножек или щупалец, выделяются четыре группы: 1) двусторонне-симметричные, без амбулакров (ктеноцистоидеи); 2) асимметричные, как с амбулакрами, так и без (цинкты, солюты и стилофоры); 3) спирально-симметричные с многочисленными, ради-ально расходящимися от ротового отверстия амбулакрами (геликоплакоидеи); 4) пятилучевые со сходным расположением амбулакров (эдриоастероидеи, ромбиферы и эокриноидеи). Есть среди них и формы с совершенной двусторонней симметрией
Наряду с иглокожими, гемихордовыми и хордовыми в кембрийских лагерштеттах часто встречаются остатки еще одной или двух групп — ветуликолии и банффозои (названные по типичным родам
В первом случае получается нечто напоминающее хордовое или гемихордовое, но с членистым хвостом, во втором — членистоногое, но без каких-либо конечностей. У последних есть и ячеистые панцири, и складчатые пищеверительные железы. Даже если добавить к описанию еще одну важную деталь — ротовое отверстие, расположенное на самом конце рыльца, с кругом зубных пластин вместо челюстей, общая картина не становится яснее.
Спикула кембрийской гетерактинидной губки
Однако предположение о принадлежности ветулико-лий и банффозой к вторичноротым все-таки кажется большой натяжкой. Членистоногими их тоже не назвать ввиду отсутствия определяющего признака. Но возможно, это были ранние представители линяющих животных, куда вполне вписываются организмы, членистые лишь отчасти, подобно аномалокаридидам, отличавшиеся от ветули-колий только наличием предротовых конечностей и стебельчатых глаз.
Известны из кембрийских отложений также щетинкоче-люстные, гребневики, кишечнополостные и губки.
Летопись губок, которых принято считать самыми примитивными многоклеточными животными (ни мозга, ни, страшно вымолвить, желудка), начинается в кембрийском периоде, когда появляются шестилучевые, обыкновенные и известковые губки. Все они встречаются как в виде спи-кул определенной симметрии и химического состава, из которых построен скелет этих существ, так и в виде отпечатков целых скелетов. Кроме того, в кембрийском периоде были распространены несколько вымерших групп губок: гетерактиниды и археоциаты. Последние из них, обычно обладавшие цельным обызвествленным скелетом в форме двустенного пористого кубка с вертикальными и/или горизонтальными пористыми пластинами, соединяющими стенки, были самыми многочисленными и закончили свое существование уже в раннекембрийскую эпоху; лишь два вида известны из средне- и позднекем-брийских отложений. Принадлежность археоциат к губкам, как фильтраторов, подтверждается биомеханическими исследованиями моделей их скелетов в аквариумах и анализом эволюционных преобразований их скелетных элементов, направленных на улучшение фильтрации. Судя по микроструктуре скелета, общему плану строения, характеру бесполого размножения и иммунных реакций (в рифах прекрасно сохраняются скелеты в прижизненном положении и взаимосвязи с родственными и неродственными организмами), ближе всего археоциаты были к обыкновенным губкам, среди которых и ныне встречаются формы с обызвествленным бесспикульным скелетом, повторяющим строение археоциат, — акантохететес
У вымерших в раннем палеозое гетерактинид скелет состоял из правильных многолучевых спикул, и поэтому их рассматривали как отдельный отряд известковых губок. Однако палеонтологи Джозеф Боттинг и Ник Баттерфилд из Кембриджского университета обнаружили у древнейшей гетерактиниды эйффелии
Реконструкция скелета кембрийского организма неясной систематической принадлежности — радиоциата
Древнейшие кишечнополостные и с минеральным, и с хитинизированным скелетом известны лишь из кембрийских отложений. Первые из них были очень простыми одиночными организмами; а затем, через 10–15 миллионов лет, появились модульные формы (состоявшие из нескольких одинаковых не отделившихся друг от друга до конца особей), близкие по строению к ордовикским кораллам — табулятам. Кроме них возможными кишечнополостными являлись гексаконулярии — сидячие формы с фосфатным (или посмертно фосфатизированным) скелетом в виде перевернутой шестигранной пирамидки, которые известны только из древнейших кембрийских слоев в Южном Китае и Индии, — и конулярии с четырехгранным органическим, возможно, при жизни хитинизированным скелетом, закрытым сверху как у фигурки оригами. Конулярий и гексаконулярий сопоставляют с сидячими медузами. А вот настоящие — парящие в водной толще — медузы появились только в самом конце кембрийского периода.
С учетом данных по длительной эволюции комплекса регуляторных генов, доставшихся многоклеточным животным от одноклеточных заднежгутиковых и амебозой, эволюционный взрыв, случившийся в кембрийском периоде, чем-то необъяснимым не выглядит. Да и «гремел» он не считанные часы и дни, а по меньшей мере 35 миллионов лет — со времени появления первых следов дву-сторонне-симметричных животных в конце эдиакарского периода (555 миллионов лет назад) до возникновения скелетных иглокожих в середине раннекембрийской эпохи (520 миллионов лет назад). Можно даже предполагать независимое развитие двусторонне-симметричных и прочих многоклеточных животных. Этими факторами, вероятно, и объясняется практически одновременное появление в ископаемой летописи губок (археоциаты, гетерактини-ды и другие), кишечнополостных (коралломорфы, гексаконулярии, позднее — конулярии и медузы), гребневиков, представителей линяющих животных (ксенузии, анома-локаридиды, древние головохоботные черви и членистоногие, позднее — тихоходки, пантоподы и пятиустки), лофотрохозой (томмотииды, халькиерииды, древние моллюски, брахиоподы, кольчатые черви и, возможно, форониды и камптозои, позднее — мшанки), вторичноротых (древние группы иглокожих, гемихордовых и хордовых) и щетинкочелюстных (протоконодонты) и стремительный рост их разнообразия, собственно названный «кембрийским взрывом».
В целом кембрийские ископаемые, будь то губки, кишечнополостные, головохоботные или кольчатые черви, членистоногие, моллюски, брахиоподы, иглокожие или хордовые, не говоря уж о томмотиидах или ханцеллории-дах, не имеют полного комплекса признаков, характерных для современных представителей этих типов, а часто и даже для своих ближайших — ордовикских — потомков. Все эти ископаемые представляют собой древние предковые группы или их вымершие ветви. Так, среди многочисленных кембрийских членистоногих, менее десяти лет назад считавшихся хорошими примерами настоящих ракообразных, нет ни одной формы с таким набором конечностей, что ее можно было бы без труда отнести к какому-либо современному классу ракообразных: у них могут быть развиты гигантские хватательные конечности на месте антенн или полностью отсутствовать дыхательные выросты ножек, а все головные придатки быть однотипными, не отличимыми от ходных конечностей и так далее.
Вместе данные сравнительной морфологии и эмбриологии, молекулярно-филогенетического анализа, в том числе сопоставление полных геномов и последовательности экспрессии генов Ноя-комплекса, и, как мы видим, палеонтологии показывают, что предками двусторонне-сим-метричных животных были трехслойные (с мускульными клетками) сериально-организованные формы с отчетливой передне-задней и спинно-брюшной осями симметрии и со сгущением нервных клеток в головной части. Более того, эти предковые формы, вероятно, имели серию парных конечностей, скорее всего похожих на щупальца кораллов или гладкие конечности некоторых ксенузий. И действительно, ископаемая летопись всех основных ветвей— лофотрохозой, экдисозой, хордовых и иглокожих— начинается с двусторонне-симметричных организмов, обладающих сериальной организацией органов, например конечностей или жаберного аппарата.
Несмотря на все свои странности, эдиакарские и ран-некембрийские организмы — совсем не «фантазмы», а целый мир, приспособленный к определенным условиям, которые к тому же существенно менялись на протяжении кембрийского периода: от морей с низким содержанием кислорода в придонных водах до хорошо аэрированных водных масс, просеянных пеллетным конвейером; от холодной эпохи к теплой; от почти девственных грунтов, где привольно себя чувствовали малоподвижные и слабо-прикрепленные фильтраторы, до сильно переработанных осадков; от небольшого числа медленных хищников до огромного разнообразия активных преследователей.
Кембрийский «взрыв» привел к «Великой Ордовикской революции». За короткий, в геологическом смысле, временной отрезок всего в 80 миллионов лет — с середины эдиакарского до начала ордовикского периода — мир многоклеточных организмов значительно обновился четырежды: позднеэдиакарская, раннекембрийская, среднепозд-некембрийская и сложившаяся в ордовикском периоде палеозойская биоты отличались друг от друга ничуть не меньше, чем палеозойская и мезокайнозойская биоты, просуществовавшие примерно по 250 миллионов лет каждая.
Хорошо было бы перенестись куда-нибудь в начало кембрийского периода и посмотреть, как все на самом деле происходило. К сожалению, машина времени навсегда останется достоянием лишь писателей-фантастов. Да и попади она нам в руки, что бы это изменило? Попробуй отследить событие, которое длится миллионы лет. Всех жизней всего человечества не хватит. Но если нельзя попасть туда, куда хочется, можно хотя бы попытаться подъехать поближе…
И вот на черно-белых экранах телевизоров перемежаются новости далеко не первой свежести, произносимые бодро-ледянящими голосами, кинофильмы пятидесятилетней давности, музыкальные заставки с цветочками и трудящимися массами, репортажи о спортивных соревнованиях и речи одних и тех же людей. А на улицах вас окружают портреты этих же людей, пристально буравящие мир суровым взглядом со стен домов, лобовых стекол автобусов и такси, из глубины будок чистильщиков обуви, с подарочных тарелок и, конечно, с первых страниц газет. И ваш внедорожник — копия знаменитого армейско-кол-хозного «газика-козлика» — поворачивает с улицы имени лидера нации на одноименную площадь, а затем ныряет в переулок все с тем же именем… Этот мир — Тегеран, столица нынешнего Ирана.
Внедорожник, промчавшись по встречной полосе длинного, забитого транспортом туннеля, попадает на шоссе, запруженное всевозможными средствами передвижения — от арб с впряженными в них ишаками до небольших грузовичков. Пятница: все едут на кебаб в горы. Семьи размерностью в одну жену перемещаются на мотоцикле без коляски: впереди ребенок постарше, затем муж, двое детей поменьше и жена — замыкающая. Расширенные ячейки общества едут на микроавтобусах и грузовичках-пикапах. Все они разгружаются у водохранилища, а наш караван уходит на север, все выше взбираясь по серпантину на хребет Эльбурс. Последние километры пути, как по горизонтали, так и по вертикали — от горного аула Далир до снежников на высоте 3,5 тысячи метров — проделываем на лошадях и мулах.
У кромки ледника обнажается слой горных пород, который 540 миллионов лет назад накапливался на глубине в несколько десятков метров ниже нынешней поверхности океана. Интересен он тем, что представляет собой окаменелый кембрийский ракушняк, переполненный трубочками, колпачками, завитками, шипами, крючками и прочими скелетными остатками. Ниже горные породы тоже морского осадочного происхождения, образовавшиеся в докембрии, пусты. Ни единой раковинки — во всей по-луторакилометровой толще.
И такую резкую смену— от бесскелетного докембрия к скелетному кембрию — можно наблюдать по всей планете: в горах Ирана, Монголии, Марокко и Западной Канады, вдоль живописных скалистых берегов Янцзы и Алдана, на морском дождливом побережье Ньюфаундленда и в иссушающей Долине смерти под Лас-Вегасом, в заброшенных карьерах Центральной Англии и Южной Швеции, на покрытых миндалем и персиками склонах Иберийских гор… Раннекембрийская скелетизация мира произошла будто в одночасье.
При слове «скелет» большинство читателей наверняка представят себе костяк с ребрами, позвоночником, конечностями и черепом. И некоторые, возможно, усомнятся в принадлежности черепа к скелету. Относить ли к скелету зубы — задумаются, а предложение назвать скелетом почечные или зубные камни сочтут за издевку. Тем не менее все это — скелет, то есть биоминеральные структуры, образовавшиеся за счет жизнедеятельности организма. В данном случае — человеческого.
Наш скелет состоит из фосфата кальция, часто с примесью карбоната (гидроксилапатит — Са5[(РO4, СO3)3 (ОН)]), как и у других позвоночных. Этот же минерал встречается в раковинах некоторых брахиопод, панцирях высших раков и чешуйках зеленых водорослей. У многих других организмов скелет сложен карбонатом кальция (кальцит — СаСO3), в кристаллах которого часть атомов кальция может быть замещена магнием (магнезиальный кальцит) или стронцием (арагонит). На химической формуле минерала эта ничтожная доля иных атомов не отражается, а вот для облика (габитуса) кристаллов, их химических и физических свойств имеет огромнейшее значение, а для организмов, обладающих скелетами, — решающее. Из этих минералов построены раковины двустворок и улиток, панцири лангустов и крабов, чашечки морских лилий и иглы морских ежей, веточки кораллов и морских водорослей, микроскопические раковинки большинства амеб фораминифер и почти невидимые скелетики водорослей кокколитофорид, парящих в толще океана. Всего же на основе карбоната кальция организмы научились образовывать свыше 300 разных кристаллических и аморфных форм и складывать их в тысячи различных структур. Третьим по значимости минералом в живой природе является кремнезем — аморфная разновидность кварца (SiO2). Из него сложены иголочки — спикулы, которые образуют скелеты стеклянных и обыкновенных губок, ажурные раковинки амеб радиолярий и диатомовых водорослей, а также фитолиты — игольчатые образования в стеблях и листьях травы. И у травы есть скелет. Кстати, стеклянные губки получили свое название не случайно: аморфный кремнезем — это и есть стекло. И используют его губки по назначению: спикулы служат световодами, направляющими солнечные лучи к одноклеточным водорослям, запрятанным глубоко среди губковых клеток.
Срез кальций-фосфатного бивня (резца) мамонта
Триада из фосфата, карбоната кальция и кремнезема сложилась по очень простой причине: элементы, образующие эти минералы, одни из самых распространенных в земной коре, гидросфере и атмосфере. Доля кислорода составляет 49 процентов, кремния — 26, кальция — 3, фосфора — 0,1. Вроде бы десятая часть процента — совсем немного, но большинство элементов встречается гораздо реже (например, доля золота — менее 0,01 процента). Поэтому все они давно используются организмами при обмене веществ (кислород при дыхании), для накопления и перераспределения энергии (фосфор), передачи нервных импульсов (кальций). Именно поэтому фосфат, наверное, и стал первым скелетным минералом: палеонтолог Фебе Коэн из Гарвардского университета и ее коллеги обнаружили этот минерал в сетчатых чешуйках микроскопических водорослей, живших 700–800 миллионов лет назад. На сегодня — это самые древние известные организмы с биоминеральным скелетом.
Кроме того, эти минералы достаточно хорошо растворимы, чтобы использовать их в строительстве скелета без энергетических сверхзатрат. А раз растворимы, то и в осадок выпадают легко. Ведь строительство скелета — это и есть управляемое отложение осадка, в нужном месте, необходимом количестве и в правильное время. Важно и то, что эти минералы достаточно устойчивы в среде, в которой организмы существуют в океане или на суше. Скажем, минералы алюминия (его доля в земной коре — 7,5 процента) — алюмосиликаты — практически нерастворимы, а такие минералы, как галит, или каменная соль, — хлорид натрия (этих элементов в земной коре — 2,4 и 0,2 процента соответственно) — растворяются слишком быстро.
Впрочем, из любых правил есть исключения. При избытке некоторых элементов организмы приспособились использовать дармовые ресурсы. Так, в глубинах океана, вблизи горячих гейзеров черных курильщиков улитки, как выяснил зоолог Андерс Варен из Шведского музея естественной истории, строят раковину из пирита (FeS2) и грей-гита (Fe3S4), поскольку курильщики выбрасывают в океан большие объемы железа и серы (эти элементы и придают подводным столбам «дыма» черную окраску.) Получаются не раковины, а блестящие ювелирные изделия.
Впервые минералы железа (магнетит и магтемит) нашли у многостворчатых моллюсков хитонов. В середине XX века, когда в способности живых организмов синтезировать железосодержащие минералы никто не верил, геолог Хайнц Ловенштам был изгнан в Америку из Германии за несоответствие местным понятиям о чистоте расы. В США Ловенштам обратил внимание на странные дырки в силурийских рифах, которые обнажаются в окрестностях Ниагарского водопада. Он понял, что крепчайшие рифы разрушались отнюдь не под действием волн, а обглоданы кем-то вооруженным воистину железными зубами. Вскоре он установил обладателей металлических челюстей, причем не вставных, а собственных…
Хайнц Ловенштам составил славу американской науки еще и тем, что, по существу, заложил основы современной палеоэкологии, а также установил многие закономерности в формировании древних рифов, позволившие удачно прогнозировать наличие в них нефтяных запасов. Нефтяные магнаты, удивленные и уязвленные такими возможностями «чистой науки», сначала пытались выкупить данные Ловенштама, а потом несколько раз обчистили его квартиру в поисках нужной документации. Однако он отклонил заманчивые предложения, не испугался угроз и опубликовал свой труд в открытой научной печати. Книга о ниагарском силурийском рифе с тех пор стала одним из учебников для седиментологов, изучающих осадочные горные породы, и палеонтологов. Он же впервые всерьез занялся исследованиями роста различных минералов под контролем организмов.
Оказывается, в появлении естественных железных зубов нет ничего удивительного. Изначально скелеты были нечем иным, как складом ионных излишков (кальция, фосфата и прочих), отслуживших свое время в обмене веществ. А поскольку практически ничего лишнего любому живому существу не требуется, этот склад сам стал превращаться в орган, например в опорный скелет у кораллов, губок, водорослей и других рифостроителей. Именно из сросшихся известковых скелетов этих организмов и образуются рифы. Железо, являющееся одним из компонентов гемоглобина (белка, переносящего кислород) и других жизненно важных пигментов (не случайно его недостаток приводит к анемии), тоже в конце концов оказывается на складе в виде ферромагнитных оксидов (магнетит, магге-мит) или сульфидов (грейгит). Так почему бы этим запасам не найти иного применения?
Хитоны и нашли: во время отливов они вообще остаются на суше, затаившись в ямке под восемью пластинками своего панциря. Ямку, иногда в несколько сантиметров глубиной, хитон выскребает радулой — многорядной системой зубов — обычно в известняке, но может и в более прочных горных породах. Там хитоны выискивают микроскопические водоросли и бактерии, которыми питаются, попутно разрушая прибрежные скалы и превращая их в причудливые острова. Однако чтобы скоблить известняк, нужно иметь зубы крепче, чем порода. И хитоны отрастили себе железные самозатачивающиеся зубы — из магнетита (Fe304). Может, и мы со временем приспособимся отращивать себе железные (или золотые — мечтать так мечтать) зубы, поскольку собственные, гидроксилапа-титовые, с нашей необузданной тягой к нездоровой пище не справляются — и приходит кариес. Осталось только, подобно хитонам, прожить на Земле полмиллиарда лет, и полный рот золота нам обеспечен.
Акантарии — одноклеточные существа из группы ри-зарий, которые парят в толще океана, выставив из раковинки сотни тонких лучиков цитоплазмы — аксоподий, предпочли для постройки своего игольчатого скелетика использовать целестин (SrSO4). Этот красивый небесно-голубой минерал используется человеком уже более двух тысяч лет в фармацевтике и прежде всего в пиротехнике: именно он придает праздничным фейерверкам кармино-во-красный цвет. Но вот зачем столь легко растворимый в морской воде сульфат стронция понадобился акантари-ям, совершенно неясно. Чтобы быть невидимыми? Ведь целестин прозрачный. Или акантарии появились в такое время, когда, и в таком месте, где в океан поступало много стронция и сульфата? Это мы вряд ли узнаем, поскольку целестиновый скелет растворяется, едва только акантария умирает, и в ископаемом виде не сохраняется.
Всего же организмы используют более 60 различных видов минералов.
У многих организмов состав скелета — это увековеченная в камне память о времени его появления. Суждено было родиться, если применять это понятие к целым группам организмов, а не к индивидам, в холодную эру, останешься на все время своего существования с арагонитовым или магнезиальнокальцитовым скелетом. А если условный день рождения совпал с теплой эрой, быть скелету кальци-товым. «Дети» холодной эры — это, например, улитки, ше-стилучевые кораллы, живущие в трубочках кольчатые черви — сабеллиды (арагонит) и иглокожие (магнезиальный кальцит); а вот, скажем, ракообразные, мшанки и брахио-поды с простой кальцитовой раковиной начали свое существование в теплые времена.
Кембрийский рифостроящий организм
Дело в том, что в такие времена содержание в атмосфере углекислого газа в два-три и более раза превышало нынешнее. А поскольку воздушная оболочка Земли тесно взаимодействует с жидкой, то и океан пополнялся углекислым газом. Газ, реагируя с водой, образовывал нестойкую угольную кислоту, которая быстро распадалась на ионы водорода и бикарбоната, а последний — на ионы карбоната и водорода [СO2+Н2O <-> Н2СO3 <-> H++ HCO3- <-> 2Н++ С032-]. Избыток ионов водорода подкисливал морскую воду. Если, скажем, их содержание в океане было в два раза выше нынешнего, то водная среда из нейтрального состояния переходила в кислое и арагонитовые, а также магнезиально кальцитовые скелеты, если они были плохо изолированы от водной среды органическими оболочками, начинали растворяться еще при жизни своих владельцев.
Раковина современной улитки
Кальцитовый панцирь кембрийского членистоногого трилобита
Раковины палеогеновых улиток из арагонита (высота до 50 сантиметров); Пиренеи, Арагон, Испания; 65–30 миллионов лет. Музей Сантьяго Лафарга, Барбастро
Такие эпохи массового растворения, связанные с наступлением теплой эры, случались примерно 500 и 200 миллионов лет назад. Коснулись эти события в основном водорослей, губок и кораллов, у которых минеральные скелеты не были достаточно изолированы от внешней среды. Кто-то приспособился к новым условиям, сменив скелет на более устойчивый — кальцитовый. Кто-то вовсе отказался от этой тяжелой ноши. Кто-то и совсем вымер. Нечто подобное происходит с современными рифами, строители которых — шестилучевые кораллы, зеленые и красные водоросли, пользуясь благами холодной эпохи, обходились «быстрорастворимыми» скелетами. Нынешний, пока незначительный, подъем уровня углекислого газа уже привел к сокращению площади рифостроения. По прогнозам некоторых биохимиков, если эта тенденция сохранится, то не пройдет и ста лет, как рифы в их современном виде исчезнут. Так, по крайней мере, рассчитали экологи Джон Гинотт из Института охраны моря в Сиэтле и Роберт Буддмейер из Канзасской геологической службы.
Другим важным источником изменений состава Мирового океана являются срединно-океанические хребты. Чем больше их протяженность, а этот показатель зависит от числа континентов, тем больше выделяется базальтовой лавы. Взаимодействуя с морской водой, свежий базальт поглощает ионы магния, и в самой воде остается больше ионов кальция. В итоге, как полагают геолог-тектонист Лоуренс Харди и палеонтолог Джордж Стенли из Университета имени Джона Хопкинса в Балтиморе, преимущество получают организмы с кальцитовым скелетом.
Оба этих явления — увеличение длины срединно-океа-нических хребтов и повышение уровня углекислого газа — взаимосвязаны. Рост подводных гор, сокращающий емкость океанических впадин, выталкивает излишки воды на окраины континентов. Этот процесс, кстати, в значительно большей степени влияет на рост уровня Мирового океана, чем пресловутое таяние ледников. Площадь суши сокращается, а вместе с ней и выходы горных пород с высоким содержанием кремнезема, на выветривание которых расходуется углекислый газ. В результате он накапливается в атмосфере все в больших объемах и растворяется в океане…
Сидячий и малоподвижный образ жизни не требует больших затрат энергии. Об этом каждый, наверное, и сам догадывается: при малоподвижном образе жизни мы накапливаем жир. А вот быстро плавающим и бегающим животным, особенно хищникам или тем, кому в сотые доли секунды нужно собраться, чтобы нанести сокрушительный удар жертве, требуется энергии немало. Рыба-меч, например, нападает на косяки мелкой рыбы на скорости 90 километров в час; гремучая змея делает смертельный выпад за четыре сотых секунды; рак-богомол разбивает или прокалывает защиту жертвы за две стотысячных доли секунды.
Что общего у рыб, змей и раков? Фосфатный скелет. У раков-богомолов фосфат в основном сосредоточен в ударном механизме — ногочелюсти. И это не случайно. При сокращениях поперечно-полосатых мышц, позволяющих развивать всему телу или отдельным органам запредельные скорости, в организме вырабатывается молочная кислота. Кислотность внутренней среды возрастает в че-тыре-пять раз, и скелет легко бы растворился, будь он известковым. Ихтиологи Джон Рубен из Университета штата Орегон и Алберт Беннетт из Калифорнийского университета (Ирвайн) выяснили это на опыте: вживляли в мышцы форели известковые и фосфатные пластинки. Известковые пластинки в отличие от фосфатных растворялись, стоило рыбе немного поплавать.
Если же обратиться к ископаемой летописи, то окажется, что предки всех позвоночных были активно плавающими хищниками с фосфатными зубами, а позднее и другими деталями скелета. Их образу жизни мы — потомки этих первых хищников — и обязаны своим слаборастворимым, прочным и в то же время удивительно гибким скелетом. А вот, скажем, ближайшие скелетные родственники позвоночных — иглокожие — предпочли в те же времена облегчить себе жизнь, соорудив скелет из магнезиальнокальцитовых пластинок. С тех пор и ползают неспешно по дну, не освоив ни суши, ни даже слегка опресненных водоемов.
И первые позвоночные, и иглокожие, и практически все другие скелетные организмы (моллюски, брахиоподы, членистоногие, кораллы, губки) обрели минеральный скелет по геологическим меркам единовременно — за какие-то 35 миллионов лет. Можно было бы связать всеобщую ске-летизацию с очередным изменением состава океанических вод, но подобные события происходили и до, и после, не особенно влияя на количество скелетных организмов. Да и невозможно объяснить какими-либо внешними причинами единовременное появление скелетов и наружных, и внутренних, и известковых, и фосфатных, а если добавить губок — то и кремневых.
Но в природе ничего случайно не происходит. До сих пор мы обращали внимание на состав скелета. А в чем его предназначение? Самое простое объяснение: изначально скелет был свалкой лишних ионов, от которых сложно было совсем избавиться, удалив во внешнюю среду. Да и про запас их можно было вполне оставить: дополнительные ионы кальция и фосфата время от времени требуются для различных нужд организма. К тому же с помощью скелетных отложений можно избавиться от неприятных инородных тел — в результате такого процесса в раковинах дву-створок появляются жемчужины — слоистые оболочки из арагонитовых пластинок.
Конечно, не в последнюю очередь скелет — это опорная конструкция, на которой крепятся мышцы. Не будь такой внутренней или внешней опоры, многие организмы (позвоночные, членистоногие, улитки, морские ежи, которые ходят на иглах) не смогли бы двинуться с места. Опора нужна и тем из них, кто всю жизнь, наоборот, сидит на одном месте: благодаря скелету кораллы выдерживают шторма, а губки приподнимаются над поверхностью морского дна, чтобы перепад давления в водяном столбе вызвал восходящие течения в организме, необходимые для их питания. «А еще я им ем», — можно было бы перефразировать высказывание одного из анекдотических персонажей. Ведь зубы и челюсти позвоночных, клешни и прочие «ногоконечности» ракообразных, радула хитонов и других моллюсков, ажурный, но очень прочный жевательный аппарат морских ежей (аристотелев фонарь) — это тоже скелет. Без таких важных скелетных частей ротового аппарата пищу не добыть и не измельчить.
Скелет помогает видеть, хотя и не всем. Магнезиаль-нокальцитовые линзы в сложных глазах давно вымерших членистоногих — трилобитов — и современных морских звезд и змеехвосток благодаря высокой чистоте и форме уменьшают искажения и рассеивание. У рыб и некоторых бесчелюстных позвоночных часть скелета — жаберные дуги — это еще и элементы дыхательной системы. Костные выросты черепа — рога и воротники — динозавры, вероятно, использовали для демонстрации во время брачных игр, так же как ныне используют бивни хоботные. Костные пластины, протянувшиеся вдоль хребта стегозавра, возможно, служили для отвода тепла, охлаждая кровь этих гигантов. Нанокристаллы магнетита позволяют тунцам, морским черепахам, китам, голубям и пчелам ориентироваться в пространстве, используя естественную карту магнитного поля Земли. А отолиты — известковые микростяжения, расположенные в органах равновесия у рыб, — помогают им определить, где верх и низ в водной тоще.
И конечно, скелет — это надежная защита. Не случайно выражения «спрятаться в раковину» или «вжаться в панцирь» означают «найти укрытие». Любая часть скелета, скажем пластинка хитона или чешуя рыбы, — это многослойный, то есть многоуровневый, элемент защиты. Благодаря различному взаимному расположению, а иногда и минералогическому составу микрокристаллов в такой пластинке, как показали исследования биохимиков Кристин Ортиз и Мэри Бойс из Массачусетского технологического института, образуются микрослои, одни из которых устойчивы к сдавливанию, другие — к скручиванию, третьи — на излом. Самый внешний слой обычно еще противостоит растворению. Каждый отдельный микрокристалл одет в органическую оболочку, а расположены микрокристаллы спиральными столбиками. И все это усиливает скелет. Но и сам микрокристалл — это не единое целое, а конструкция из мириад наноразмерных кристаллитов. Такие наногранулы тоже имеют свои органические оболочки, которые позволяют им вращаться или раздвигаться. Благодаря высокой пластичности кости и раковины и оказываются такими прочными: сила нажима или удара гасится органическими оболочками и обратимым смещением пластин и наногранул, а развитие трещин тормозится. Например, арагонитовый перламутр оказывается в тысячу раз прочнее и в десять раз тверже, чем природные кристаллы арагонита.
Такие качества существенно помогают экономить на толщине скелета: ведь увеличение массы скелета в два раза, согласно расчетам зоолога Ричарда Палмера из Университета Альберты, ведет к троекратному повышению затрат на его перемещение (скелет дома не оставишь). Некоторые стеклянные губки, чтобы закрепиться на дне, создают спикулы до метра длиной и притом всего миллиметр в диаметре. Благодаря многочисленным органическим прослойкам такое стеклянное волокно можно свернуть кольцом, и оно не порвется. Основа прочности биокомпозитов в их многоуровневом — иерархическом — строении, благодаря которому каждая степень защиты не просто дублируется, а дублируется тысячекратно. Вот где скрываются подлинные нанотехнологии!
Благодаря деятельности бактериальных сообществ, населявших Землю миллиарды лет назад, человечество оказалось обеспечено железной рудой. Этот период в истории планеты называется сидерий — буквально: «железный век». Теперь люди хотят приспособить мельчайших существ к созданию высокотехнологичных материалов. Один из видов пресноводных бактерий—
Но почему все эти минеральные изыски понадобились животным именно в начале кембрийского периода? Ответ достаточно прост: в океане появились макрофаги — крупные хищники. И если первые раковинки, скажем, моллюсков состояли всего из двух-трех разных по микроструктуре слоев, то к концу следующего, ордовикского, периода таких слоев насчитывалось до пяти-семи. Но и хищники не отставали: их зубы и клешни тоже становились прочнее и совершеннее. И если жертвы довольствовались известковой или кремневой защитой, выдерживающей давление 1–5 тысяч атмосфер (тоже немало), хищники взламывали ее фосфатными орудиями, достаточно жесткими, чтобы не сломаться и при 600 миллионах атмосфер! Даже зубы жвачных животных — это орудие нападения, от которого травы пытаются защищаться с помощью кремневых фитолитов.
Так началась эскалация вооружений — одна из важнейших составляющих мировой эволюции.
Кто быстрее всех бегает? Из всем известных животных гепард (120 километров в час) и гончая (110 километров в час). А в остаточных прериях Северной Америки обитает вилорог — нечто среднее между антилопой, жирафом и оленем. Американский вилорог — самое резвое животное этого континента, причем быстро бегать он научился не сейчас, а несколько сотен тысяч лет назад, когда вилорогов «тренировал» мирациноникс
Кто быстрее всех плавает? Рыба-меч (90 километров в час), марлин — герой повести Эрнеста Хемингуэя «Старик и море» (80 километров в час) и касатка (65 километров в час). Кто быстрее всех летает? Сапсан, пикирующий на скорости 290 километров в час. Глубже всех из животных с легочным дыханием погружаются кожистая черепаха (1200 метров), кашалот (1140 метров) и кит-горбач (500 метров). Последние при этом задерживают дыхание на 75 и 120 минут соответственно. Самое быстрое зрительное восприятие у стрекоз: 200 кадров в секунду (мир они видят таким, как мы, глядя на кинокадры ускоренной съемки). Самое острое зрение у гигантских кальмаров и хищных птиц — в десять раз острее нашего: муравья орел видит с высоты десятиэтажного дома. Самую прочную нить прядет паук дарвинов церострис
Что общего у всех этих животных? Они — хищники.
И конечно, у хищников — самые большие зубы: на пятнадцать сантиметров они выступают из челюстей главного киногероя среди динозавров — тираннозавра и другого любимца творцов и зрителей палеозооужастиков — мегалодона. Мегалодон, кстати, — вовсе не большая белая акула
Скелет мелового хищного динозавра из семейства дромеозавриды (длина 1 метр); Чжэхоль, провинция Ляонин, Китай; 130–110 миллионов лет. Нанкинский музей палеонтологии
Правда, среди хищников бывали и исключения: у саблезубых кошек — махайродов и смилодонов, обитавших в Северном полушарии начиная с миоценовой эпохи (15 миллионов лет назад) и исчезнувших окончательно относительно недавно (около 10 тысяч лет назад), — 10-18-сантиметровые саблевидные клыки по большей части служили для устрашения и украшения, чем для разделки добычи. Их размеры строго соответствуют размерам животного: подрастала киска — удлинялись зубы, точно так же, как с возрастом удлиняются любые кости. Биологи Марсела Рандау и Крис Карбоун из Лондонского зоологического общества показали, что клыки у кошачьих хищников, используемые по назначению, отличались иными, более компактными пропорциями. Красуясь друг перед другом своими огромными клыками-саблями, множество смилодонов влипли навсегда в смоляное озеро Ранчо Ла-Брея.
Фосфатные по составу зубы позвоночных прекрасно сохраняются в ископаемой летописи. Достаточно найти эти блестящие благодаря эмалевому или эмалеподобно-му покрытию элементы скелета, и об их обладателях можно будет рассказать все или почти все. По форме коронки и характерным сколам или поверхностям изнашивания — определить, какую пищу предпочитал их обладатель, мясную или растительную, а если форма — не слишком говорящая, то фосфатные слои — все равно готовая летопись всего, что происходило с животным за время его жизни. Изотопы азота и углерода опять же подскажут, что ел обладатель зубов, изотопы кислорода — что пил, то есть какую воду — пресную или солоноватую, холодную или не очень. Да и сами наслоения, особенно зубной цемент, могут выдать, сколько лет прожил хозяин зубов (в природе, оставшись без зубов, никто не выживает), голодал или хорошо питался, во сколько лет созрел для взрослой жизни (у хищных млекопитающих с этим временем примерно совпадает замыкание отверстия в корне клыка).
Скажем, зубы спинозавров — крупных хищных динозавров мелового периода с огромным спинным гребнем, как показали Ромен Амьё и его коллеги из Лионского университета, по составу изотопов кислорода и углерода ближе к костям рыб, водных черепах и птерозавров, которые встречаются вместе с ними, а отнюдь не других хищных динозавров. Это значит, что они были рыбоядными животными, подобно птерозаврам и черепахам. А соотношение изотопов азота в зубах пещерных медведей подсказывает, что они в гораздо большей степени следовали вегетарианской диете, чем их современные бурые сородичи.
Впрочем, в отдельных случаях хищничать могут и беззубые создания, скажем веерохвостые птицы. Родственные журавлям форусрасциды стали в палеогеновом периоде крупнейшими хищниками Нового Света (рост 2 метра и выше), успев занять это место после вымирания динозавров и до появления крупных млекопитающих. Исследования подвижности и прочности костей черепа, шейного отдела и лап с большими когтями, проведенные группой палеонтолога Федерико Дегранжа из Национального университета Ла-Платы, показывают, что форусрасциды могли раскалывать кости своих жертв — небольших млекопитающих.
Без зубов обходятся и хищные двустворки аномало-десматы, отлавливающие свою добычу — кумовых раков — с помощью ловчего капюшона, особого выроста сифона, которые все другие двустворки используют для фильтрации. Хищных губок, тоже совершенно беззубых и к тому же и бездвижных существ, можно угадать по своеобразным спикулам, похожими на рыболовные крючки. Сами губки, открытые морским биологом Жаном Васле из Марсельского университета департамента Экс, похожи на причудливый парковый фонарь
А ведь есть и хищные растения: без малого 600 их видов промышляют животной пищей. У них развиты удивительные приспособления, которые используются не только как пассивные ловушки для любопытных насекомых, но и активные хватательные органы, готовые в одно мгновение сомкнутся над головой жертвы. Пища переваривается в объемных «желудках», наполненных кислыми растворами, действительно похожими по составу на желудочный сок, или с помощью симбиотических бактерий, или даже при посредничестве личинок насекомых. С губками их роднит то, что они перешли на «мясную диету» не от хорошей жизни, а от недостатка в пище азота. Нехватку азота на бедных почвах плотоядные растения и восполняют охотой. Росянка с ловчими липкими капельками, венерина мухоловка с листьями-челюстями и наполненные кислотой кувшинчики непентес известны теперь многим: эти зеленые хищники стали желанными домашними питомцами. Но большинство хищных растений содержать в горшках невозможно. Скажем, пузырчатку, которая ловит водных насекомых с помощью вакуумных пузырьков за 1/160 долю секунды. Или южноафриканскую роридулу
Попадаются в янтаре, уже в меловом (70 миллионов лет), и сумчатые хищные грибы. С помощью клейких петель такие грибы способны хватать и душить почвенных круглых червей, коловраток и тихоходок. Интересно, что похожие петли встречаются и в отложениях возрастом миллиард лет. Уж не были грибы первыми на Земле хищниками? А некоторые грибы, подобные гаптоглоссе
Впрочем, настоящие хищники все-таки зубасты. Конодонты, что по-гречески означает «конические зубы», известны палеонтологам достаточно давно — с середины XIX века. Но только лишь в виде этих самых зубов — обычно 0,1–2 миллиметра высотой. Такие скелетные элементы, образующие сложные аппараты из семи — девяти пар пластинчатых, гребенчатых и просто конических зубов, встречаются во множестве в морских отложений начиная со среднекембрийской эпохи и вплоть до триасового периода (490–205 миллионов лет назад). Этого хватило, чтобы понять, что они имели отношение к ротовому аппарату активных хищников, причем позвоночных. Лишь в трех палеозойских местонахождениях отпечатки конодонтов сохранились целиком. По ним, как считали палеонтологи Ричард Элдридж из Университета Ноттингема и Дирек Бригтс из Бристольского университета, можно судить, что эти животные обладали крупными глазами, сложным зубным аппаратом, жаберными щелями, V-образными мускульными блоками и хвостом с плавником. Важны для понимания природы этих животных именно зубы, наличие в которых трех слоев, в том числе эмали и дентина, открытых палеонтологом Игорем Сергеевичем Барсковым с геологического факультета МГУ, свидетельствует об их принадлежности к бесчелюстным позвоночным. Все это значит, что они были очень кусачими, большеглазыми, стремительно плававшими благодаря изогнутым мускульным блокам и непарным плавникам рыбообразными животными.
Именно с появлением конодонтов власть в океанах начала переходить от головоногих моллюсков и членистоногих к позвоночным, которые с распространением рыб акантодий, пластинокожих рыб и акул к началу девонского периода заняли вершину пищевой пирамиды. А к концу каменноугольного периода позвоночные потеснили членистоногих (многоножек, пауков, скорпионов и хищных насекомых) и на суше. В конце пермского периода обострилась борьба за власть между двумя ветвями позвоночной родословной — диапсидами (у них два отверстия в черепе для размещения челюстной мускулатуры) и си-напсидами (одно такое отверстие). К диапсидам относятся архозавры (текодонты, крокодилы, динозавры, птицы и птерозавры), большинство морских ящеров (ихтиозавры, плакодонты, нотозавры и плезиозавры) и лепидозав-ры (ящерицы, змеи, двуходки и гаттерия), а к синапси-дам — пеликозавры («парусные ящеры»), зверообразные пресмыкающиеся и их потомки, млекопитающие. Овладев двуногим хождением, которое высвободило грудную клетку и тем самым облегчило главную энергетическую проблему — дыхание, текодонты и их наследники, динозавры, быстро пошли в рост. Немаловажную роль сыграло и строение черепа: подвижными были не только нижняя, но и верхняя челюсть, что позволяло заглатывать пищу огромными кусками. На всю мезозойскую эру суша оказалась в их полном распоряжении. Не успевшие встать на ноги (когда тело волочится между раскоряченных конечностей и изгибается при каждом движении, тяжело и дышать, и быстро ходить), зверозубые пресмыкающиеся и млекопитающие затаились мелкими ночными зверьками, чтобы выйти из тени в начале следующей, кайнозойской, эры. Зато ночная прохлада способствовала у них развитию более совершенной системы регуляции температуры тела. А череп, на котором меньше места отводилось челюстной мускулатуре, пригодился для развитого мозга. Уже в меловом периоде млекопитающие перестали считаться с господством динозавров, смело нападая на их молодь и освоив практически все возможные ниши для жизни. Среди них появились лазающие, планирующие и плавающие виды.
Вернемся ненадолго к конодонтам. Несмотря на небольшие размеры — 3-10 сантиметров в длину, они, видимо, терроризировали обитателей древних морей не хуже, чем морская минога — обитателей Великих озер. Хуберт Шанявски из Института палеобиологии Польской академии наук не исключает, что и щечные железы у них были, причем ядовитые, что заметно по зубам с характерной ложбинкой — каналом, проводившим яд от железы к укушенной жертве.
Ордовикский конодонт
Вероятно, конодонты могли обездвиживать более крупные жертвы. Так поступают мелкие хищные млекопитающие — щелезубы (до прихода испанцев бывшие крупнейшими хищниками Карибских островов), землеройки и некоторые другие насекомоядные. Челюсть самого древнего из них — «гигантской» землеройки (она могла весить до 60 граммов — в два раза больше современных родичей) — палеонтологи Глория Куэнка-Бескос и Хуан Рофес из Университета Сарагосы обнаружили в отложениях возрастом 0,8–1,5 миллиона лет в испанских горах Атапуэрка. Известны и более древние ядовитые млекопитающие. Возможно, именно ядовитость помогла первым из них не просто пассивно выжидать окончания эры динозавров, а активно бороться за жизненное пространство. Правда, и динозавры могли отвечать тем же: у пернатого мелового дромеозавра синомитозавра
Защитным ядом обладают некоторые рыбы (шипы), земноводные (кожа), птицы (перья) и млекопитающие. Среди рыб только саблезубая рыба-собачка
В большинстве позвоночные и беспозвоночные (медузы, морские улитки, осьминоги, скорпионы, пауки, насекомые) используют яд, чтобы укусом обездвижить свою жертву на время или навсегда. Яд — в большей степени орудие нападения, а не защиты, то есть еще одна инновация хищников. Неслучайно мы видим, что первыми его начали использовать именно хищники. Ядовитая железа появлялась в эволюции неоднократно и всегда сходным путем: этот орган развивается на основе челюстных желез благодаря всего нескольким мутациям соответствующего белка.
Нижняя челюсть плейстоценовой землеройки
Самыми известными ядовитыми хищниками являются змеи, которые, вероятно, унаследовали эту особенность от общего предка с близкородственными им ящерицами — варанами и ядозубами. В современном мире самым крупным ядовитым животным является комодский варан, а среди ископаемых — его шестиметровый австралийский родственник мегалания
Своего рода яд — сильные кислоты (например, соляную) и щелочи — использовали и хищники с иными, нефосфатными по составу, зубами. Правда, в ископаемой летописи такие зубы практически не встречаются, но зато прекрасно сохранились их следы.
Каждый из хищников изобретал своего рода бормашину — кто с помощью зубов, кто заточенными шипами на раковинах они приспосабливались проделывать аккуратные дырочки в панцирях своих жертв, впрыскивать туда яд или разжижающее вещество и выедать или высасывать готовое блюдо.
Начало этому 530 миллионов лет назад положили какие-то раннекембрийские животные, проедавшие и прокусывавшие еще не очень толстые раковины первых брахиопод и трилобитов. Мы не знаем, кто именно этим тогда занимался, но твердо знаем одно — хищник. С тех пор ни одно живое существо, под каким бы толстым панцирем оно ни укрылось, не может чувствовать себя спокойно. Сверлят раковины всех: и малоаппетитных иглокожих и брахио-под, и упитанных двустворчатых, брюхоногих и головоногих моллюсков. За последние полмиллиарда с лишним лет, то есть с момента появления первых сверлильщиков, их поле деятельности лишь расширялось, активность возрастала, а навыки совершенствовались. Судя по следам сверления, со временем хаотичные попытки проникнуть под панцирь в любом месте сменились на умелую осаду наиболее уязвимых участков — скажем, в местах смыкания створок или между разными по структуре слоями. В итоге на каждую удачную попытку добраться до сердцевины жертвы приходилось все меньше неудачных. Конечно, усиливалась и оборона: потенциальные жертвы выстраивали раковины из более прочных композитных материалов, обзаводились дополнительными ребрами жесткости и бугорками, просто делали раковину толще. В ответ новые поколения хищников еще углубленнее изучали свой предмет: в последние 140 миллионов лет все реже спасает даже усиленная известковая броня пятисантиметровой толщины.
Именно история дырок даже в большей степени, чем история зубов, клешней и прочих приспособлений для взламывания, прокусывания и дробления чужих защитных приспособлений, как показал палеонтолог Герат Вермей из Калифорнийского университета (Дэвис), позволяет выстроить историю хищников и столь зависимого от них остального мира. В ней четко выделяются три этапа: раннекембрийский большой эволюционный взрыв (540–515 миллионов лет назад), великая ордовикская радиация (480–450 миллионов лет назад) и мезо-кайнозой-ская эскалация (240 миллионов лет назад — ныне).
Один из крупнейших донных кембрийских хищников — членистоногое
В раннекембрийскую эпоху моря впервые наводнили многоклеточные хищники, быстро составив почти треть видового разнообразия кембрийского океана. В толще воды плавали большеглазые аномалокаридиды с огромными членистыми предротовыми придатками; гребневики с клейкими щупальцами; морские стрелки, или щетинко-челюстные, с парным набором мощных подвижных крюч-ковидных хватательных щетинок (их фосфатизировэнные ископаемые остатки называют протоконодонтами); позднее — конодонтоносцы и медузы. По дну сновали различные членистоногие с прокалывающими и ударными конечностями. Зарывшись в ил, на дне таились головохоботные черви: они резко выворачивали свои усаженные острыми крючьями хоботки и захватывали любого, кто по неосторожности оказывался на краю норки. Если у самых больших современных головохоботных — приапулид — размер ротового отверстия не превышает нескольких миллиметров, то у их раннекембрийских предшественников поперечник рта с режущими зубными пластинами достигал 20 сантиметров, а сами они, вероятно, вырастали до метра и больше длиной. О пищевых предпочтениях этих животных можно судить по содержимому их ископаемых желудков (кололитов) и испражнений (копролитов), остаткам трапезы в норке. Все это набито десятками ске-летиков хиолитов, трилобитов, кольчатых червей и других существ того времени.
Именно в кембрийском периоде гонка вооружений вызвала небывалое по темпам видообразование: скорость появления новых видов в кембрийских морях, по оценкам палеонтолога Майкла Ли и его соавторов из Университета Аделаиды, в четыре-пять раз превышала таковую во все последующие периоды. Ведь кембрийские хищники были первыми. Можно сказать, их зубами, когтями, челюстями и прочими хватательными придатками была выстроена сложная пищевая пирамида; часть животных, вынужденных искать убежище в грунте, взрыхлила его и тем самым способствовала проникновению в глубь осадка обогащенных кислородом вод, сделав его пригодным для жизни.
Под прессом хищников на дне среди тех, кого ели, оставалось все меньше пассивно лежащих животных — весь мир задвигался. Ведь не будешь двигаться — быстро съедят. Это не метафора: если в начале раннекембрийской эпохи доля подвижных донных организмов составляла менее 40 процентов, а нектонных (плавающих в толще воды) вообще не было, то концу кембрийского периода доля первых достигла 60 процентов, а вторых — 20 процентов (итого — 80 процентов). Значит, тех, кто вел себя слишком пассивно, и правда съели… Ну, не совсем всех, конечно. Просто сам мир стал на порядок разнообразнее, и опять же за счет хищников: ведь на любой рот всегда найдется рот побольше, а на него — еще больше, а… Эту закономерность уже хорошо представляли себе творческие люди Возрождения: известная гравюра фламандского художника Питера Брейгеля Старшего, которую ушлые торговцы своего времени, правда, выставляли под именем более продаваемого Иеронима Босха, так и подписана — «Взгляни, мой сын, я давно знаю, что крупная рыба пожирает мелкую». И показана на ней длинная пищевая цепочка, где из пасти самой большой рыбы торчит просто большая, у той — поменьше…
А чтобы спрятаться от больших глаз кембрийских хищников и не попасть в их большие зубы, оказавшись в конце концов в большом копролите, животные кембрийского периода изобрели защитную окраску. Даже не различая цвета их раковин и покровных пластинок, мы можем уверенно судить и об этом. Зоолог Эндрю Паркер из Музея естественной истории в Лондоне показал, что панцири и покровы у многих мелких членистоногих и кольчатых червей были покрыты тончайшими параллельными ребрышками: под преломленными в водной среде лучами солнца этот микрорельеф срабатывал как дифракционная решетка, превращая своих хозяев в радужно ярких, но расплывчатых, мельтешащих солнечных зайчиков непонятного размера. А именно оценка размера и направления движения — это основные параметры, по которым хищник оценивает, куда направляется жертва, и по зубам ли она ему вообще? Да и попробуй поймать солнечного зайчика…
В великую ордовикскую радиацию роль хищников, венчающих пирамиду, перешла к головоногим моллюскам, пока еще довольно медлительным из-за большой наружной раковины, и ракоскорпионам. Они уже достигали двухметровой длины против метровых кембрийских ано-малокаридид и головохоботных червей. Среди любителей мяса меньшей размерности преобладали конодонтоносцы, некоторые другие бесчелюстные позвоночные и первые рыбы; трилобиты; кольчатые черви, которые обзавелись жесткими челюстями (сколекодонтами); похожие на морских звезд иглокожие с выворачивающимся желудком; кораллы среди обитателей рифов. Потенциальные жертвы отреагировали немедленно. Их размер тоже вырос — почти на порядок по сравнению с кембрийскими предшественниками; в раковинах моллюсков появилась наиболее прочная структура — перламутр; брахиоподы обзавелись раковиной с шипами и гребнями, сложной линией замыкания створок; у морских лилий толще стала чашечка и тоже выросли шипы.
Своего рода переворот случился в конце девонского периода: закованные в тяжелые панцири бесчелюстные и внешне похожие на них акантодии и пластиноко-жие рыбы, а также ракоскорпионы, по сути, исчезли, и, воспользовавшись массовым вымиранием, связанным с падением уровня кислорода, среди позвоночных стали преобладать челюстноротые — хрящевые, лучеперые, ки-степерые и двоякодышащие рыбы, позднее «земноводные» и «пресмыкающиеся». Названия «земноводные» и «пресмыкающиеся» приходится заключать в кавычки, поскольку многие девонские позвоночные имели мозаичный набор признаков рыб и земноводных, а каменноугольные и пермские — земноводных, пресмыкающихся и даже млекопитающих. Этот полуводный на первых порах мир стал завоевывать сушу, вызвав и там гонку вооружений, в которую наряду с позвоночными включились скорпионы, пауки, другие хелицеровые, насекомые и различные многоножки.
Но настоящая эскалация вооружений пришлась на ме-зо-кайнозойский интервал земной истории, когда и появились самые быстрые и самые большие хищники планеты, как в океане, так и на суше. Хищники заставили двустворок уйти глубоко в грунт; хитонов и усоногих раков — выбраться почти на сушу, вбуравившись в прибрежные скалы или намертво приклеившись к ним; рыбу — летать (в середине триасового периода появились первые летучие рыбы). Число раковин со следами сверления достигло почти 100 процентов; правда, и успешно залеченных ран стало больше. В целом по сравнению со временем раннекембрийского большого взрыва доля животных с высокими темпами обмена веществ возросла с 30 до 70 процентов, а самих хищников — с 10 до 40 процентов. В океане то были костные рыбы, акулы и скаты; головоногие моллюски, полностью отказавшиеся от раковины — и не прогадавшие (кальмары, каракатицы, осьминоги); высшие раки с мощными клешнями (крабы, омары, лангусты) и ногочелюстями (раки-богомолы); морские звезды; улитки натициды и морские конусы и двустворки анома-лодесматы. На суше — насекомые и разнообразные земноводные, пресмыкающиеся, включая птерозавров и динозавров, позже птицы и млекопитающие.
Последним в гонку вооружений включился человек — суперхищник, которого и Брейгель поставил вспарывать брюхо своим рыбам, мелким и крупным.
Ордовикское море (485–443 миллионов лет). Плавающие хищники: конодонты, трилобит, головоногий моллюск ортоцератид; плавающие фильтраторы: гемихордовые граптолиты; донный хищник: трилобит; донные фильтраторы: морские лилии, ромбиферное, паракриноидное и эокриноидное иглокожие, брахиопода, мшанки. Художник Анастасия Беседина
Силурийское море (443–419 миллионов лет). Плавающие хищники: рыба акантода, ракоскорпион; плавающие фильтраторы: телодонт и гемихордовые граптолиты; донные хищники: кораллы ругозы; донные фильтраторы: бесчелюстные телодонт и остеостраки, строматопоратная губка; донный выедатель: моллюск хитон. Художник Анастасия Беседина
Девонское море (419–359 миллионов лет). Плавающие хищники: кистеперые рыбы с признаками земноводных тулерпетон и пандерихт, пластинокожие рыбы артродира и антиарх; плавающий фильтратор: листоногий рачок; донные хищники: пантопода, членистоногое миметастер и морская звезда; донные фильтраторы: брахиоподы спириферида и ринхонеллида, морские лилии. Художник Анастасия Беседина
Пермское море (299–252 миллионов лет). Плавающие хищники: аммонит, акула, лучеперая рыба; донные хищники: десятиногий рак; выедатели: правильный морской еж, брюхоногий моллюск; донные фильтраторы: морские лилии, брахиопода продуктида, мшанки; фотосинтетики: фораминиферы, обызвествленная водоросль. Художник Анастасия Беседина
Юрское море (201–145 миллионов лет). Плавающие хищники: кистеперая рыба целакант, головоногие моллюски аммонит и белемнит, ихтиозавр, костистая рыба, кокавикаридное ракообразное; плавающие полупаразитические фильтраторы: усоногие раки морские уточки и морские желуди; донные хищники: шестилучевые кораллы, десятиногий рак, брюхоногий моллюск; донные фильтраторы: двустворчатые моллюски гребешки и устрицы; фотосинтетики: двустворчатые моллюски рудисты. Художник Анастасия Беседина
Благодаря космическим телескопам CoRoT, Kepler, Herschel число открытых в других галактиках планет уже перевалило за 1200, хотя мы и не видим их воочию. В 2015–2025 годах НАСА, Европейское космическое агентство и иже с ними собираются запустить серию аппаратов, способных сфотографировать немыслимо далекие планеты и в деталях выяснить состав их атмосферы, по которому можно судить о наличии в других мирах жизни, хотя бы неразумной.
Уже сейчас можно представить, что нас ожидает на обитаемых планетах. Подобные планеты вращаются на таком расстоянии от своей звезды, которое позволяет сохранять воду на поверхности в жидком состоянии, а не в виде льда или пара. Вода и свет — два достаточных условия для появления фотосинтезирующих организмов: свет звезды — наиболее доступный источник энергии, а фотосинтез — выгодный способ использовать эту энергию для получения органического вещества. Мы привыкли, что фотосинтетики на Земле в основном — зеленые (цианобактерии, зеленые серные бактерии, большинство растений и некоторые одноклеточные, например эвгленовые): они отражают зеленую часть видимого спектра. Однако синие фотоны несут больше всего энергии, хотя и встречаются реже других (на них и охотятся наземные фотосинтетики), а красные фотоны хотя и менее энергоемки, но обильны. Поэтому многие морские водоросли поглощают красные фотоны — частицы других цветов, в том числе зеленые, до них просто не доходят. А наземным растениям они не выгодны энергетически, вот и отражаются обратно. Такая система работает, если звезда похожа на Солнце — относится к желтому классу G. Более горячие звезды (класс F) льют на планеты сильный синий свет, и тамошние фотосинтетики, отражая избыток света, будут казаться голубыми. Но большинство планет обитаемой зоны вращаются либо вокруг красных карликов (класс М), либо вокруг двойных и тройных звездных систем (например, G + М). На планетах в системе красного карлика, по мысли Джека О'Малли-Джеймса, астробиолога из Университета города Сент-Эндрюс, фотосинтетикам будет энергетически выгодно быть серыми или черными — поглощать весь свет, который до них дойдет, включая инфракрасный. Впрочем, фиолетовый оттенок им тоже будет к лицу. А вот в планетных системах двойных звезд можно ожидать живую природу буквально всех цветов радуги. Вряд ли одни и те же виды приобретут различные пигменты. Более вероятно, что естественный отбор заставит одни фотосинтетики приспособиться к свету карлика, а другие благоденствовать под лучами условного солнца. Поэтому вместо белой зимы и зеленого лета на таких планетах можно будет увидеть красную зиму и зеленое лето, а может быть, еще и черную осень: одни организмы будут разворачивать свои фотосинтезирующие органы, в то время как другие, наоборот, — увядать. Это зависит от взаимного расположения звезд в системе и параметров орбиты планеты. Вот где действительно положение звезд может судьбу предсказать. Хотя бы эволюционную…
Занятно рассуждать обо всем этом, восседая на кочке посреди тундры. Обитатели островка суши в бескрайнем океане болот поневоле наводят на космические фантазии своими необычными формами и расцветками, особенно если приложить щеку к теплой прошлогодней моховой подушке и представить их великанами. Вот тянется вверх розовый частокол извивающихся колышков тамнолии. По соседству белеют ветвистые рожки кладонии оленьей и похожая на многоэтажные грибы кладония шаронесущая. Последняя еще и рыжими шариками украшена. А чуть подальше развернула зеленые пластины, так напоминающие листья какого-нибудь дерева, пельтигера пупырчатая.
Все это лишайники — основа «растительного» разнообразия (2000 видов — больше, чем цветковых) Арктической тундры; главное же в том, что они вместе со мхами регулируют водный баланс и отчасти температуру в этих местах. Их цвет и форма обусловлены той же проблемой, с которой могут столкнуться обитатели многих экзопланет, — недостаток света. Вот и приходится лишайникам буквально выкручиваться, приобретая причудливые формы, лишь бы их фотосинтезирующеи части было хорошо. А значит, будет хорошо и другим жителям тундры, использующим их в пищу даже зимой (кладония оленья — это и есть известный «олений мох», или ягель) или для строительства гнезд.
На Земле лишайники в силурийском — начале девонского периода проявили себя подлинными первопроходцами весьма негостеприимной суши.
Так образно назвал в 1885 году лишайник известный физиолог растений Климент Аркадьевич Тимирязев на публичной лекции в московском Политехническом музее:
«…Понятно было изумление ботаников, когда несколько лет тому назад загадочное существо, подобно сфинксу, представляющее полное слияние совершенно разнородных и самостоятельных организмов, относящихся к двум различным классам, нашлось в природе». Речь шла об открытии 1867 года, когда профессор Петербургского университета Андрей Сергеевич Фаминцын предположил, что в этом организме соединились два разных существа: похожие на шарики органы, называвшиеся тогда гонидиями, способные существовать самостоятельно и размножаться спорами, подобно водорослям, и сплетения трубочек — гифы грибов. Сейчас их именуют фико-бионтом и микобионтом. Спустя 150 лет предположение Фаминцына полностью подтвердили микробиологи Эрик Хом и Эндрью Мюррей из Гарвардского университета: они поместили вместе пекарские дрожжи (сумчатый гриб) и хламидомонаду (одноклеточную зеленую водоросль); те тут же, не более чем за десять дней, объединились, чему способствовало то, что дрожжи поглощают глюкозу и аммиак (NH3) — продукты жизнедеятельности водоросли — и при этом выделяют углекислый газ, необходимый водоросли для фотосинтеза.
Во времена Тимирязева русские ученые полагали, что в основе такого сожительства именно взаимопомощь, поскольку идея «борьбы за существование» и эволюции ценой такой борьбы им явно не импонировала. Именно взаимную помощь среди животных (и людей) взял за основу своей, альтернативной Чарлзу Дарвину и Алфреду Расселу Уоллесу, эволюционной теории Петр Алексеевич Кропоткин. Труд князя-бунтовщика «Взаимная помощь среди животных и людей как двигатель прогресса» (1902 год) стал одним из основополагающих для всего движения анархистов.
Меловой риф, построенный двустворчатыми моллюсками рудистами (высота до 0,5 метра); Пиренеи, Арагон, Испания; 100-70 миллионов лет. Музей Сантьяго Лафарга, Барбастро
И нельзя не признать, что действительно в природе и помимо лишайников можно найти множество примеров теснейшего сожительства — симбиоза — двух и более организмов. Самый, пожалуй, распространенный случай — это микориза, или грибокорень, — единый, по сути, орган, неразрывное сплетение грибницы, основного тела гриба, и корневых волосков, где грибные нити — гифы — оплетают клетки растения или проникают в них и, влияя на растительные гормоны, изменяют под себя структуру корней. Корни большинства деревьев, кустарников и трав опутаны сетью настолько тонкой, что в объеме почвы размером с коробку сахара вмещается 600 километров ее нитей (чуть меньше расстояния от Москвы до Санкт-Петербурга). Гриб обеспечивает своего хозяина (на самом деле истинным хозяином положения является он сам) водой, перебрасывая ее потоки с увлажненных участков на сухие, и основными питательными микроэлементами — фосфором, азотом, магнием (поэтому ми-коризальные растения способны развиваться в засушливые сезоны и на очень бедных почвах). Самостоятельно растительные клетки зачастую получить доступ к этим элементам не могут: ионы крепко заперты в кристаллической решетке минеральных частиц, которую способен взломать только гриб. Сам же гриб довольствуется органическим веществом, произведенным растением при фотосинтезе.
Шестилучевые кораллы почти в пятнадцать раз быстрее строят свой известковый скелет на свету, чем в темноте, благодаря одноклеточным водорослям динофлагелля-там
Обитатели темных, но теплых глубин океана — 2,5-метровые трубчатые черви вестиментиферы рифтии
За счет той же группы бактерий вблизи черных курильщиков живут двустворчатые моллюски батимодиолы
А в океанской бездне изливают холодный свет рыбы, головоногие моллюски и многие другие существа, чтобы себя хоть как-то показать (призывные сигналы предназначены возможным брачным партнерам, угрожающие — врагам) или других посмотреть (светящиеся приманки используют хищники). Как правило, светящиеся органы— фотофоры, мерцают благодаря жизнедеятельности бактерий. Так, у светящейся каракатицы эупримны
Есть такие бактерии-сожители и у губок, причем они порой образуют до половины их клеточного «тела». Палеонтолог Йоахим Райтнер из Гёттингенского университета даже предположил, что губки произошли в результате слияния бактериальных колоний и воротнич-ковых жгутиконосцев… У последних симбиотические бактерии, как обнаружили цитолог Розанна Альгадо из Калифорнийского университета (Беркли) и ее коллеги, выделяют химические сигнальные молекулы, улавливая которые животное начинает образовывать колонии. А это ведь переход от одноклеточного состояния к многоклеточному…
Но тогда, получается, что все животные — не что иное, как «частично бактерии». Во всяком случае, те из них, кто перешел на растительную пищу: многие насекомые, некоторые рыбы и пресмыкающиеся, птицы (куро-образные, гуси, лебеди, ряд пастушковых и воробьиных, страусиные, а также самые большие птицы — вымершие мадагаскарские эпиорнисы и австрало-новозеландские динорнисы, или моа), парнокопытные, хоботные и даманы, морские коровы, зайцеобразные, а также большинство сумчатых, парнопалых и грызунов, ряд неполнозубых, приматов, даже хищных среди млекопитающих. Полностью растительноядным хищником является, например, большая панда, которая питается исключительно бамбуком. Объяснить это непросто. Ведь все ее родственники — и медведи, и еноты — хищники, и пищеварительная система у них для сугубо растительной диеты не очень приспособлена. У панды даже нет генов, которые кодируют ферменты, необходимые для переваривания клетчатки. А она все равно отправляет бамбук в желудок по 15 часов в день. Переваривается эта грубая пища, как выяснили Чжу Лифен и его коллеги из Института зоологии Китайской академии наук, благодаря секрету, который вырабатывается кишечными бактериями. И вообще этот хищник не хочет мяса: ген, ответственный за восприятие мясного вкуса, утратил у него свое предназначение.
Ветеринар Эдвард Стевенс из Университета Северной Каролины и зоолог Ян Хьюм из Школы биологических наук в Сиднее отметили, что небольшое число растительноядных среди рыб (рыбы-хирурги и попугаи, кефали, ги-релловые, отдельные карповые), пресмыкающихся (около ста видов черепах и ящериц — игуаны, агамы и сцинки) да и птиц, отсутствие их среди современных взрослых земноводных и, наоборот, значительное разнообразие среди млекопитающих связаны прежде всего с температурой тела и наличием органов, способных дробить грубую растительную пищу (глоточные зубы рыб, специализированные зубы и подвижные челюсти млекопитающих): микробном (так называют сообщество микроорганизмов, населяющих внутренность и поверхность тела) предпочитает жить как на курорте — получать все в измельченном и подогретом, желательно до 40 °C, виде. (Растительноядные динозавры и другие ящеры — это особая статья).
При отсутствии зубов, как у птиц, черепах и ящериц, используются гастролиты — специально проглоченные камушки, которые превращают желудок в своего рода шаровую мельницу. (Правда, находка гастролитов у ископаемых позвоночных не всегда является свидетельством их растительноядности: крупные водные формы использовали камни как балласт для погружения, например плезиозавры, да и современный нильский крокодил.) Поскольку птицы зубов лишились (чтобы облегчить вес), у них появились зоб — по сути, второй (а по положению — первый) желудок, где пища складывается про запас; железистый отдел желудка, выделяющий соляную кислоту и мощные пищеварительные ферменты (пепсиногены); мускульный отдел, перетирающий пищу благодаря ритмичным и частым — до 30 раз в секунду — сокращениям стенки. Размер тоже имеет значение: в маленькое тельце длинную кишку не уместишь, как ее ни складывай. Скажем, юные особи питающихся травой и листьями ящериц, пока не подрастут, чтобы вместить достаточно объемный кишечник, промышляют охотой. У всех растительноядных рыб, ящериц, черепах, птиц и млекопитающих кишечный тракт, особенно его задний отдел — либо большой, либо очень большой, в 10–20 раз превышающий длину тела (для сравнения: у хищных млекопитающих и человека — в 3,5–4,5 раза); у зерноядных и растительноядных птиц зоб и желудок — особенно вместительные. (У китообразных — кишечник тоже длинный, но им он достался от копытных предков.)
А все для того, чтобы в нем просторнее жилось бактериям, жгутиковым простейшим и грибам.
Получив свое, бактерии и прочие их сослуживцы не просто разлагают исходную клетчатку до удобоваримых короткоцепочечных жирных кислот (без которых также не усваиваются вода и натрий), но и превращают азотистые соединения в аммиак и белки, а также синтезируют витамины группы В. Еще они обеззараживают яды, которых в растениях, особенно в преобладающих ныне цветковых, бессчетное множество: и алкалоиды, и флавоноиды, и танины — все это растения, пытаясь защититься, предназначают как раз ненасытным потребителям растительности. Кишечная протеобактерия
Без кишечной микрофлоры остались бы на голодном пайке коалы и многие другие австралийские сумчатые: не только эвкалипты, но и ряд других растений самого маленького континента содержат обильные эфирные масла, а ведь это чистый яд. Да и не только сумчатые: физиолог и молекулярный биолог Фредрик Бекхед из Гётеборгского университета установил, что млекопитающие, лишенные кишечной микробиоты, вынуждены потреблять на треть больше пищи, чтобы не умереть с голоду.
Кишечный микробном не достается новорожденным и только что вылупившимся по наследству. Он всегда образуется заново: попадает с пищей, которой выкармливают родители, просто из внешней среды, если среда эта — водная. Многие виды добирают необходимые элементы микробиоты благодаря копрофагии: морские свинки, зайцы, слоны. Даже у мамонтят и молодых мамонтов в желудках были обнаружены следы копрофагии — созревшие споры навозных грибов
Лучше всего поставлено дело по перевариванию растительности у жвачных (олени, быки, овцы, козы). Благодаря рубцу, сетке и книжке — объемным складчатым отделам желудка, где обитают мириады микробов, в кишки попадает уже полностью расщепленная и сдобренная витаминами пища. Поэтому питательные вещества тут же всасываются и с потоками крови распределяются по всему телу. Правда, если пища окажется слишком грубой, начинаются запоры и прочие сложности вплоть до летального исхода. Кроме того, такое пищеварение требует больших объемов жидкости: у овец треть всей воды, содержащейся в теле, находится в кишечном тракте (у хищных и людей — не более 4 процентов). У хоботных и непарнокопытных (лошади, носороги) пища попадает прямо в желудок, где легко разложимые вещества усваиваются, а более грубые уходят в толстую кишку. Там мик-робиота кишечника с ними и расправляется. Поэтому способ пищеварения жвачных называется переднекишечным, а лошадей и слонов — заднекишечным. У первых, соответственно, самый объемный отдел — это желудок (252 литра у коровы), у вторых — слепая и толстая кишки (33 и 96 литров у лошади). Основу кишечной микробиоты у растительноядных животных составляют анаэробные бактерии, отчасти жгутикровые простейшие и грибы. Потому одним из конечных продуктов пищеварения у жвачных является парниковый газ — метан, у сумчатых — водород, а у людей — азот и углекислый газ.
Есть свой микромир и у растительноядных насекомых. Еще древние майя описали в эпосе «Пополь-Вух» муравьев-листорезов, цепочки которых с кусочками листиков в челюстях можно наблюдать по всем американским лесам от Аргентины до Нью-Джерси. 230 видов этих муравьев — подлинные хозяева лесов, где они образуют колонии до 10 миллионов особей. То, что муравьи кормятся отнюдь не листьями, а культивируют на них грибы «бе-лошампиньоны»
Непросто устроены и плантации у термитов и жуков-короедов: они тоже предпочитают переваривать неиссякаемые запасы древесной клетчатки с помощью грибов. Есть там и свои грибы-паразиты, например фибулари-зоктония
Симбиоз — удивительный механизм, с помощью которого организмы осваивают новые, еще не обжитые пространства. Благодаря симбиозу лишайники и микоризаль-ные растения более 400 миллионов лет назад (это возраст древнейших находок микоризы из окремнелого девонского наземного сообщества Райни в Шотландии) смогли выбраться из водной среды на негостеприимную сушу. Примерно в то же время предки вестиментифер, найдя себе правильных сожителей, обосновались у горячих глубоководных источников (в силурийском периоде они извергались на месте Уральского хребта). За прошедшие миллионы лет вестиментиферы настолько изменились, обретя необычный алый султан из сотен тысяч мелких щупалец в головной части, пару крыловидных лопастей в средней части и трофосому вместо органов пищеварения, что только с помощью современных методов молекулярной биологии удалось установить их близкое родство с сидячими многощетинковыми червями.
220 миллионов лет назад шестилучевые кораллы и другие крупные рифостроящие животные объединились с ди-нофлагеллятами (одноклеточные водоросли), чтобы возводить циклопические постройки рифов посреди «пустого» олиготрофного океана. В то же время морской растительный планктон благодаря вторичному и третичному симбиозу начал наращивать продуктивность. С ускорением темпов захоронения отмершей органики — а жизненный путь одноклеточных водорослей очень недолог — в атмосферу стало поступать больше кислорода, не востребованного для окисления этой органики в глубинах океана, и на суше появились млекопитающие, чья потребность в кислороде в шесть раз превышала таковую пресмыкающихся равной массы. Наконец при уровне кислорода, близком к современному, млекопитающие начали увеличиваться в размерах: появились копытные, хоботные и морские коровы, чей симбиоз с разнообразной кишечной био-той, в свою очередь, помогал им переваривать растительную пищу в больших объемах и еще больше набирать вес. И у всех млекопитающих этот симбиоз влиял на развитие мозга, включая его познавательные способности.
Если за сотни миллионов лет симбиоз меняет облик партнеров до неузнаваемости, то что могло произойти за миллиарды? Современник Фаминцына и старший брат известного писателя и философа Дмитрия Сергеевича Мережковского — Константин Сергеевич, бывший профессором Казанского университета, отметил, что диатомовые водоросли — тоже симбиотические существа — результат давнего слияния каких-то простейших и цианобактерий. Последние за время совместной эволюции и превратились в фотосинтезирующие органы всех водорослей и растений — хлоропласты, или пластиды.
Кроме того, какие-то бактерии стали предшественниками клеточного ядра. «…Настоящая моя работа, — заявлял К. С. Мережковский в книге "Теория двух плазм, как основа симбиогенеза, нового учения о происхождении организмов" (1909 год), — и составит предварительное изложение новой теории происхождения организмов, которую, ввиду того, что выдающуюся роль в ней играет явление симбиоза, я предлагаю назвать теорией симбиогенеза». «Новое учение» — весьма смело, хотя вполне созвучно русскому Серебряному веку, населенному «покорителями литературы», «председателями Земного шара» и просто «гениями». А «две плазмы» — это способная существовать без кислорода при высоких температурах и вырабатывать белок из неорганического вещества микоплазма и требующая органической пищи в насыщенных кислородом и умеренных условиях амебоплазма. Понятно, что первая по времени появления должна была предшествовать второй, а следовательно, Земля прошла через этап развития, когда ее единственными обитателями были бактерии.
В первой половине XX века теорию симбиогенеза развивал ботаник Борис Михайлович Козо-Полянский в Воронежском университете. Он допускал, что не только хлоропласты и средоточие всего — ядро, но и другие важные органеллы клетки — ее «силовые станции» — митохондрии, двигательный аппарат — ундулиподии (жгутики или реснички) — суть пришельцы, некогда бывшие самостоятельными организмами, то есть клетка — это сложный симбиотический организм! «…Полет воображения Мережковского приводит его к допущению, что… зеленые растения возникли от симбиоза бесцветных ядросодержа-щих клеток и мельчайших синезеленых водорослей, из которых последние дали начало хлоропластам… Без сомнения, многим такие спекуляции могут показаться слишком фантастическими, чтобы о них можно было упоминать теперь в приличном обществе биологов…» — откликнулся на труды основоположников теории симбиогенеза видный цитолог Эдмунд Уилсон, профессор Колумбийского университета.
Лишь к концу 1960-х с появлением электронной микроскопии, позволившей биологам заглянуть в самые дальние закоулки клетки, выяснилось, что русские биологические космогонисты оказались правы почти во всем. Правда, вспомнили о них не сразу. Биолог Линн Маргулис и ее коллеги из Массачусетского университета в Амхерсте в первых работах, доказывавших на новом уровне сим-биотическое происхождение митохондрий и хлоропла-стов, о предшественниках даже не вспомнили, хотя те печатались не только на русском. В 1990 году Маргулис, словно извиняясь, в статье для популярного журнала «The Science» воздала должное предтечам и вместо иллюстраций поставила репродукции биоморфных картин Василия Васильевича Кандинского, художника Серебряного века.
Что же показали микроскопия и биохимия? Митохондрии и хлоропласты отгорожены от цитоплазмы двойной мембраной (включая собственную внутреннюю мембрану), отделяющей их внутренний мир от остальной клетки, и в этом мире сохранилось свое уникальное наследственное вещество! Это личная ДНК, более сходная с ДНК бактерий, чем с ДНК клеточного ядра. Потому мы и используем теперь для выяснения родства разных организмов не только ядерную — свою — ДНК, но и мито-хондриальную. Последняя позволяет «зрить в корень» эволюционного древа. Пластиды, кроме того, наследуются независимо от ядерного генома клетки (что заметил еще Козо-Полянский): к примеру, это может быть синхронное с ядром деление (зеленые водоросли); распределение среди дочерних клеток многочисленных бесцветных пропла-стид, из которых начинают развиваться пластиды (эвгле-новые); обволакивание хлоропласта ядерной мембраной (бурые и золотистые). Существуют и различные механизмы сохранения митохондрий на последовательных стадиях жизненного цикла.
Главным возражением против теории симбиогенеза оставалось отсутствие случаев симбиоза между разными бактериями, поскольку строение их клеточных мембран не позволяет одному микробу поглотить другого, чтобы тот остался цел и невредим. В новом тысячелетии, однако, вьыснилось, что по крайней мере протеобактерии двух разных групп могут существовать одна внутри другой, делиться продуктами обмена веществ и даже обмениваться генами. А молекулярная биология поставила две жирные точки.
Во-первых, митохондрии — это не просто родственники неких бактерий, а прямые потомки альфа-протео-бактерий, использующих кислород как источник электронов для пополнения энергетических запасов клетки, то есть для синтеза АТФ путем окисления питательных веществ. Симбиогенез альфа-протеобактерии с другой бактерией или археей случился еще в бактериальном мире. За длительное, по меньшей мере два миллиарда лет, время сосуществования с хозяевами митохондрии передали примерно треть своего генного аппарата клеточному ядру. Поэтому среди генов ядра оказались чужеродные гены все тех же альфа-протеобактерий — например, те, что кодируют белки, устойчивые при высоких температурах.
Во-вторых, хлоропласты — это несомненные потомки свободно живущих цианобактерии. Сегодня даже можно указать, как это сделали микробиолог Луиза Фалькон и ее коллеги из Национального автономного университета Мексики, что эти цианобактерии были близкими родственниками одноклеточных шаровидных хроокок-ков — обычных обитателей пресных и соленых вод, нередко вызывающих их «цветение». Хроококки улавливают в дневное время азот, для чего используют запасенные ночью полисахариды и крахмал (немногие другие цианобактерии на это способны). Обретение фотосимбионта оказалось выгодным вдвойне: сразу — и органические запасы, и азотистые «удобрения». Но самое интересное даже не в этом, а в том, что симбиогенез у ряда водорослей имеет многоступенчатый характер, то есть одноклеточные организмы время от времени поглощали водоросли с симбиотическими цианобактериями — пластидами, и становились своего рода симбионтами второго уровня (например, эвгленовые, кокколитофориды и динофлагел-ляты), а то и третьего (скажем, водоросль
Время событий симбиогенеза можно определить благодаря ископаемой летописи. Альфа-протеобактерия стала симбионтом около 2,1 миллиарда лет назад: к этому уровню приурочены древнейшие остатки настоящих клеточных организмов, то есть эукариот. Одним из таких ископаемых является грипания
Примечательно, что именно в это время произошла «кислородная революция» — атмосфера и приповерхностные воды океана начали насыщаться кислородом. И если альфа-протеобактерии в кислородных условиях существовать могли, то археям и некоторым другим бактериям пришлось туго. Вероятно, поэтому они и обзавелись сожителем, поглощающим этот ядовитый для них газ и нейтрализующим его, отчасти превращая в энергетические запасы, необходимые хозяйской клетке. Одновременно это событие обеспечило будущих эукариот необходимыми запасами дешевой энергии (из всех возможных путей обмена веществ именно кислородное дыхание дает наибольший выход свободной энергии в пересчете на затраты по переносу одного электрона), без которых не могли бы появиться ни подвижные организмы, ни многоклеточные, даже крупные одноклеточные вообще. Тем более что среда все больше обогащалась кислородом.
Синтез различных хлорофиллов, которые содержатся в хлоропластах, тоже требует доступа к свободному кислороду как к окислителю. (Будь на Земле до сих пор бескислородная среда, предками хлоропластов могли бы стать зеленые серные бактерии.) Первые эукариоты с пластидами, тогда еще цианобактериями, начали появляться позднее: 1,8 миллиарда лет назад — одноклеточные зеленые водоросли, известные как докембрийские акритар-хи (у них развита жесткая трехслойная клеточная стенка, формировалась зигота — результат слияния половых клеток); 1,2 миллиарда лет — красные водоросли, мало отличимые от некоторых современных (длинные цепочки с ра-диально расположенными клетками, окруженными общей внешней оболочкой); 850–650 миллионов лет — многоклеточные зеленые с сифонокладальным слоевищем (многоядерные клетки, соединенные в ветвящиеся нити) и сифоновые желто-зеленые (кустистая на вид, но одна многоядерная клетка). Высокое разнообразие водорослей, вероятно, было обусловлено эволюцией хлоропластов уже в эукариотной клетке: они разделились на несущие хлорофилл
У архей есть ряд особенностей, сближающих с эукарио-тами: гены эукариот, задействованные в важных процессах— репликации, транскрипции и передачи информации для синтеза белков, — практически те же, что и гены архей; есть также сходство в иммунной системе. Среди архей, согласно молекулярным данным Тома Уильямса и Мартина Эмбли из Университета Ньюкасла, по ряду биохимических признаков наиболее подходят на эту роль обитатели горячих и кислотных источников, а также метанообразующие формы. То есть это именно такие группы, которые могли существовать в условиях повышенных температур и отсутствия кислорода, как было на Земле архейского времени.
Однако и бактерии обладают чертами эукариот, не замеченными у архей, — например, они способны синтезировать определенные жиры, а также важные белки, из которых строится клеточный скелет; у них есть орга-нелла, напоминающая ядро. Да и вообще их клетки много крупнее: бесцветная серная бактерия тиомаргарита
Существует уже более десятка гипотез, объясняющих, как появилось клеточное ядро, другие органеллы, которые не имеют прямых аналогов в мире бактерий. Кто ближе к истине? Не будем забывать о палеонтологической летописи, которая позволяет проверять на прочность многие идеи, и подождем нового технического научного прорыва. Благо теперь такие прорывы случаются каждые пять лет, и один из них происходит на наших глазах.
Но вернемся в конец XIX века. Не все были согласны, что гриб и водоросль в лишайнике получают от совместной жизни исключительно выгоду. «Естественнее будет предположить, что они [сторонники дуалистической природы лишайников] останутся
А теперь представим себе такой случай: человек съел кусок торта с толстым слоем крема, погладил десяток урчащих кошек, поцеловал отпечатанную миллионным тиражом копеечную иконку, проданную ему в церковной лавке за тысячу рублей, и выбросился в окно с седьмого этажа… Что управляло его поступками? Боги? Неведомые, но всесильные пришельцы? Собственный разум?
Ответ на этот вопрос лежит гораздо ниже головы. Но, увы, профессор Зигмунд Фрейд, совсем не в области половых органов и одноименных инстинктов. Оказывается путь к сердцу мужчины (равно как и женщины) и, что самое важное, к мозгу лежит через желудок. Именно там находится «микробный орган» — богатое и разнообразное сообщество из 100 триллионов (1014) бактерий, архей и других микроорганизмов (при том что собственных — человеческих — клеток во всем нашем теле насчитывается на порядок меньше), общей массой полтора-два килограмма, то есть равной массе мозга. В телах людей обосновались 40 тысяч видов микробов, которые располагают дву-мя-тремя миллионами генов — в сто раз больше, чем сам человек. Три четверти микробиома составляют фирми-куты (к ним относятся лактобациллы) и бактероидеты (бактерии, живущие без кислорода, — анаэробы), остальное — протеобактерии (например, кишечная палочка, сальмонелла, вибрионы), актинобактерии (прежние ак-тиномицеты) и некоторые другие формы. И все это непрерывно эволюционирует. От человека к человеку, даже если они здоровы (ну, относительно: абсолютно здоровых людей не бывает), микробные сообщества заметно отличаются. Есть свои микросообщества в ротовой полости, под мышками, в половых органах, под волосяным покровом головы, за ушами, в ноздрях, словом — везде. Но влияние «микробного органа» столь велико, что можно говорить о наличии в нашем организме управляющей оси «кишечная микробиота — мозг», как считает большая группа ней-робиологов, гастроэнтерологов и микробиологов, возглавляемая Джейн Фостер из Университета имени Макмастера в Гамильтоне, Маргарет Макфолл-Ги из Висконсинского университета и Полом Экбёргом из Медицинской школы Стэнфордского университета. В 2013 году это открытие, показавшее, что в нашем бренном теле есть еще один орган, равнозначный мозгу, было названо среди десяти крупнейших научных достижений по версии авторитетного журнала «Science».
Желудочно-кишечная микробиота буквально взращивается с молоком матери, которое, наряду с необходимыми младенцу лактозой и жирами, содержит совершенно ненужные ему олигосахариды. Они-то и предназначены для выкармливания бактерий. А когда они вырастают (в числе), то не только помогают своему вместилищу, считающемуся «хозяином», переваривать пищу и бороться с инфекциями, но и заботятся о себе, любимых. По мнению биопсихолога Атены Актипис из Университета штата Аризона, микробы способны управлять нашим поведением и настроением, изменяя параметры нервных сигналов в блуждающем нерве, влияя на вкусовые рецепторы, выделяя токсины, вызывающие плохое самочувствие, или химические «вознаграждения», чтобы нам стало хорошо. И если вы не видите напольные весы из-под складок своего живота (а то и подбородка), а вам все равно хочется съесть очень вкусный тортик, а потом еще и еще… это отнюдь не ваше «хотение».
«Кишечные бактерии очень влиятельны и разнообразны, — считает эволюционный биолог и программист Карло Мали из Калифорнийского университета (Сан-Франциско), — у них множество интересов, и если одни решают вопросы нашего питания, то у других — иные цели». Вырабатывая различные нейромедиаторы — сигнальные молекулы, которые влияют на работу эндокринной и иммунной систем или по блуждающему нерву, напрямую связывающему 100 миллионов нервных клеток кишечника с мозгом, поступают в гипофиз, гиппокамп, гипоталамус, миндалевидное тело и определенные участки коры, — кишечная микробиота склоняет весь организм не только к действиям, ведущим к ожирению: на ней лежит ответственность за рассеянный склероз, аутизм, приступы шизофрении, панические атаки, эпилептические припадки и маниакально-депрессивные психозы, что нередко может закончиться и суицидом. То, что бактерии легко находят с человеческими органами общий язык, — отнюдь не случайность: генетик Томислав Домаджет и его группа из Католического хорватского университета показали, что более трети из примерно 23 тысяч наших генов — общие с бактериями (еще треть мы разделяем с эукариотами в целом, 16 процентов — с животными, 13 — с позвоночными, 6 — с приматами, 0,16 — с неандертальцем), причем именно среди нашего бактериального генетического наследия запрятаны ключи к большинству заболеваний. Эти гены и реагируют на сигналы со стороны микробиоты.
И если так поступают «свои», то на что способны «чужие»? А ведь и такие в наше тело попадают. Например, споровик токсоплазма
Флегр ощущает себя своего рода зомби, и он не одинок. Мир зомбирован — видимо, давно и, вероятно, навсегда. В траве скачут кузнечики-зомби, на дерево взбираются муравьи-зомби, по листу ползет улитка-зомби, а на морском дне вынашивает потомство краб-зомби. Им только кажется, что они живут сами по себе, а на деле ими управляют споровики, грибы, волосатики и другие сожители. Неведомые хозяева заставляют кузнечика тонуть в луже, муравья притворяться налившейся соком ягодой, а улитку янтарку — яркими и полосато пульсирующими рожками приманивать к себе птиц, чтобы те их съели. А у самца прибрежного краба гемиграпса
Порой одна клетка, а то и меньше — вирус берет вверх над триллионами. «Подобно тому, как ученые отрабатывают действие новых препаратов на грызунах, токсоплазма отработала биохимические навыки управления на мышах и крысах — обычной пище кошачьих (грызунов начинает привлекать запах кошачьей мочи), — полагает эпидемиолог Джоанн Уэбстер из Имперского колледжа Лондона, — но тут подвернулись люди, любители кошек, и оказалось, что управлять ими ничуть не труднее». — «Мы не очень понимаем, как паразит верховодит высокоорганизованным хозяином, потому что не всегда умеем отличить обычное поведение от ненормального», — вторит ей физиолог Шелли Адамо из канадского Университета имени Далхаузи. Паразиты меняют поведение хозяев с помощью нейромодуляторов, подобных дофамину, норадреналину и серотонину, которые выделяются зараженными клетками и воздействуют на нейроны, влияют на иммунную систему и выключают определенные гены. В итоге если хозяин — мужчина, то он несколько глупеет, легче возбуждается и расстраивается, а если женщина, то она умнеет, становится приветливее и внимательнее к окружающим. Иногда паразиту выгоднее уберечь хозяина от лишних неприятностей. Тогда он превращается в своего рода телохранителя: например, под его воздействием зараженные самцы крыс становятся привлекательнее для самок. А все потому, что между инфицированными крысами токсоплазма может передаваться половым путем. К слову, и мужчины, подхватившие токсоплазмоз, в среднем оказываются мускулистее и на три сантиметра выше.
Согласно гипотезе специалистов по биоинформатике Александра Юрьевича Панчина, Александра Ивановича Тужикова и Юрия Валентиновича Панчина из Института проблем передачи информации РАН, опубликованной в престижном научном журнале «Biology Direct», людьми, склонными к религиозному экстазу, тоже управляет отнюдь не божественный промысел, а все те же паразиты, которые стремятся расселиться по наибольшему числу хозяев. Именно их воля заставляет тысячи верующих биться в экстазе, чтобы коснуться рукой или поцеловать какую-нибудь реликвию, совершить опасное паломничество или броситься в прорубь в лютый мороз.
Можно услышать, что при этом больные исцеляются, а здоровые только здоровее становятся. Это далеко не так: анализ микробиоты сакральных мест показывает, что там буквально кишат патогены, которыми заражаются люди, пытающиеся беспрекословно следовать правилам, связанным с исполнением культа. В бестселлере «Влюбиться в Венеции, умереть в Варанаси» Джефф Дайер так описывает один из храмов города Варанаси, почитаемого индуи-стами: «Прежде чем я был допущен во внутренний храм, мне пришлось зайти с ним [брахманом] в маленькую, вонючую часовню, где мой лоб помазали священной пастой. Тут же появился кто-то еще, другой жрец-вахтер, и, несмотря на мои протесты, нацепил мне на шею гирлянду из ноготков, которая и была, как оказалось, источником вони. Казалось, что ее замариновали в моче, а после оставили гнить на пару дней. За привилегию носить этот кошмар я, естественно, должен был заплатить…» И это не художественный вымысел, даже не преувеличение, а отражение реальной антисанитарии в одном из мест массового паломничества на берегу Ганга: как выяснили микробиолог Стив Хамнер из Университета штата Монтана и его коллеги, совершая в священной реке омовение, можно с вероятностью 66 процентов подхватить холеру, дизентерию, гепатит-А и еще с десяток весьма неприятных болезней. То же верно для многих «святых» источников, не говоря уж о бутылочках с тухлой «святой» водой. Особенно опасны больничные церкви и молельни.
Авторы гипотезы замечают, что такие микроорганизмы сродни всепроникающим мидихлорианам из киносаги «Звездные войны». Кто такие мидихлорианы, вынесенные Панчиным и коллегами в заголовок статьи? «Без мидихлориан жизнь не могла бы существовать, и мы не обладали бы знанием Силы. Целостность общается с нами, передает нам волю Силы. Когда ты научишься усмирять свой ум, ты услышишь, что они говорят тебе», — наставляет джедай Куой-Гон Джинн Энакина Скайуокера. (Кстати, по мнению психиатров, Скайуокер страдает пограничным расстройством личности, вот и обращается Дартом Вейдером.) А ведь религиозные фанатики именно усмирением ума и занимаются, нередко страдая шизофренией, эпилептическими припадками и другими психическими расстройствами.
Столетие назад казалось, что все эти грибы и бактерии исключительно вредны, а иммунолог Илья Ильич Мечников, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1908 год, работавший в Пастеровском институте в Париже, даже предлагал удалять людям прямую кишку, как источник болезней. И сейчас некоторые крупные микробиологи считают, что всех этих микробов нужно просто убить. Но вот тогда-то мы точно не выживем: некому станет переваривать пищу и снабжать организм необходимыми для работы мускулов, почек, сердца и мозга короткоцепочечными жирными кислотами; защищать нас от инфекций (по сути, вся иммунная система — это производное микробиоты); способствовать развитию кишечной выстилки и некоторых других тканей; приводить в порядок расшатанную нервную систему.
Треть необходимых организму молекул, которые с током крови разносятся по нашему телу, поставляет микро-биота. Без микроскопических существ мы и другие млекопитающие не сможем, видимо, и мыслить. Не исключено, что своим эволюционным успехом позвоночные, в отличие от беспозвоночных, обязаны именно разнообразному и обильному микробному. И чем он разнообразнее, тем больше и умнее мозг: в кишечнике свиньи и коровы обитают 350 видов бактерий, у человекообразных обезьян — 9 тысяч, у человека — 40 тысяч. Например, дети, рожденные естественным путем — через влагалище, получают от матери необходимые им лактобациллы, а извлеченные из утробы с помощью кесарева сечения, наоборот, приобретают в основном стафилококки и акинеты, причем в опасных для здоровья количествах, что нередко приводит к нарушениям в развитии центральной нервной системы.
Опыты на мышах и свиньях со стерильным кишечником показали, что такие животные обучаются гораздо хуже, а виной тому недостаток некоторых химических соединений, которые выделяются микробиотой и стимулируют нервную систему. И тогда спасает то, что медики называют «фекальными трансплантатами», — образцы чужих, но более здоровых микробиомов. В любом крепком коллективе — от семьи до бригады слесарей или членов крупной издательской корпорации — мы сближаемся благодаря тому, что наша личная микробиота становится все более общественной — через совместные трапезы, поцелуи, половые отношения (включая знаменитую сигарету на двоих после постельной сцены) или тим-билдинг. (Точно так же своими жидкими выделениями обмениваются общественные насекомые — пчелы, термиты — и оказываются менее подвержены нашествиям паразитов.) Даже паразитические черви порой спасают: заражая человеческий организм личинками круглых червей
У людей состав микробиоты, как показали исследования биомедика Тани Яцуненко и ее группы из Университета имени Вашингтона, меняется в зависимости от местной диеты, но только с возрастом: рождаются все — и жители набитого «макдоналдсами» Нью-Йорка, и обитатели амазонской сельвы, и малавийские селяне — со сходным набором микроорганизмов. Вот только у горожан, принимающих так называемую «западную диету» — излишне жирную и сладкую пищу, микробиота утрачивает разнообразие. Неприятности поджидают тогда, когда человек сам начинает вредить своему микрообиому (кесарево сечение, молочные смеси, диеты или изнурительный пост, алкоголь, дезодоранты, хлорированная вода и так далее), и тот, разумеется, отвечает «взаимностью».
Ситуация как в любом современном государстве: пока отношения между всеми равные, все развивается к лучшему, но, когда одна отдельно взятая ветвь власти или партия зарывается, мы имеем то, что имеем… Князь Кропоткин об этом тоньше и умнее выразился: «Когда учреждения Взаимопомощи… начинали… терять свой первоначальный характер, когда в них начинали появляться паразитные, чуждые им, наросты, вследствие чего сами эти учреждения становились помехой прогрессу, тогда возмущение личностей против этих учреждений принимало двоякий характер. Часть восставших стремилась к очищению этих учреждений от чуждых им элементов, или к выработке высших форм свободного общежития, основанных, опять-таки, на началах Взаимной Помощи… другая часть тех же личностей, восставших против закрепившегося строя, пыталась просто разрушить охранительные учреждения взаимной поддержки, с тем чтобы на место их поставить свой собственный произвол и таким образом увеличить свои собственные богатства и усилить свою собственную власть».
Не будем придаваться унынию: живем мы все вместе давно и по большей части счастливо. Ведь и счастливые браки, возможно, заключаются не на небесах, а в кишечнике…
Микробиолог Жиль Шарон и ее коллеги из Тель-Авивского университета обнаружили, что если группу фруктовых мушек — дрозофил — разделить на две части так, чтобы личинки одних из поколения в поколение питались смесью на основе патоки, а других — крахмалом, то через несколько поколений мушки, взращенные на патоке, будут искать себе партнеров преимущественно среди «однокашников». И так же станут поступать дрозофилы, вскормленные крахмалом. А все дело в микробиоте: у первых кишечник населен протеобактерией вольбахией
Значит, эволюционирует не вид как таковой, а целая совокупность видов, поселившаяся под одной оболочкой? Микробиолог Юджин Розенберг, возглавляющий ту самую группу, где работает Шарон, так и решил: единицей эволюции является не вид как совокупность популяций, а го-лобионт, то есть вид со всей присущей ему микробиотой, который вместе с ней обладает единым гологеномом. Так и живем мы сложной общественной жизнью с исключительно богатым внутренним миром и эволюционируем этакой многоступенчатой матрешкой, не будь которой никогда не появились бы на свете гигантские существа. Самые-самые…
Берег динозавров существует на самом деле. Если выйти к морю ранним утром, можно заметить скопления устричных раковин, завитки улиток, змеехвосток, застывших в нелепых позах. Прямо по ним разбегаются трехпалые следовые дорожки: следы поменьше — с нашу ладонь — оставили легкие охотники вроде компсогна-та (
Остается засесть где-нибудь повыше на обрыве (для безопасности) и подождать, пока они придут снова. Однако бояться некого: гиганты не вернутся ни днем, ни вечером, ни даже ночью…
Последний раз они выходили сюда, когда этот пляж был краем заболоченных лагун, заросших лесом из араукарий и гинкго с подлеском из беннеттитов, хвощей и папоротников, — 150 миллионов лет назад, в конце юрского периода. Сейчас — это южный берег Бискайского залива, протянувшийся от центра Астурии Хихона на западе до очень небольшого, но очень симпатичного городка — Рибадеселья на границе с Кантабрией, и по следам динозавров весело прыгают девушки в «монокини» (бикини включает два предмета одежды, а монокини — один), а в «ванны», вмятые завроподами, набивается по нескольку человек, чтобы провести фотосессию. Место юрской растительности заняли пришлые эвкалипты, а гинкго и араукарии можно увидеть лишь в парке Музея юрского периода Астурии, выстроенного в виде огромного трехпалого следа на горе над пляжем.
Конечно, одной массы динозавра для образования окаменевших следов недостаточно: нужно, чтобы «раствор», то есть жидкий ил, где вязли ящеры, быстро схватывался. В юрских условиях Астурии такими цементирующими ингредиентами выступали либо известковые частички — приносимые морем остатки мельчайших известьвыделяю-щих организмов, — или вулканический пепел. В зависимости от массы динозавра и степени отвердения илистой поверхности могли появиться просто отпечатки лап разной глубины и четкости или оплывшие ямки в подлежащем, более глубоком, слое осадка. В последнем случае вместо трехпалой ступни нередко пропечатывалась лишь ее осевая часть, напоминавшая след гигантского человека (фотографиями подобных находок любят иллюстрировать графоманские опусы всякого рода ниспровергатели «официальной» науки). Со временем застывшие вмятины от динозавровых лап засыпались следующим слоем осадка, который, застыв, мог оказаться более твердым, и теперь, после разрушения относительно мягкого вмещающего слоя, на пляже проступают цепочки трехпалых «грибов». Такие образования называются «слепками». Следы динозавров, хотя и позволяют определить своих хозяев лишь в общих чертах (завроподы, стегозавры и так далее), служат важным источником сведений об этих животных. Можно «проследить», как вели себя динозавры, кто жил стаями, а кто — парами или в одиночку, с какой скоростью они передвигались и сколько весили.
Расчеты массы завропод, сделанные по замерам следов, а также по обмерам наиболее полных скелетов и костей с последующим масштабированием — в последние годы с помощью SD-фотограмметрии на основе лазерного сканирования — показывают, что это были самые большие и тяжелые создания из всех, когда-либо ступавших по суше. Масса жираффатитана
Даже при наименьших цифрах — 12–15 тонн — завроподы весят больше, чем самые крупные наземные млекопитающие — вымерший носорог индрикотерий
Из современных животных, живущих на суше, африканский слон имеет почти предельную массу, чтобы его внутренности не сварились. Именно поэтому он лишен волосяного покрова; ноги у него — длинные, чтобы увеличить поверхность испарения, подошвы — широкие, чтобы тепло оттекало в грунт; в верхней части черепа расположены обильные воздушные полости, предохраняющие мозг от теплового удара; а огромные уши пронизаны тончайшими протяженными капиллярами, где охлаждается кровь. Часто взмахивая ушами, слон ускоряет этот процесс, и остывшая кровь растекается по всему телу.
Одно время думали, что завроподы, будучи также самыми длинношеими
Однако наследили завроподы по большей части не под водой. В изотопном составе их костей нет и намека на водный образ жизни. Короткий, по сравнению с шеей и хвостом, и выгнутый дугой спинной отдел позвоночника, словно арка в архитектуре, служил для снятия нагрузки на всю конструкцию скелета, который поддерживался двумя сближенными парами конечностей (это как раз по следам видно), и облегчал работу спинной мускулатуры, стягивая связки. Мощные связки имели дополнительные крепления на далеко отходящих вверх невральных отростках позвонков и встречающихся только у динозавров шевроновых отростках. В свою очередь, суставные поверхности конечностей, чтобы смягчить давление массы, несли мощный слой хряща, и, следовательно, вся конструкция была пригодна для передвижения по суше. При такой мощной и одновременно изящной конструкции завроподы не только крепко стояли на земле, но могли даже совершать пробежки (что опять же видно по следовым дорожкам). Но что же спасало гигантов от перегрева?
Следы юрских завропод (диаметр 1,3метра); Греческий пляж, Астурия, Испания; 160–150 миллионов лет
То, что отличает их от прочих обитателей суши, — очень длинная шея и хвост. Эти органы создавали значительную дополнительную площадь для испарения влаги, то есть для охлаждения: у жираффатитана площадь поверхности шеи достигала 21,5 квадратных метра, хвоста— 16,5, у диплодока — 10 и 19 соответственно. Конечно, такой шеей, как слоновьими ушами, не помашешь, но пока кровь протекает по длиннющей сонной артерии, она тоже охлаждается, особенно если вытянуть шею по ветру. Потому у самых крупных завропод, таких, как жираффа-титан и диплодок, шеи и хвосты не просто длиннее, чем у ближайших «мелких» родственников — 15-метрового камаразавра
По мнению палеонтолога Мартина Зандера из Боннского университета, можно сказать, что вся эволюция завропод тянулась вслед за шеей. А куда тянулась шея? Конечно, за зеленью. Несмотря на простоту, зубной аппарат этих ящеров был достаточно разнообразен (не только гладкие «колышки», но и зазубренные «клинышки», замещавшиеся новыми каждые 35–60 дней у разных видов): одни могли счищать, как грабилкой, иголки с веток араукарий, другие — срезать метелки хвощей, третьи — обрывать листья гинкго и папоротников. И все это не сходя с места. Зачем двигаться, если шея позволяет дотянуться куда угодно? А если меньше двигаться, то и энергии тратится меньше: до 80 процентов, как показали расчеты на длинно- и короткошеих моделях жираффатитана. Правда, лебединой грациозностью завроподы не обладали: шеи у них не выгибались (сочленение позвонков было жестким), а перемещались как единая конструкция, наподобие стрелы башенного крана (или шеи жирафа).
К тому же не так долго нужно обрабатывать пищу: собирай ее и отправляй, не жуя, в объемный кишечный тракт (для жираффатитана, например, его расчетная масса составляет 2,5 тонны). В кишечнике температура при подобных объемах тела поддерживалась достаточно высокая, чтобы бактерии все сбродили. Вполне возможно, что гигантизм завропод был необходимым условием длительного переваривания иголок араукарий и ногоплод-ников, а также листьев папоротников и хвощей, не слишком богатых белками по сравнению с покрытосеменными (с последними из распространенных мезозойских растений может сравниться лишь гинкго). Чтобы отправить все это в желудок достаточно небольшой головки, у жирафа, например, который в три раза ниже жираффатитана, череп не намного короче: 0,7 против 0,8 метра. Млекопитающему требуется тщательно пережевывать пищу, а потому необходимы сложный зубной аппарат и жевательная мускулатура, которая должна к чему-то крепиться.
Остаются две проблемы, связанные с длинной шеей. Первая из них известна как проблема дыхательной трубки: с длинной дыхательной трубкой можно погрузиться в море, но до определенного предела: в какой-то момент грудные мышцы просто не смогут помочь легким вдохнуть воздух. При такой длине трахеи, как у завропод, ящеры тоже могли столкнуться с проблемой дыхательной трубки. И чтобы решить ее, научились дышать по-птичьи: обзавелись легкими и воздушными полостями, которые создают потоки свежего воздуха и на вдохе, и при выдохе. Конечно, окаменевших легких никто никогда не находил, и вряд ли такое случится. Но и скелет может о многом поведать: позвонки и отчасти ребра завропод были пневматизирова-ны, то есть вмещали воздушные полости, которые и запасы воздуха создать позволяли, и вес ящера облегчали (на 10 процентов), и опять же рассеивали избыточное тепло. Именно поэтому в оценке массы жираффатитана наблюдается такой разброс — от 30 до 75 тонн. В первом случае пневматика скелета учитывается, во втором — нет. Вероятно, помогало завроподам дышать и повысившееся в середине юрского и меловом периодах содержание кислорода в атмосфере. Именно тогда они процветали на всех континентах, наплодив по меньшей мере 175 родов (четверть общего разнообразия динозавров).
Вторая проблема — кровяное давление. У жирафа, который в два раза ниже своего титанического тезки, самое высокое давление — 380 на 240 миллиметров ртутного столба. Чтобы его поддерживать, этому копытному понадобилось 11-килограмовое сердце с утолщенной мышечной стенкой левого желудочка (сжатие этой мышцы создает необходимое давление), бьющееся с частотой 150 ударов в минуту, и еще ряд особенностей: кровь более вязкая и несет больше эритроцитов, конечности обтянуты плотной сдавливающей шкурой, в мозге развита особая сеть тонких артерий. При всем том жирафу нельзя слишком быстро вскакивать на ноги — иначе он тут же упадет в обморок из-за недостачи крови в голове, а дышать приходится с частотой 20 вдохов в минуту (даже мы дышим реже — 10 вдохов в минуту). У завропод мозг, конечно, был намного меньше жирафьего, что отчасти облегчало задачу. Но так или иначе, кровь в голову загонять необходимо, хотя бы для ее периодического охлаждения в шее. Пока скелет этих ящеров не был еще достаточно изучен, не исключалось даже, что у них могло быть несколько последовательно расположенных сердец. Однако работу такого насоса практически невозможно синхронизировать, без чего он бесполезен. Расчеты массы органов жираф-фатитана, сделанные Хансом Кристианом Гунгой и его коллегами из Центра космической медицины в Берлине, предполагают, что тело этого ящера вмещало 200-килограммовое сердце и легкие объемом без малого 3 тысячи литров, что при частоте дыхания 3,5 вздоха в минуту позволяло получать ему более 200 литров кислорода в час. Вполне могли разместиться в его теле и более крупные органы. Само сердце было, вероятно, четырехкамерным, как у птиц. Если добавить к этой системе некоторые ноу-хау завропод (воздушные мешки) и жирафа (иная вязкость крови и концентрация клеток), а также утолстить стенки артерий и добавить на подошвах подушечки для аккумуляции крови, которые при сжатии (соприкосновении с грунтом) выталкивают кровь вверх (как у лошадей), то вполне можно получить животное с верхним давлением 600–750 миллиметров ртутного столба и без застойных явлений в конечностях.
Некоторые ноу-хау завропод использовали и летающие ящеры: меловой кецалькоатль
Большие размеры растительноядных ящеров позволяли им быть недосягаемыми и для самых крупных хищников, которые когда-либо ходили по поверхности планеты, — тероподных динозавров. 12,5-метровый (в длину) тираннозавр
Сегодня в самые большие хищники среди наземных тварей прочат спинозавра
С 1930-х годов, когда немецкий барон писал свои работы, кости спинозавра и других спинозавридов обнаружены не только по всей Северной Африке, но и в Европе, Южной Америке, Восточной Азии и Австралии. По соотношению стабильных изотопов кислорода выяснилось, что спинозавриды были в основном пресноводными животными и питались преимущественно рыбой. Другая методика — компьютерная томография, сопряженная с моделированием распределения нагрузок на кости черепа, позволила предположить, что длинное крокодило-подобное рыло спинозавра и использовалось по-крокодильи — для ловли добычи в воде. Охотился ящер не только на речных обитателей — попасться ему в зубы могли и пришедший на водопой игуанодон, и даже пролетавший низко над водой в поисках рыбы птеродактиль. Остатки этих позвоночных действительно извлечены из «желудка» динозавра; сам желудок, конечно, не сохранился, но уцелело в виде чешуи и костей его содержимое. Новые находки окаменелостей подсказывают, что ребра у спинозавра были плотные и сильно выгнутые: они придавали туловищу необычную для теропод бочкообразную форму. Шея вытянутая, череп просто огромный: предположительно до 1,75 метра (если это так, то этот ящер был самым головастым из всех земных существ). Однако челюсти, опять же по сравнению с другими тероподами, — неожиданно тонкие и длинные, на конце морды загибающиеся внутрь и покрытые крошечными ямками. Кроме того, верхнюю челюсть укрепляет вторичное костное нёбо — еще одно сходство с крокодилами. Передние конечности и плечевой пояс большие и мощные, а задние — непропорционально короткие и тонкие… И как же все это выглядело?
Чтобы ответить на вопрос, палеонтологи из Чикагского университета и Миланского музея создали цифровую реконструкцию динозавра: на томографе отсканировали каждую имевшуюся в наличии спинозавридную кость и добавили изображения частей скелета с фотографий и зарисовок Штромера (сами находки вместе с музеем в апреле 1944 года были уничтожены англо-американской авиацией). В некоторых случаях пришлось масштабировать размеры костей, принадлежавших молодым особям, так, чтобы они подходили взрослым, а недостающие фрагменты были воссозданы с помощью компьютерной программы «цифровая глина», исходя из замеров скелетов, принадлежавших близким родственникам спинозавра — зухомиму
Исследователи Франсуа Террьен и Доналд Хендерсон из Королевского музея палеонтологии имени Туррелла в Драмхеллере (Канада) опубликовали недавно статью с детским названием «Моя теропода больше, чем твоя… или нет». Суть заметки в том, что в погоне за очередной сенсацией специалисты по динозаврам нередко пренебрегают скрупулезным анализом данных, особенно это касается «скучных» расчетов реальных размеров скелетов, от которых редко остается более трети всех костей. Пересчитав размеры динозавров по наиболее полно сохранившимся скелетам и черепам, палеонтологи выяснили: 12,5-метрового в длину и 10-тонного массой тираннозавра рано свергать с пьедестала. А спинозавр вряд ли вырастал больше чем на 12,5 метра в длину и весил около 11 тонн. Впрочем, другой ящер, открытый в Ливийской пустыне все тем же Эрнстом Штромером, мог быть и покрупнее: расчетная длина кархародонтозавра
Из-за высоких темпов обмена веществ уступающие динозаврам в размерах млекопитающие столкнулись с большими проблемами, чем ящеры. При соотношении размеров тела, как у завропод, когда родители детей просто физически почти не видят, заботиться о них и не требовалось: отложить яиц побольше (предположительно 200–400 штук в год по 15–30 пятилитровых яиц в кладке), прикопать их (что завроподы и делали, судя по заполнению гнездовой ямки осадком) — глядишь, кто-нибудь да вырастет. И ведь вырастали! Своих исполинских размеров завроподы достигали хотя и не слишком быстро — за два-три десятилетия, но достаточно споро (о скорости роста говорит отсутствие перерывов в наслоениях ткани костей конечностей в этот период), нагуливая по нескольку тонн в год: ведь из 10-килограмовой «ящерицы» должен был получиться 50-тонный ящер. То есть масса «младенца» составляла 0,0005 процента массы взрослого, тогда как у плацентарных млекопитающих — от 0,001 процента (большая панда) до 30 процентов (дельфин), что означает относительно длительную беременность, выкармливание новорожденного и посильную заботу о нем до определенного возраста. У африканского слона, единственного современного наземного млекопитающего сравнимой с динозаврами величины, беременность длится 22 месяца, выкармливание — 2 года, а забота о слоненке — до 15 лет (потому более одного отпрыска раз в 3–7 лет у них не случается).
При столь энергетически затратной жизни млекопитающим требуется гораздо больше пищи на единицу массы, чем пресмыкающимся и, вероятно, динозаврам: анаконде достаточно восполнить в день 0,0013 процента своей массы, слону в тысячу раз больше, а кроту в 100 тысяч раз. И до беспредельных размеров, подобно завропо-дам, им не дорасти при всем «желании». Среди травоядных млекопитающих африканский слон живет на грани допустимой размерности: чтобы прокормиться, он вынужден пастись почти круглые сутки (80 процентов своего времени). Вот если бы в сутках было бы больше 24 часов… Но тогда задача прокормиться уперлась бы в площадь пастбища.
Самые большие травоядные млекопитающие живут на самых обширных «пастбищах» — на континентах. В Африке и Южной Азии это слоны (7 тонн), гиппопотамы (4,5 тонны), носороги (4 тонны), жирафы (1,2 тонны), буйволы (1,2 тонны), канны (1 тонна) и лесные антилопы (0,8 тонны); в Северной Евразии (здесь и далее придется захватить доисторическую эпоху — хотя бы последние 20–50 тысяч лет) — мамонты (10 тонн), эласмотерии
Хищники, конечно, уступают травоядным в размерах примерно на порядок и на многих континентах представлены большими кошками — тигры (400 килограммов), «пещерные» львы (380 килограммов), львы (230 килограммов), ягуары (135 килограммов), леопарды и пумы (по 100 килограммов), а также их саблезубыми родственниками — смилодонами и гомотериями (400–500 килограммов) и медведями — белым (1000 килограммов) и короткомордым (только в Северной Америке, 800 килограммов). Лишь в Австралии эту нишу заняли ящерица — гигантский варан
Сокращение в размерности «топовых» травоядных млекопитающих Южной Америки и Австралии, а также замещение хищных плацентарных сумчатыми, но в большей степени рептилиями и птицами связано не только с независимой историей этих континентов, но и с их малыми размерами. По сути, это уже почти острова, особенно Австралия, значительную часть которой занимают пустыни: растительность здесь не настолько обильна, чтобы поддерживать самодостаточные популяции крупных млекопитающих (не менее 10 тысяч), и большим активным хищникам не хватает жертв правильной размерности.
Скажем, при объеме водной массы озера Лох-Несс, учитывая олиготрофный, «голодный», паек, на который были бы посажены монструозные обитатели этого водоема — 0,0019 пищевой частицы на кубометр, общая биомасса лохнесских чудовищ может быть оценена в 15,5 тонны, или 10 взрослых и 150 молодых особей, что для поддержания здоровой популяции недостаточно, а для того, чтобы они оставались «невидимыми», — слишком много. (После посещения Шотландии появилась, правда, у меня одна идея: несси живут в горах, а к озерам спускаются лишь для метания икры; вылупившись, молодь сразу устремляется в Хайлендс, где пищей им служат овечки, клонируемые из Долли в тайниках Рослинской часовни, прославленной в том числе и романом Дэна Брауна «Код да Винчи».)
Миоцен-плейстоценовые наземные животные и растения Южной Америки (10-2 миллиона лет). Растения: бразильский орех, травянистая лиана традесканция; растительноядные: бабочки, гигантский ленивец, литоптерн макраухения, глиптодонт, литоптерн тоатерий; хищники: сумчатые млекопитающие аргиролаг и тилакосмил. Художник Анастасия Беседина
На островах слонов не было. Точнее, не было в привычном понимании, как больших серых созданий с огромными ушами, поскольку острова — это весьма ограниченные «пастбища». Вот и паслись на них вместо слонов только слоники, причем на каждом — свой. Речь идет о времени 200-10 тысяч лет назад, когда на Мальте, Сицилии, Сардинии, Крите, Кипре, Родосе, совсем крохотном Дилосе обитали слоны массой не более 200 килограммов (а то и всего 90 килограммов) и до 1,2 метра в холке ростом. Иногда, как на Мальте, то могли быть несколько видов слоников, но жили они в разное время, и предком каждого из них был большой слон с материка. И чем меньше был остров, тем меньше был слон. То же самое происходило с мамонтами (на островах Врангеля, Санта-Роза в Калифорнии и на Крите, 300-1000 килограммов), гиппопотамами (Кипр, 200 килограммов), гигантскими ленивцами (Эспаньола и Куба, 150 килограммов), большероги-ми оленями (Крит и Сардиния, рост в холке 0,6 и 1 метр вместо 2,1 метра), даже людьми. Примером тому «пигмей-питекантроп»
Хищные пресмыкающиеся и сумчатые млекопитающие получают преимущество в островных условиях, поскольку у них замедленный обмен веществ. Варану или крокодилу достаточно отобедать раз в несколько месяцев, а то и в два года. Скажем, анаконде нужно в 215 раз меньше пищи в день, чем льву, в пересчете на килограмм массы, и в среднем условный остров может обеспечить пищей в шестнадцать раз более крупную растительноядную рептилию (и в пять раз — плотоядную), чем млекопитающее тех же пищевых предпочтений. Вот пресмыкающиеся и занимали ниши крупных хищников, соответственно увеличиваясь в размерах. Так, на пигмеев с острова Флорес охотился гигантский комодский варан (70 килограммов) — уменьшенная копия мегалании; Комодо — это небольшой островок к западу от Флорес, где ныне разбит национальный парк — последнее прибежище этих ящериц.
Подрастали и растительноядные пресмыкающиеся и птицы: на многих островах жили исполинские (до 250 килограммов) черепахи (маскаренские и балеарские вымерли, а некоторые сейшельские и галапагосские еще доживают свой век) и огромные, под 3,5 метра высотой птицы (эпиорнис с Мадагаскара — 440 килограммов, гигантский моа с Новой Зеландии — 117 килограммов, нелетающий голубь дронт с Маврикия — 19 килограммов, гигантский гусь на Гавайях и лебедь на Мальте). К этой же категории можно отнести и птерозавра-переростка хацегоптерикса
Карликовые слоны
Иногда метаморфозы роста происходили и с плацентарными млекопитающими — в тех группах, которые на континентах размером не отличались: на Крите жила 11-килограммовая выдра, а на Сардинии— 15-килограммовая лисица, нередко встречались гигантские насекомоядные и грызуны. Однако эти острова были не самые маленькие, и обычно небольшие хищники заняли место отсутствующих крупных.
Хищников ограничивает все-таки не столько площадь, сколько наличие достойных жертв. Можно льву, конечно, побегать и за зайцем, но энергии уйдет столько же, сколько на погоню за буйволом, а восполнить ее растраченные запасы зайчатиной не удастся. А ведь жизнь у хищника в два раза более энергетически затратная, чем у соразмерного травоядного. Потому хищные млекопитающие резко делятся на два размерных класса: на тех, кто довольствуется добычей менее 2 килограммов, и тех, кто выбирает жертву более 10 килограммов. Как показали расчеты Криса Кэрбоуна и его коллег из Института зоологии в Лондоне, самый мелкий из крупных в 2,3 раза больше самого крупного из мелких. Отличаются они и поведением: мелкие (куньи, псовые, гепард) — преследуют добычу, а крупные (большие кошки, медведи) — в основном нападают из засады и долго отдыхают, прежде чем снова выйти охоту. И особенно долго собираются с силами самые крупные — львы (до 90 процентов своего времени) и белые медведи (эти вообще периодически впадают в спячку). Масса последних, а также вымерших короткомордого медведя, миоценового креодонта мегистотерия
Ныне в некоторых африканских национальных парках, которые превратились в небольшие изолированные территории, к тому же обедненные объектами охоты величиной с зебру или буйвола, львы переживают непростые времена. И в последние десятилетия они стали представлять серьезную опасность для слонов, и это при том, что масса не самого внушительного слона в 10–15 раз превышает массу крупного льва — наибольшая разница в размерах хищника и жертвы в современных наземных сообществах. В ботсванском национальном парке Чобе львы в среднем каждые три дня убивают по слону. Возглавляют охоту львицы: распугивают слоновью семейную группу рыком и выбирают жертву подходящего размера, обычно 4-11 лет от роду. Первая догнавшая слона самка вскакивает ему на спину и вонзает клыки в круп, готовясь перепрыгнуть на крестец. Вторая охотница следит за развитием событий и, выбрав момент, «седлает» жертву и вгрызается в хребет. Еще две львицы повисают на задних ногах и впиваются в подхвостье. С момента прыжка первой львицы до падения почти бездыханного слона проходит всего одна — три минуты. Тогда подходит самец, чтобы урвать львиную долю из мягкой подмышки. (На Дальнем Востоке России слоны сейчас не водятся, поэтому тиграм и леопардам компенсировать вырезанную браконьерами дичь просто нечем, и выходит, что дальневосточные большие кошки обречены.)
Однако погоня львов за слоном — ситуация, смоделированная искусственно: слишком большая дичь величиной со слона среди млекопитающих или с завроподу среди динозавров — это уже не потенциальная жертва, а потенциальная угроза. И затоптать ненароком может. Возможно, одной из причин гигантизма хищных теропод (тираннозавр и иже с ним) наряду с замедляющимся по мере роста обменом веществ было обилие подходящих жертв — многочисленное подрастающее поколение завропод, гадрозавров и других растительноядных ящеров. Почти неистощимый источник пищи — как криль для китов. Ешь — не хочу! Не жалели и своих: каннибализм среди теропод был распространенным явлением.
В пышном на человеческий взгляд дождевом тропическом лесу — как на острове — пища отнюдь не изобилует. Именно поэтому и там встречаются маленькие слоны.
Хотя карликовый лесной слон
Только в середине XX века зоологи разглядели явные отличия лесного слона от обычного африканского: прямые и тонкие, но плотные бивни; длинная и узкая нижняя челюсть; передние и задние конечности с 5 и 4 ногтями соответственно (у большого слона — с 4 и 3), а очертания ушей — округлые, а не треугольные. Молекулярные исследования начала нынешнего столетия окончательно определили самостоятельный статус лесного слона: оказалось, что генетически он даже меньше похож на саванного, чем индийский слон на мамонта (а ведь последних относят к разным родам). Сильно разнится поведение «обычных» и лесных слонов. Обычные слоны населяют саванну, где образуют крупные группы (9 особей в среднем); предпочитают траву; звуки издают на частотах от 14 герц и выше — в пределах нормального звукового диапазона. Лесные — питаются фруктами, листьями, корой и ветками деревьев, живут чаще по трое и общаются на инфразвуковых частотах не выше 5 герц.
Несмотря на небольшие, по слоновьим меркам, размеры, карликовый вид играет в дождевом тропическом лесу важную роль. Во-первых, он разносит семена деревьев, способствуя их расселению. Например, таких, как ом-фалокарп
Живут в тропическом дождевом лесу не только карликовые слоны и бегемоты, но и самые миниатюрные люди. Народы, у которых рост самых высоких мужчин не превышает 1,6 метра, принято называть пигмеями (от
Считалось, что пигмеи потому и маленькие, что с питанием у них плохо. Однако дети у них, наоборот, растут быстро, чего не было бы при недостатке пищи, и взрослеют раньше (потому и останавливаются в росте). Понятно, что особенности роста определяются генетикой, но, как выяснила группа молекулярных биологов и антропологов во главе с Джорджем Перри из Университета Чикаго, особого гена «пигмеистости» не существует. Касается этот вывод не только пигмеев разных континентов, но даже соседних африканских народов маленького роста. Это значит, что «сокращение» размеров у людей происходило неоднократно и очень быстро (в течение нескольких тысяч лет), как только они вынуждены были приспосабливаться к жизни в дождевом тропическом лесу. И точно так же буквально на глазах — в течение всего нескольких тысячелетий — уменьшались островные растительноядные млекопитающие и динозавры — за счет замедления темпов роста.
Первое, что обычно теряют животные, подвергшиеся миниатюризации, — мозг. Скажем, на острове, в условиях ограниченных ресурсов, этот самый энергозатратный орган только мешает. Родственник серны галлогорал
Так же как и насекомым: к примеру, благодаря тому, что нейроны у них значительно короче, мухи и даже стрекозы обладают удивительной скоростью реакции и способны на лету уворачиваться от быстро движущихся птиц и тем более от человеческих рук. Еще сложнее устроены мозги насекомых, которым необходимо хорошо ориентироваться на местности в поисках источников пищи: у пчел и бабочек, собирающих пыльцу, скарабеев, озабоченных выбором различных источников питания, или паразитических ос и наездников, подыскивающих подходящие жертвы для своих личинок. Мизерные абсолютные значения размера мозга у насекомых отнюдь не являются признаком примитивного характера мышления. Майкл Шихан и Элизабет Тиббеттс из Мичиганского университета (Анн-Арбор) выяснили, например, что живущие небольшими — до нескольких десятков особей — колониями осы полисты знают всех своих соседей в «лицо»: распознают их по индивидуальным очертаниям головы и антенн. Одиночные осы полисты подобными способностями не обладают. Если одиночные насекомые способны совершить от 15 до 42 поведенческих актов, медоносные пчелы — почти 60, в том числе весьма сложных — как пчелиный «танец», а североамериканский лось — 22, и даже некоторые обезьяны — не более 44. Правда, насекомым для изменения поведенческой реакции достаточно «перестыковать» несколько нейронов — мускульная система заработает по-другому, а поскольку сама она очень сложная (например, у саранчи 296 мускулов), то возникнет и новый поведенческий акт. Млекопитающему нужна гораздо более глубокая перестройка.
Подобно тому как у человека память «расширяется» по мере роста синапсов между нейронами, появления новых извилин в коре или ее утолщения (Филип Шоу из Национального института психического здоровья в Балтиморе обнаружил такую закономерность у интеллектуально развитых детей), у насекомых, по крайней мере у медоносных пчел, то же самое происходит в грибовидных телах мозга за счет увеличения числа и ветвления дендритов 170 тысяч нейронов — клеток Кеньона. Поэтому иногда пчелы способны «осознать» череду весьма сложных событий: когда в одном эксперименте, поставленном этологом Ларсом Читткой из Лондонского университета королевы Марии, рабочих шмелей стали ловить в темные баки, чтобы взвесить, те, инстинктивно стремясь к свету, поначалу очень яростно сопротивлялись. Но после повторных опытов некоторые насекомые «поняли», что их все равно отнесут в улей, и стали садиться в баки сами — ведь так можно было сэкономить энергию, иначе растраченную бы на перелет с грузом. Даже круглые черви со своими 302 нейронами способны к обучению.
Так что «в здоровом теле — здоровый мозг» (в смысле объема) — это далеко не правило. У китов и слонов мозги намного крупнее, чем у динозавров той же или много большей размерности. У человека объем мозга — больше, чем у льва, который в два раза тяжелее, и гораздо больше, чем у антилопы сравнимой массы. Попугаи и врано-вые заметно выделяются способностью решать сложные задачи среди птиц той же величины, поскольку и мозги у них крупнее. Особенно продолжают удивлять опыты, показывающие «разумную» деятельность слонов. Психолог Джошуа Плотник из Кембриджского университета и его коллеги из Тайского центра по сохранению слонов придумали для серых исполинов задачу, которую они могли решить лишь сообща, в кооперации друг с другом, понимая, чего хочет партнер и на что он способен. Слонам предлагалось добыть приманку, которая лежала на доске, прилаженной к системе блоков и канату: приблизить ее к себе, чтобы ухватить хоботом, можно было, лишь дружно с двух концов потянув за канат. Слоны не просто догадались, что нужно сообща браться за концы каната, но и что тянуть его надо, прилагая соразмерные усилия. Если же слонов выпускали в вольер по очереди, то первый всегда дожидался появления второго. Всего в различных сочетаниях в опыте было задействовано шесть животных, и в 88–97 процентах попыток им сопутствовал успех. А некоторые, возможно, самые умные особи просто наступали на один конец и выжидали, пока партнер в одиночку сделает всю тяжелую работу. Так что в отношении слонов понятие «разум», наверное, можно употреблять без кавычек и не подменять его наукообразным термином «высокие когнитивные способности».
Изначально на развитие мозга несомненно влияет длительность беременности: 9 месяцев у людей и 22 месяца у слонов, а также длительность жизни (до 122,5 и 65,5 лет на воле соответственно). Последнее обстоятельство не менее важно, поскольку обучают детей не только родители, но и дедушки с бабушками. Семейные группы у слонов состоят из самок и слонят обоего пола («мальчики» по достижении пятнадцатилетнего возраста вынуждены покидать семьи), и особым уважением в таких группах пользуются бабушки — слонихи старше 60 лет, являющиеся настоящими матриархами. Они умеют находить кратчайшие пути к наилучшим кормовым угодьям и водопоям, что особенно важно в сухой сезон. Способность к обучению, как принято считать, с возрастом снижаются, зато приходит опыт. Именно наиболее возрастные и, следовательно, опытные слонихи могут по характеру львиного рыка определить, грозит ли семье настоящая опасность. Обычно к их сигналам прислушиваются все члены группы, и это позволяет во многих случаях избежать потерь.
Уважение к таким особям сохраняется у слонов даже после их смерти. Карен Маккомб и Люси Бейкер из Университета Сассекса, а также Синтия Мосс из Слоновьего фонда Амбосели задали африканским слонам из одноименного национального парка задачу — распознать среди различных костей те, что принадлежат их же виду. Слоны не только проводили заметно больше времени у бивней и черепов себе подобных, отличая их от черепов носорогов и буйволов, но и вьщеляли среди них те, что принадлежали матриархам, в недавнем времени возглавлявшим группы их соплеменников. В этих случаях они осторожно дотрагивались до черепа кончиком хобота или бережно касались его стопой (там у них расположены очень чувствительные механорецепторы). Повышенный интерес к бивням, возможно, объясняется тем, что только эти части скелета позволяют распознать умершую особь. Однажды ученым удалось застать удивительное событие: после смерти очень старого матриарха к ее телу пять дней приходили слоны со всей округи, даже чужие.
Интерес к покойным родственникам не является единственным проявлением разума в поведении слонов. Они— единственные млекопитающие, которые наряду с высшими приматами (включая людей) и дельфинами способны распознавать свое отражение в зеркале. Например, трогают цветную метку на своей шкуре, заметив ее в зеркале. Более того, они изготовляют орудия, подражают голосам других особей, понимают, когда один из их соплеменников попал в беду, и пытаются сообща помочь ему. Видимо, слоны осмысленно способны обучать других тому, что знают сами.
По объему мозга (в среднем 4800 см3) слоны входят в число лидеров, а отношение массы этого органа к общей массе тела составляет 0,27 процента, причем у самок он заметно выше. В ходе эволюции хоботных данный показатель вырос в десять раз, и таким образом слоны уступают по темпам развития этого органа только дельфину-бутылконосу и современному человеку, а по сложности организации мозга сравнимы лишь с людьми.
Но человек в ходе эволюции обманул природу: изначально его бесшовная черепная коробка не предназначалась для слишком большого мозга. Эта «хитрость» была замечена при переизучении ископаемого черепа, открытого 90 лет назад. А ведь его чуть не потеряли… В середине 1920-х весь мир был потрясен открытием первого ископаемого предка человека, даже, можно сказать, всего человеческого рода — австралопитека африканского в каменоломнях южноафриканского Таунга. Его остатки пожелал лицезреть принц Уэльский, в мюзик-холлах звучали шутки о «бэби из Таунга», а депутаты парламента Южно-Африканского Союза обзывали друг друга «почетными членами Таунга». Удивительным было не только открытие, совершенное профессором Реймондом Дартом из Университета Витватерсранда, но и обстоятельства, этому сопутствующие: интересная находка чуть не затерялась в Лондоне, когда расстроенный Дарт возвращался с антропологической конференции, где его доклад был встречен весьма холодно. А водитель кеба, в котором профессор оставил драгоценный череп, сдал находку в полицейский участок, и против ученого хотели возбудить дело об убийстве…
На данный факт редко обращают внимание, а ведь это означает, что человека в австралопитеке признали даже полицейские. Череп трех- или четырехлетнего ребенка из Таунга, который Дарт два с лишним месяца терпеливо препарировал вязальной спицей, по-прежнему служит важным источником знаний о происхождении человека. Так, антрополог Дин Фалк из Университета штата Флорида и его коллеги обнаружили, что на естественном слепке мозга, образовавшемся при заполнении этого черепа пещерным осадком 3,8 миллиона лет назад, сохранился отпечаток лобного шва. Этот шов у нас, современных людей, соединяет две половинки лобной кости и нередко остается на всю жизнь. Раннее его зарастание ведет к задержке умственного развития. У наших ближайших выживших родственников — шимпанзе и боно-бо — шов закрывается вскоре после рождения. По мнению Дина Фалка, появление такого шва могло облегчить роды большеголовых детей у прямоходящих самок и тем самым способствовать дальнейшему росту мозга. Кроме того, данный признак свидетельствует о перестройке лобной доли коры головного мозга, отвечающей за мышление. Эти предположения подтверждаются и исследованиями другого характера: антрополог Джереми ДеСилва из Бостонского университета рассчитал, что масса новорожденных у людей составляет в среднем 6 процентов массы взрослого, а у шимпанзе — всего 3 процента. Новорожденные австралопитеки уже были достаточно тяжелыми — 5 процентов массы взрослой особи. Эти данные тоже прямо указывают на прогрессивное увеличение массы мозга в человеческом роду.
Выходит, если нам еще подрасти, то и наш мозг увеличится? Увы, в изображениях скелетов гигантских людей, которыми любит развлекаться интернет-сообщество, сразу можно распознать подделку: гигантов размером от четырех до девяти метров показывают с соблюдением пропорций обычных людей. У реальных же великанов череп (и мозг) оказался бы непропорционально маленьким, а нижняя часть позвоночного столба, кости таза и ног — толще, чем у мамонтов. Страдали бы они от гипертонии, одышки и дистрофии (недостаточно объемные для такого тела легкие и кишечник), проблем с суставами, которые не выдерживали бы нагрузки, а жили бы недолго и глупо, поскольку мозги бы у них были не крупнее, чем у зав-ропод, — с грецкий орех, или — при больших размерах — «взрывались» бы от кровяного давления, стоило бедняге нагнуться. А полностью распрямившись, он лишился бы легких: под давлением разорвало бы легочные артерии.
Каменноугольные наземные животные и растения Лавруссии (340–300 миллионов лет). Растения: древовидные плауны лепидодендрон и сигиллярия, хвощ; растительноядные: насекомое диктионеврида, таракан; хищники: стрекоза, лепоспондильное земноводное диплокаул, артроплеврида, паук, скорпион. Художник Анастасия Беседина
Современная тридакна (длина раковины 1,35 метра) в 270 раз крупнее древнейшей — раннекембрийской — двустворки фордиллы
Поступательное увеличение размеров за время эволюции, которое наблюдается практически в каждой группе организмов, носит название правила Копа — в честь палеонтолога Эдварда Копа, работавшего во второй половине XIX века в Пенсильванском университете и обратившего внимание на эту закономерность. Однако из всех правил есть исключения: современные, да в целом и кайнозойские, насекомые — отнюдь не гиганты, а лишайники, украшающие сейчас тундру, далеко не самые большие. Размер любого организма ограничен условиями его существования.
Гигантские по меркам бактериального мира (их видно невооруженным глазом — 0,75 миллиметра) серные про-теобактерии тиомаргарита, впитывающие органическое вещество благодаря диффузии через наружную мембрану, обитают на шельфе в зоне апвеллинга, куда поступают огромные объемы биогенных веществ. В эдиакарском океане (579–542 миллиона лет назад), насыщенном растворенным и коллоидным органическим веществом, вырастали исполинские вендобионты
Жарким октябрьским днем вереница людей с предметами, похожими на молотки, в руках брела по узкому разветвленному каньону. Дойдя до очередной развилки, паломники по очереди вставали на колени и ползли вверх. На середине белого склона каждый погружал голову в небольшую нишу. Простояв так некоторое время, он вставал и, не отряхивая белесой пыли с колен, уходил выше, медленно растворяясь в мареве, наполненном усыпляющим пением цикад и опьяняющим запахом средиземноморских трав. Что люди видели в нише? Тонкую темную полоску глин, в сантиметр или меньше толщиной, — единственное такое образование среди километровых толщ, сложенных известковыми мергелями.
«Глинопоклонниками» стали три десятка палеонтологов, геохимиков и седиментологов, пожелавших взглянуть на границу мелового и палеогенового периодов, или мезозойской и кайнозойской эр, в окрестностях городка Каравака-де-ла-Крус испанской провинции Мурсия. Название городка дословно означает «коровья морда под крестом», поскольку на гербе его изображена коровья голова, а в соборе хранится частица святого креста в крестообразном же реликварии, и на парусах каравелл Христофора Колумба был изображен именно этот реликварий. Но к делу все это не относится, поскольку и городок был основан, и знаменитый мореплаватель уплыл в Индию, а приплыл в Америку только через 66 миллионов лет после того, как в морях и океанах по всему миру образовался темный слой глин. И немало ученых полагают, что, не случись события, которое отразилось в появлении этих глин, не бывать бы на Земле ни Колумбу, ни всех прочих людей. А сами земные гуманоиды, как считал, например, палеонтолог Дэйл Расселл из Национального музея Канады, были бы покрыты чешуей, как у динозавров, потомками которых они и оказались бы. Вот потому эти глины многие специалисты и спешат увидеть воочию (а на коленях приходится ползти и в нишу с головой залезать исключительно потому, что иначе к ним не подобраться).
Точно такая же полоска, но вблизи итальянского городка Губио натолкнула на необычную гипотезу отца и сына Луиса и Уолтера Алварес. Гипотеза предполагала, что господствовавших в меловом периоде на суше динозавров, в воздухе — птерозавров, а в океане — морских ящеров погубил взрыв гигантского астероида или метеорита. И после непродолжительной гибели всех и всего, подорвавшей самое основание пищевой пирамиды, планета оказалась свободной для стремительной эволюции птиц и млекопитающих, что и завершилось появлением человека.
Надо сказать, что убить динозавров, причем побольше и сразу, как тараканов в бане шайкой, ученые и даже люди, далекие от науки (и просто недалекие), пытались неоднократно, буквально с того самого дня, когда зоолог Ричард Оуэн из Королевского хирургического колледжа в Лондоне придумал само слово «динозавр»
Правда, до поры до времени никто не думал, что угроза явилась из космоса. Лишь палеонтолог Макс Уолкер де Лобенфелс из Колледжа штата Орегон, который всю жизнь занимался губками, написал в 1956 году небольшую заметку «Вымирание динозавров: еще одна гипотеза» — о том, что ящеров мог погубить взрыв метеорита. Поводом к появлению статьи послужило двойное (1937 и 1941 годы) прохождение километрового астероида Гермес на расстоянии от орбиты Земли, лишь в 1,6 раза превышавшем дистанцию до Луны. Это сейчас всем все ясно (если не считать ученых, конечно), а в те годы лишь самые горячие головы связывали образование кратеров на Земле, где их еще поискать надо с помощью геологических методов, и даже Луне, где их прекрасно видно в самый плохонький бинокль, с падением небесных тел, а не с взрывами вулканов. Так и студентов-геологов по всему миру учили.
Одна из горячих голов принадлежала астроному Джину Шумейкеру, участвовавшему в геологической подготовке американских астронавтов, побывавших на Луне. В 1993 году он вместе с Дэвидом Леви открыл комету, годом позже поразившую Юпитер (впрочем, без заметных последствий для этой планеты), а в 1999-м стал первым человеком, похороненным на Луне. Шумейкер полагал, что астероиды и крупные метеориты в силу своей природы падали и на Луну, и на Землю, и предлагал искать следы древних кратеров. А лауреат Нобелевской премии по химии за открытие тяжелого водорода, дейтерия (1934 год), Гарольд Юри советовал обратить внимание на тектиты — частицы кремнистых минералов, расплавившееся от мощного метеоритного удара и застывшие в виде стеклянных капель.
До этого большинство апологетов космического катаклизма искали причину этого события во взрыве сверхновой звезды в ближайших, до 50 световых лет, окрестностях Солнечной галактики: узкий пучок гамма-лучей от взрыва пробивает озоновый щит и беззащитная Земля подвергается ультрафиолетовому облучению, пока на ней не остаются лежать одни кости… «Но почему от ультрафиолета не сгинули млекопитающие?» — спросите вы. «А потому, — вам ответят (и, вероятно, всерьез), — что они тогда еще жили в норах». Хочется добавить: наверное, вместе с птицами, крокодилами и черепахами, хотя крокодилы могли и под водой отсидеться, а черепахи — под панцирем…
Тридцать с лишним лет назад придумать можно было еще много чего, но вот доказать… Поиском доказательств и занялся в окрестностях Губио геофизик Уолтер Алварес. Для начала требовалось понять, сколько времени длилось вымирание? То есть насколько быстро накопились глины. Идею подсказал старший Алварес — физик-атомщик, лауреат Нобелевской премии за вклад в исследования элементарных частиц (1968 год) и один из участников «Манхэттенского проекта», связанного с разработкой атомного оружия: поскольку космические частицы оседают на Землю с постоянной скоростью, то, определив, сколько в слое накопилось, скажем, иридия, можно установить — в течение какого времени. Ожидалось, что этот исключительно редкий в земной коре металл будет встречаться в количестве не более атома на 10 миллиардов всех прочих частиц…
Но обнаружили его в тридцать раз больше! Иридиевая аномалия, одним словом. Откуда иридий мог взяться в таком немыслимом количестве? Только из космоса. Неужели в конце мелового периода действительно взорвалась сверхновая? Тогда в глинах должен был накопиться еще и плутоний-244. Плутония не нашли. Иридиевая аномалия в отсутствие плутония указывала на иной космический объект — астероид, и, следовательно, сам металл мог быть рассеян по всей Земле от астероидного удара о ее поверхность. Такой взрыв поднял бы миллионы тонн пыли, наполнившей атмосферу и закрывшей солнце, прекратился бы фотосинтез, развитие растений, а животные лишились бы пищи… Обо всем этом Алваресы и сообщили в журнале «Science» в 1980 году. И так уж получилось, что в том же году палеонтологи Ян Смит и Ян Гертоген из Свободного университета Амстердама, но в другом ведущем журнале — «Nature» поведали об обнаруженной ими в каньоне под Каравакой-де-ла-Крус и в нескольких других европейских разрезах той самой темной глиняной «полоски», где совершенно отсутствовали раковинки планктонных водорослей и амеб, из которых как раз и состояли километровые толщи мергелей выше и ниже глин.
На первую половину 80-х годов прошлого столетия пришелся пик холодной войны, и состояние перегретых политических умов (увы, это их естественное состояние, а мозг, будучи перегретым, отключается) подстегнуло интерес к теме гибели всего живого в масштабах отдельно взятой планеты: а что, если по ней ядерной бомбой вдарить, да не одной, — получим тот же самый эффект? До практических испытаний, правда, не дошло. Посчитали теоретически и пришли к выводу, что хороший астероид посильнее всего ядерного арсенала человечества будет — примерно в 10 тысяч раз… Своих страшилок добавили палеонтологи: горящие леса; облака сажи, не дающие пробиться и лучику солнца; астероидная зима; расползающаяся озоновая дыра; кислотные дожди; окисление океанских вод с растворением известкового планктона и рифов; гигантское цунами, вызванное 11-балльным землетрясением и накрывшее половину Северной Америки… Полный «армагеддон», одним словом.
Затем на полуострове Юкатан в Мексике при проведении нефтеразведочных работ был обнаружен кратер Чиксулуб, который после тщательных датировок, показавших точное время 65,5 миллиона лет, объявили следом падения астероида, положившего конец мезозойской эре. Подходил и размер: именно такой отпечаток должно было, по расчетам Алваресов, оставить космическое тело с 10-километровым поперечником, врезавшееся в Землю на скорости 20 километров в секунду. Эта вмятина, большая часть которой скрыта под волнами Мексиканского залива, представляет собой ископаемый кратер диаметром 150 километров и глубиной 200 километров, ограниченный валом из ударной брекчии — угловатых кусков горной породы, выбитых из самых разных подстилающих отложений. (Для сравнения: Челябинский, или Чебаркульский, метеорит, утром 15 февраля 2013 года перепугавший всю планету, был всего 17 метров в поперечнике, весил при входе в атмосферу 10 тысяч тонн и двигался со скоростью 18 километров в секунду; при его взрыве выделилось 500 килотонн энергии.)
Дальше, поскольку великих вымираний на Земле за последние 540 миллионов лет случилось несколько (по меньшей мере пять, и мел-палеогенеовое, с которым связывают кратер Чиксулуб, отнюдь не самое массовое из них), начали искать следы подобных ударных событий (кратеры, цунамиты, тектиты, шоковый кварц — пронизанные в двух направлениях ударными микротрещинами кристаллы и, конечно, иридиевые аномалии), приуроченные к этим пяти рубежам — позднеордовикскому (444 миллиона лет), позднедевонскому, или фран-фаменскому (364 миллиона лет), пермо-триасовому (248 миллионов лет) и позднетриасовому (205 миллионов лет), а также к другим, менее явным событиям вымирания. И находили. Все те же черные полоски глин с повышенным содержанием различных изотопов и элементов.
В 1984 году палеонтологи Дэвид Рауп и Джек Сепкоски из Чикагского университета предположили даже, что в последние 250 миллионов лет эти события имели определенную периодичность: каждые 26 миллионов лет Землю накрывало медным тазом… Извините, ударной волной. В свою очередь, астрофизики изобрели причину этой периодичности: двойную звезду Солнца — со зловещим именем Немезида, которая, обращаясь по очень вытянутой эллиптической орбите, пересекает облако Оорта — трил-лионное скопление комет, окружающее Солнечную систему, — и своим притяжением изменяет орбиты этих небесных тел. Кометы разлетаются, неся смерть всему земному и живому…
У неокатастрофистов, объявившихся в 1980-е годы, были предшественники — катастрофисты. Первым среди них принято называть зоолога и палеонтолога Жоржа Леопольда Кретьена Фредерика Дагобера Кювье. Он пережил две французские революции (1789–1799 и 1830 годов), Первую республику с Директорией, возвышение и падение Наполеона Бонапарта и реставрацию монархии, но при этом ничего не терял, а только приобретал новые посты и звания, став к концу жизни одним из сорока бессмертных (французским академиком), членом многих академий и королевских научных обществ от Лондона и Берлина до Санкт-Петербурга и Калькутты, бароном и пэром Франции в отличие, скажем, от его соратника по академии, известного химика Антуана Лорана Лавуазье, окончившего жизнь на гильотине. Возможно, удачная судьба Кювье была связана с его ролью: занимаясь постоянно научными изысканиями в Парижском бассейне, он стал непревзойденным знатоком строительного камня (и, как следствие, возглавил Комитет внутренних ресурсов), способным указать, где закладывать карьеры и катакомбы для добычи наиболее прочных горных пород.
Палеогеография Земли на рубеже пермского и триасового периодов: узкий и неглубокий океан Тетис вклинивается с востока в суперматерик Пангею; 291 миллион лет назад
Основной геологический труд Кювье называется «О переворотах на поверхности Земли», но посвящен он не катастрофическим событиям, а длительным геологическим процессам, ведущим к затоплению одних территорий и осушению других: «Одни, обитатели суши, были поглощаемы потопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря…» Под действием этих процессов и меняется состав животного и растительного мира. Иначе никак: Кювье внимательно изучал мумифицированных кошек, привезенных им из экспедиции в Египет, и, по-цимая, что они очень древние, не мог отыскать никаких отличий от современных. Тем не менее слова о том, что организмы вымирают, были очень смелыми для его времени: не должны были вымирать совершенные твари Божьи. Сейчас описанные Кювье геологические явления называют эпейрогеническими (от
Подлинным творцом катастрофизма считается ученик Кювье, палеонтолог Альсид Д'Орбиньи, увидевший в геологических слоях 27 полных вымираний прежних видов с последующим возникновением новых. За полтора столетия, прошедших со времен Д'Орбиньи, выяснилось, что многие из выявленных им событий носят сугубо местный характер и связаны с формированием отдельных морских бассейнов, таких, например, как Парижский. Соответственно, никто в это время не вымирал, а просто перемещался (мигрировал) в иной бассейн или на другой участок суши или выживал на небольшой акватории/территории, где сохранялись подходящие условия обитания, — в своего рода убежище, или рефугии. За малостью рефугия обнаружить его в толщах осадочных отложений удается редко.
Однако «пять больших» вымираний, имеющих всемирное значение, два из которых разделяют целые эры, все же остались. Причем не только астероиды попали под подозрение в связи с массовыми бойнями. Чем хуже вулканы? Неприметный в геологическом масштабе исландский Эйяфьядлайёкюдль, в 2010 году парализовавший и напугавший пол-Европы одним своим названием, выбросил менее 0,01 кубического километра вулканического вещества. Это, в общем, немного. Но извержение Везувия, затопившее лавой и засыпавшее горячим пеплом три римских города — Помпеи, Геркуланум и Стабию — со всеми патрициями и рабами, было в сто раз сильнее. Еще мощнее, в тысячу раз, было извержение в 1883 году вулкана Кракатау в Индонезии, который взорвался вместе с целым островом. Впечатленный необычными атмосферными явлениями в Норвегии, художник Эдвард Мунк написал первую картину из цикла «Крик» с искаженным от ужаса лицом-черепом на переднем плане и кроваво-красным закатом — на заднем и оставил запись в дневнике: «Над черно-голубым фьордом, как кровь и языки огня, висят тучи… я услышал ужасающий, нескончаемый крик природы». Цветовой эффект был порожден светом заходящего солнца, пробивавшего сквозь стратосферу, наполненную сернистыми вулканическими аэрозолями Кракатау.
А когда в 1815 году в Индонезии извергался в 10 тысяч раз более мощный вулкан Тамбора и следующий год в Северном полушарии благодаря этому получил имя «лета без лета», лорд Байрон создал поэму «Тьма», Мери Шелли сочинила один из самых пугающих романов всех народов и времен — «Франкенштейн». Вулканические аэрозоли Тамборы три года витали над Землей, понизив среднегодовую температуру на 2,5 °C. Когда же 74 тысяч лет назад там же, в Индонезии, извергался в 3 миллиона раз более мощный Тоба (теперь на его месте раскинулось озеро), вулканическая зима длилась целую вечность — несколько лет, а общее понижение температуры ощущалось все последующее тысячелетие, что привело к резкому сокращению популяций среди видов млекопитающих, обитавших в Юго-Восточной Азии. Как следствие этого, например, тигр и человек разумный лишились значительной части своего генофонда. Эти виды после извержения Тобы буквально протиснулись в бутылочное горлышко эволюции — сократись популяция еще немного, вместо тигров на Дальнем Востоке охотились бы пещерные львы, а заповедники для них организовывали неандертальцы. Человек в основном выжил лишь в своем рефугии — африканском Эдеме.
Что уж говорить о времени, когда взрывается не один вулкан, а целый континент вулканов, подобный Западной и Центральной Сибири в конце пермского — начале триасового периода? За кратчайший, по геологическим меркам, временной промежуток (менее 160 тысяч лет, а может быть, и не более 8 тысяч) базальтовые излияния покрыли 7 миллионов квадратных километров; из недр исторглось от 2 до 3 миллионов кубических километров газов, в том числе примерно 100 миллионов тонн двуокиси углерода, содержание которой в атмосфере подскочило в 7-10 раз. Для сравнения: если человечество за текущее столетие сожжет все ископаемое топливо — нефть, газ, уголь, — уровень углекислого газа поднимется всего в 2–3 раза.
Существенную роль в пограничных пермо-триасовых событиях сыграла и палеогеография планеты: все материки были слиты в единый суперконтинент Пангею, простиравшийся от полюса до полюса, куда с востока вторгался узкий и неглубокий океан Тетис, отделяя Сибирь на северо-востоке от Афроамерики на юго-западе. Жизнь Земли была сосредоточена в этом океане и на прибрежной полосе Пангеи, окаймленной горными грядами, а ее центральную часть занимала обширная пустыня, где не выпадало ни капли дождя, а температуры превышали 40–45 °C. Дальнейший разогрев атмосферы за счет парниковых газов и своеобразных солнечных батарей в виде туч, состоявших из серных и углекислых аэрозолей, привел к подкислению и прогреву океана Тетис и высвобождению миллиардов тонн метана, до поры до времени скованных на дне ледяными кристаллами в газовых гидратах. Этот газ является самым действенным парниковым фактором, к тому же он быстро окисляется, расходуя ценный кислород, — вот и еще один источник углекислого газа. Кроме того, вулканический пепел, богатый железом, марганцем и другими микроэлементами, реки и дожди смывали в океан, вызывая бурное «цветение» бактериального и водорослевого планктона, что и привело в конце концов к замору океанской величины. Вот и очередная черная полоса в геологической летописи, причем на этот раз не сантиметровая, а многометровая. И образование этой «полоски» — черных, благодаря накопившемуся в них органическому веществу, сланцев — шло с выделением азота и закиси азота, которые уходили в атмосферу. Дышать становилось все труднее, а в горах, высотой более четырех километров — просто невозможно…
Может быть, именно потому на палеозойско-мезозой-ский рубеж пришлось самое катастрофическое за всю историю жизни на Земле вымирание: свыше 90 процентов морских и более 70 процентов наземных видов исчезли с лица планеты. Пропали все рифостроящие организмы — кораллы, обызвествленные губки и водоросли, и вместо рифов на дне безжизненных морей росли причудливые сростки арагонитовых кристаллов да строматолиты, словно мир опять вернулся в докембрийские времена. (Нечто подобное, кстати, случилось с губками и кораллами в конце раннекембрийской эпохи, а также происходит сейчас.) А на дне остались лишь самые мелкие и просто устроенные животные: им требуется меньше пищи и кислорода. Место пышных лесов заняли поросли древовидных плаунов — нечто похожее на колья с тонкими листочками, да и те чувствовали себя не очень уютно, поскольку хлорсо-держащие выделения вулканов разрушали озоновый слой и ультрафиолетовое излучение напрямую калечило еще не проросшие споры, сернокислые дожди выжигали листву, а последние соки из гибнувших деревьев высасывали расплодившиеся грибы. Потому прекратилось и углеоб-разование. Среди поникших плаунов бродили лишь лист-розавры (зверообразные ящеры, отдаленные родственники млекопитающих, у которых из всех зубов остались два верхних клыка). Увеличенные грудная клетка и части черепа, связанные с дыханием, и роющий образ жизни свидетельствуют о том, что они приспособились к пониженному содержанию кислорода и избыточному ультрафиолету, а клыками выкапывали стигмарии — многократно ветвящиеся корневые поддержки плаунов. Современники ли-строзавров гибли от отека легких, вызванного гипоксией, и отравления углекислым газом — гиперкапнии…
Однако ведь и на рубеже мезозоя — кайнозоя произошло нечто подобное. И в конце ордовикского периода, и на фран-фаменской границе, и триасовый период завершился тем же. Не забудем еще середину кембрийского периода и конец эдиакарского, когда тоже могли случиться мировые «заморы». И везде мы находим «черную полосу» или нечто на нее похожее — прослой безжизненных отложений. Почти к каждой подобной границе приурочены и свой большой кратер, и обширные базальтовые плато (среднекембрийское плато Антрим в Северной Австралии, верхнедевонское Вилюйское плато в Восточной Сибири, верхнетриасовая Центральноатлантическая магматическая провинция и верхнемеловое плато Декан в Индии).
Не будем забывать о глобальных подъемах и падениях уровня моря, увиденных в геологической летописи Жоржем Кювье, и обитателях суши, «поглощаемых потопами», и «других, населявших недра вод», оказавшихся «на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря». Могло падение уровня Мирового океана или горообразование быть столь же губительным для обитателей планеты, как гигантские астероиды и массовые извержения вулканов? Теперь известна основная причина наступления моря на континенты — когда материки дробятся, растут средин-но-океанические хребты, длина которых увеличивается, а вместимость океанических чаш уменьшается. Смыкание материков в суперконтинет, подобный Пангее, наоборот, ведет к отступлению моря. Совокупность этих процессов называется тектоноэвстазией. Есть еще гляциоэвста-зия — колебания уровня Мирового океана из-за таяния или намораживания ледяных шапок. При самом неблагоприятном (смотря, правда, для кого) совпадении событий — таянии всех ледников и вздымании протяженных срединно-океанических хребтов и поднятий — уровень Мирового океана повысится на 250 метров (как было незадолго до мезозойско-кайнозойского рубежа), но не более того. И ожидать разбухания Мирового океана вдвое, чтобы он покрыл хотя бы большую часть нынешней суши (при средней ее высоте 670 метров над уровнем моря), не приходится: в океане сосредоточено в сорок раз воды больше, чем во всех льдах, снегах, облаках, подземных источниках, реках, озерах, почвенных капиллярах и болотах, вместе взятых. И если все это единовременно оттуда «выжать», всемирного потопа все равно не получится. К тому же повышение или понижение уровня моря, равно как и рост горных цепей, — процессы настолько медленные, что привести к каким-либо катастрофическим последствиям даже в масштабах геологического времени не способны. Например, при таянии обширного материкового ледового щита в Северном полушарии, последовавшего за окончанием ледниковой эпохи, уровень моря поднимался со скоростью не более 4–6 сантиметров в год, что можно рассчитать по темпам роста рифостроящих кораллов. Эти существа должны были успевать за уходящей от них поверхностью моря, так как на глубине их фотосинте-зирующие сожители остались бы без источника энергии и, как следствие, сами кораллы — без строительных материалов и почти без пищи.
Самое крупное наводнение в истории Земли было далеко не глобальным, но будь в то время мир населен людьми, напугало бы их гораздо больше, чем библейский потоп. К тому времени — 6 миллионов лет назад — Пангея уже давно распалась, некоторые ее южные части (Африка с Аравией и Индия) напирали на Европу и Северную Азию. Океан Тетис сначала закрылся с востока, от него остались Средиземное, Черное, Каспийское, Аральское и ряд ныне не существующих морей (в некоторых среднеазиатских колодцах до сих пор живут их реликтовые обитатели — морские амебы — фораминиферы), а затем и с запада. Поскольку приток океанических вод в замкнутый бассейн прекратился, он стал испаряться. Наступил мессинский кризис (названный по городу Мессина на Сицилии, в окрестностях которого издревле добывали соль). Вымерли морские организмы, их сменили бактериальные сообщества, оставившие следы в виде тонкополосчатых холмов, а затем пришло время галоархей, обитающих в теплых рассолах (некоторые из них, запаянные вместе с рассолом в соляных кристаллах, живы и ныне). Образовались гигантские залежи гипса, каменной и других солей (общим объемом свыше миллиона кубических километров), поскольку на дне пересыхающих котловин (до 5 километров глубиной), куда по каньонам с двухкилометровыми стенками стекали Нил, Рона, По, Эбро, температура была на 25–30° выше, чем у кромки (во впадине Мертвого моря температура выше на 10°, а она расположена всего-то на 400 метров ниже уровня моря).
О пересыхании моря на месте нынешнего Средиземного моря впервые дознался Иван Сергеевич Чумаков с геологического факультета МГУ, в середине 1950-х годов работавший главным геологом на строительстве Асуанской плотины в Египте и обнаруживший древний каньон Нила. Но движение плит не ослабевало, и уровень Мирового океана начал подниматься — росли срединно-океанические хребты, и 5,3 миллиона лет назад «плотину» прорвало — появился Гибралтарский пролив. С 800-метровой высоты в пустую котловину водопадом обрушилась Атлантика, чтобы породить нынешнее Средиземное море, наполнив его «всего» за 15–20 тысяч лет, потому и слой, отвечающий этому событию, имеет толщину всего в несколько сантиметров. Стада травоядных, пасшиеся в то время на средиземноморских возвышенностях (а ныне — подводных горах), покрытых саванной, были приговорены.
Другая катастрофа местного масштаба случилась во второй половине каменноугольного периода на нынешнем востоке США: за какой-то небольшой промежуток времени в осадочную толщу оказался вмурован целый лес с деревьями до 4,5 метра высотой, которые окаменели, но не упали. Казалось бы, такое событие просто невозможно объяснить в рамках традиционной геологии. Однако прежде, чем домысливать вмешательство высших сил или потешаться над бессилием науки, разберем окаменевший лес Блю-Крик по деревцу, точнее, по колышку (ни веток, ни листьев на окаменевших стволах не осталось), как это сделал палеонтолог Роберт Гасталдо из Колледжа имени Колби в штате Мэн. Тоненькие кордаиты (голосеменные) не выдержали напора осадочной массы и полегли. От древовидных папоротников остались лишь самые верхушки, поскольку нижняя часть этих деревьев отмирает еще при жизни. Лепидодендроны и сигиллярии (древовидные плауны) сохранились в виде слепков: у них была очень толстая — в три четверти ствола — и крепкая кора, которая и поддерживала эти деревья в отсутствие древесины; поэтому, когда сгнила непрочная сердцевина, осадок насыпался внутрь и затвердел; впоследствии кора отставала кусками и была погребена новыми слоями ила и песка. Но самое интересное произошло с каламитами — древовидными хвощами: они несколько раз пытались укорениться заново, выше «этажом». Именно каламиты и подсказали, что лес не окаменел мгновенно, будучи единовременно накрыт осадочной толщей, а опустился на 5 метров ниже уровня моря вместе с заболоченным участком речного эстуария, где и рос. А затем постепенно — под действием землетрясений, обычных в сейсмичной зоне, которой 300–310 миллионов лет назад являлись Аппалачи, — был засыпан речными осадками. Сами же песчаники и глины (окаменевший песок и ил) ритмично чередуются друг с другом, указывая на то, что погружение то ускорялось, и тогда река сгружала здесь песок, то замедлялось, и ослабшее течение приносило лишь частицы глинистой размерности. Исходя из скорости разложения листового опада в болотной среде и темпов опускания небольших блоков земной коры в зонах землетрясений, можно вычислить, что гибель леса растянулась на несколько десятков лет, но чтобы дерево обратилось камнем, понадобились тысячелетия.
В общем, можно сказать, что геологические катастрофы могут быть поистине грандиозными, но только в пределах относительно небольшого участка поверхности.
Но может быть, все взаимосвязано: в Землю ударяет крупный астероид; в каком-то месте земная кора, не выдержав нагрузки, трескается; по «малым» трещинам изливаются базальты, а вдоль «крупных» — начинают дробиться материки, между которыми растут океаны и срединно-океанические хребты, выталкивая морские воды на сушу? Такой всеобщий Апокалипсис с единовременным Содомом, Гоморрой и Ноевым потопом, повторяющийся снова и снова раз в 50-100 миллионов лет? А если еще добавить, что «вот и пришел очередной срок и в наступившем году как шандарахнет», то 90 процентов читателей поверят, а самые нетерпеливые побегут в ближайший магазин за свечками, спичками и солью.
Но не будем спешить: все, что случается на планете достаточно часто, ни к чему катастрофическому не приводит. В конце 1960-х годов, когда в ископаемой летописи Земли впервые были обнаружены инверсии магнитного поля, или палеомагнитные аномалии, — геологические свидетельства перемены магнитных полюсов, тоже показалось — вот она истинная причина всех бед. Ведь за время смены полюсов (несколько тысячелетий) магнитная оболочка планеты — магнитосфера — перестает быть надежным щитом для ее населения. Усиление потока заряженных частиц в верхних слоях атмосферы сказывается на утоньшении озонового слоя и ведет к повышению ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли. Кто не погибает сразу, тот сильно мутирует. Эти явления потому и назвали аномалиями, что считали их чем-то экстраординарным, и пока о реальном числе ископаемых инверсий и их частоте ничего не знали, им было принято давать имена собственные, в честь известных физиков и геофизиков. Например, эпоха Брюнес названа именем Бернара Брюна, в начале XX века описавшего явление смены магнитных полюсов; она началась 730 тысяч лет назад и длится по сию пору. Графически череда этих эпох изображается в виде колонки из белых и черных полос, за что палео-магнитные исследования и окрестили «черной магией». Продолжение исследований выявило, что за последние 600 миллионов лет эпохи нормальной и обратной полярности чередовались в среднем каждые 350–400 тысяч лет, а в отдельные периоды — даже чаще. Массовые вымирания происходили намного реже, да и трудно было бы представить, что организмы не смогли приспособиться к явлению, случавшемуся по нескольку раз за время существования вида. (Сами следы инверсий запечатлеваются в виде естественной остаточной намагниченности глинистых частиц, содержащих магнитные минералы — магнетит, ильменит и другие, которые, будучи диполями — своего рода магнитными стрелками, четко указывают на положение магнитных полюсов в древности, поскольку навсегда застыли в горной породе, словно прижатая к стеклу стрелка компаса; по этим стрелкам и определяют положение континентов в прошлом.)
А сколько крупных кратеров можно насчитать на поверхности планеты? Гораздо больше, чем массовых вымираний, причем никакой периодичности и в вымираниях, и в падениях астероидов, тем более взаимосвязанной, нет. Скажем, во время образования Чесапикской и Попигайской астроблем (по 100 метров в диаметре каждая) никто вроде и не вымирал. И даже Чиксулубский кратер, согласно данным группы Герты Келлер из Принстонского университета, оказался на 130–150 тысяч лет древнее знаменитых глин, отмечающих мел-палеогеновую границу. Более того, ископаемая морская микрофауна в мексиканских разрезах, сохранившаяся выше и ниже слоя с чиксулубскими тектитами, — одна и та же. Никто не исчез даже рядом с местом падения астероида! А это важно, поскольку речь здесь идет о довольно полном разрезе морских отложений и обширном для статистических выкладок материале — обильных микрофосси-лиях, тогда как останки динозавров весьма фрагментарны и происходят из довольно неполных континентальных разрезов. Одним из них является знаменитый Хелл-Крик, где каждая новая экспедиция приходит к новым, своим выводам. Доходит до курьезов: так, в 1986 году зубы динозавров нашли выше верхней границы меловых отложений. И лишь десять лет спустя поняли, что зубы, будучи очень твердыми объектами, были вымыты палеогеновыми реками из меловых песчаников и оказались среди новых русловых отложений. Палеонтолог Дэвид Арчибалд из Государственного университета Сан-Диего назвал эти находки «зомби-видами». Этот термин теперь прижился наряду с «Лазарь-видами» — так называют организмы, которые «умерли», исчезли из ископаемой летописи, а затем «воскресли», то есть начали встречаться вновь, и «Элвис-видами» — новыми видами, очень похожими на вымершие, но не родственными им.
«Дымящийся пистолет», как именуют в англоязычной литературе Чиксулубский кратер, намекая на него как на неоспоримую улику, вообще оказался не того калибра: чтобы случилось то, что произошло на границе мелового и палеогенового периодов, астероид должен был оставить вмятину в 1,5 раза больше. А как же иридиевая аномалия? Аномалией она выглядит лишь в нескольких разрезах, включая Губио, попавшийся Алваресам, а в других местах иридия накопилось в пределах земной нормы — менее 5 (а не 30) атомов на 10 миллиардов частиц. При событиях космических масштабов такого разброса не бывает.
Но может быть, веской причиной гибели всего живого были обширные извержения? Не похоже: кембрийские излияния случились уже после основных событий вымирания и, вероятно, оказались лишь причиной исчезновения последних рифостроящих организмов, которые, похоже, действительно растворились в подкисленной морской воде. На подходе к пермо-триасовому рубежу, согласно расчетам Марианны Пирсон и ее коллег из Университетского колледжа Лондона, наземные растительноядные позвоночные пережили два существенных обновления состава: в середине пермского периода исчезли диадектоморфы, казезавры и эдафозавры, на пермо-триасовом рубеже — парейазавры и капторины, а диноцефалы и болозав-ры пережили первое из этих вымираний, но не дожили до второго. Все эти полуводные ящеры напоминают пресмыкающихся, но парейазавры ближе к черепахам; диадектоморфы, капторины и болозавры сохранили признаки земноводных; казезавры, эдафозавры и диноцефалы начали приобретать черты млекопитающих.
Пестрота состава в этой последовательности фаун скорее говорит об их постепенном замещении, чем о внезапном вымирании, вызванном экстраординарными причинами. А Дмитрий Евгеньевич Щербаков из Палеонтологического института РАН показал, что сходным образом на этом интервале сменяют друг друга ведущие группы сосущих растительноядных и крупных хищных насекомых: например, число палеодиктеоптер (крупные насекомые с колющим хоботком и похожими на стрекозиные крыльями) и стрекоз начинает падать задолго до пермо-триасовой границы, а им на смену постепенно заступают новые — цикады и прямокрылые титаноптеры, похожие по характеру вооружения на богомолов. Нечто подобное в конце пермского периода произошло и с растительностью.
Для позднеордовикского вымирания своего обширного континентального излияния базальтов не находится, зато есть нижнеюрское базальтовое плато Кару в Южной Африке (190 миллионов лет) и нижнемеловое — Парана в Южной Америке (130 миллионов лет), для которых, напротив, трудно подобрать соответствующие их размаху вымирания.
В начале 1990-х годов многие ученые обратились к анализу кризисов доисторических эпох с точки зрения не удара извне (падение астероида, взрыв вулкана), а состояния биоты, к которому она пришла за время развития. Важные работы на эту тему принадлежат Владимиру Васильевичу Жерихину, работавшему в Палеонтологическом институте АН СССР (позднее РАН). Будучи энтомологом, он обратил внимание на то, что среди насекомых, составлявших основу биоразнообразия суши, кризис случился не во время падения метеорита, а примерно за 35 миллионов лет до этого события — в середине мелового периода. Именно тогда древние, мезозойские, группы стремительно стали замещаться современными: наступила пора мотыльков, общественных насекомых (пчелы, осы, муравьи, термиты, жуки-короеды), а также златок и долгоносиков среди жуков: все эти шестиножки питаются разными тканями и выделениями покрытосеменных.
Поскольку жизнь насекомых тесно связана с растениями, Жерихин предположил, что в растительном мире свершилась революция: на смену голосеменным пришли цветковые, или покрытосеменные, составляющие 90 процентов разнообразия современных наземных растений (257 тысяч видов). Конечно, появились они раньше — не позднее начала мелового периода, но главенствующее положение начали занимать в середине периода и к моменту образования Чиксулубского кратера уже правили бал. Кайнофит (новый растительный мир) опередил кайнозой (новый животный мир) на 35 миллионов лет и повлиял на суше на все остальное: вслед за растениями должны были измениться или исчезнуть прежние группы растительноядных животных, а затем и хищники — все сообщества, или ценозы. Жерихин назвал это событие «среднемело-вым ценотическим кризисом».
Как удалось покрытосеменным 100 миллионов лет назад совершить переворот? Видимо, изначально это были невзрачные мелколистые кустарнички, выживавшие по берегам рек, озер, на обрывах и на других участках, где все часто смывало водой или засыпало грунтом. Голосеменные, довлевшие в устойчивых сообществах, не приживались в подобных непостоянных обстановках, а выживали там «эксплеренты», как предложил называть подобную экологическую группу растений географ и ботаник Леонтий Григорьевич Раменский, служивший в 1930-1950-е годы во Всесоюзном НИИ кормов. Он разделил растения в сообществах на три группировки: эксплеренты, или «заполнители» (от
Первые покрытосеменные были, по сути, такими же «одуванчиками», первопоселенцами на нарушенных участках, только роль газонокосилок выполняли растительноядные динозавры, а также разливы рек, оползни и лесные пожары. Но со временем цветковым удалось выйти из непостоянных убежищ и выдвинуться на позиции, занимаемые мезозойскими виолентами и патиентами — голосеменными и древовидными папоротниками. Хейролепидеевые, пентоксилеевые, чекановскиевые, кейтониевые и беннет-титы вымерли совсем (поэтому и представлены ныне лишь окаменелостями да малопонятными названиями), из многочисленных гинкговых осталось гинкго билоба
Как удалось цветковым выбраться из тенистых убежищ на оперативный простор, мы начинаем понимать только сегодня. Голландцы, известные первыми финансовыми — тюльпановыми — пирамидами, когда цены на луковицы тюльпанов с 1625 по 1637 год выросли в 25 раз (за одну луковицу некоторых сортов можно было купить все вплоть до кареты с парой лошадей, а потом биржа закономерно обвалилась), продолжают и ныне занимать лидирующее положение в области ботаники. Палеоботаник Гуго Ян де Бур и его коллеги из Утрехтского университета заметили, что в критическое для всего растительного царства время — в середине мелового периода — у покрытосеменных резко изменилось строение листьев, то есть органа фотосинтеза: жилкование стало намного плотнее, чем у первых цветковых, размер устьиц уменьшился, но зато их число на листовой пластинке существенно возросло. Развернулась и сама пластинка, преобразившись в разнообразные крупные, в том числе лопастные, листья.
В результате цветковые обрели способность гораздо рачительнее использовать воду: часто расположенные водоносные сосуды — жилки — лучше распределяли те же объемы воды по всему листу, а мелкие устьица меньше ее теряли, притом захватывая даже больше углекислого газа, чем при прежней конструкции. Когда в середине мелового периода у цветковых плотность жилок возросла в три раза, у всех прочих растений этот показатель остался на «допотопном» палеозойском уровне. Значит, увеличились у них и темпы фотосинтеза, и продуктивность (нам это качество более знакомо как «урожайность») — почти в два раза. Это и позволило покрытосеменным выйти из тени — в прямом смысле этого выражения: они выбрались из влажных убежищ и освоили более сухие места обитания, прежде целиком и полностью принадлежавшие голосеменным и их сателлитам.
Что же до голосеменных, то их узкие листочки с небольшим числом жилок не позволили им вовремя перестроиться. А учитывая падение уровня углекислого газа в атмосфере, начавшееся в это время, покрытосеменные и здесь оказались в выигрышном положении.
Новый тип лесного хозяйства, сложившийся всего за 10 миллионов лет, не мог не сказаться на растительноядных животных, поскольку именно покрытосеменные содержат наибольшие концентрации алкалоидов, танинов и других ядов, что, возможно, и привело к изменению состава насекомых и динозавров. Во всяком случае, данные палеонтолога Пола Апчерча из Университетского колледжа Лондона и его коллег по 847 видам динозавров показывают падение разнообразия растительноядных (и хищных) ящеров именно в середине мелового периода и дальнейшее сокращение числа именно растительноядных.
Появление жующих утконосых и рогатых динозавров и повышение скорости сменяемости зубов у завропод позволило притормозить вымирание этих групп, но одновременно лишь способствовало распространению цветковых, поскольку ящеры постоянно нарушали мир и порядок в растительных сообществах. В свою очередь, ветвистые деревья создали прекрасную среду для эволюции птиц, змей и древесных млекопитающих (о бурном развитии плацентарных в это время свидетельствуют и молекулярные данные). Пернатые существа, подобные чжэхольорни-су, и первые настоящие птицы нашли там новый источник пропитания — плоды, которые хотя и были всего от 0,1 до 8,3 миллиметра величиной, но уже имели мякоть. А динозавры, так и не научившиеся хорошо летать, были, вероятно, просто съедены более ловкими конкурентами. И змеи, и млекопитающие, судя по палеонтологическим находкам, нападали на гнезда ящеров. Даже грызун размером с крысу мог играючи одолеть недавно вылупившуюся хищную тероподу, подобно тому как современная крыса справляется с пернатыми — наиболее близкими выжившими родственниками динозавров. Змеи потеснили ящериц, а плацентарные млекопитающие — сумчатых: в позднемеловую эпоху на северных континентах, а позднее — в плиоценовую эпоху (3–4 миллиона лет назад), когда образовался Панамский перешеек, и в Южной Америке (уцелели те лишь в Австралии и на ближайших к ней островах).
На этом роль покрытосеменных в преобразовании природы не заканчивается. Ботаники Франк Берендсе и Мартен Шеффер из Вагенингенского университета (тоже Нидерланды) отметили, что их листовой опад разлагается быстрее (на 60 процентов), чем, скажем, хвоя, а обновляется зеленый наряд чаще, и накопленные в растительных тканях азотистые и другие биогенные вещества более споро возвращаются в почву, удобряя ее и тем самым опять же ускоряя развитие самих цветковых. Не будем также забывать, что более совершенное жилкование и расположение устьиц позволили им резко повысить продуктивность, то есть производить больше зеленой массы при меньших, чем у голосеменных, папоротников и прочих растений, затратах воды и углекислого газа. (Будь ди-нозавроид Дэйла Расселла реальностью, в его трехпалых лапах просто не оказалось бы растений, способных давать такие урожаи, как пшеница, рис или кукуруза, даже их дикие предки.)
Азотистые и фосфорные соединения цветковые тоже запасают в больших объемах, чем голосеменные. У последних все уходит в обедненный этими веществами лигнин (древесину), которого у них по массе примерно в два раза больше. Поэтому сообщества голосеменных создают лишь бедные почвы, где обитают малоактивные животные-деструкторы, а покрытосеменные — почвы, богатые гумусом, с чрезвычайно обильным и разнообразным животным миром. А поскольку почвенные биогенные вещества в конечном счете оказывались в озерах и океане, менялась и водная биота. В стоячих пресных водоемах почти исчезли прежние группы насекомых и рыб. Даже океан не сразу совладал с избыточным стоком биогенов: началось «цветение» цианобактерий, заморные явления, известные как «океанические бескислородные события», что вело к вымиранию одних групп организмов и распространению других.
Так исчезли приспособленные к прозрачным олиго-трофным водам гигантские двустворчатые моллюски рудисты и иноцерамы. А повышение температуры поверхностных вод, чему тоже способствовало «цветение» и гибель понижающих температуру групп планктонных водорослей, вероятно, вело к вымиранию морских ящеров и крупных акул, которым труднее стало бороться с перегревом тела. Им на смену начали заступать разнообразные костистые рыбы. Так или иначе, были затронуты все морские обитатели, включая сидевших на морской диете птерозавров. Вместе с отмершей бактериальной и водорослевой органикой на дно океана уходил использованный водорослями углекислый газ, падение содержания которого в атмосфере создавало благоприятные условия для цветковых, но не для других растений. Отчасти с этой проблемой справились лишь хвойные, чьи листья-иголки — это, по сути, концентрированные жилки, но, увы, практически без листовой мякоти, то есть малопродуктивные.
Таким образом, причиной мел-палеогенового кризиса оказался не гигантский 20-километровый в поперечнике астероид, а устьица и жилки, органы дыхания и распределения воды у растения, размером в миллион раз меньше. Можно сказать и по-другому: новые технологии опрокинули мощнейшие «силовые структуры», казалось бы, незыблемые. Мел-палеогеновый «пистолет» оказался не дымящимся, он издавал не запах пороха, а нежный цветочный аромат…
И ведь такое, вероятно, случилось не впервые. Фран-фаменское массовое вымирание могло быть связано со становлением первых настоящих лесов, к тому же освоивших возвышенности, откуда, собственно, все и сносится в океан. Микоризальный союз растений с грибами привел к ускоренному разрушению горных пород благодаря усилению и химического, и механического воздействия на них. Сток биогенов в океан резко усилился, поскольку микориза повышает скорость выветривания в 4-30 раз, а уровень кислорода в атмосфере упал с 22–25 процентов до 13, так как возросшие объемы органических отходов должны были окисляться. И точно так же, как в середине мелового периода, в позднедевонских морях, особенно в прибрежных акваториях, развивались заморы, из-за чего уже обретшие лапы и легочное дыхание рыбы вынуждены был искать спасения на суше, дав начало всем четвероногим от земноводных до динозавров, птиц и млекопитающих. Параллельно развивалось легочное дыхание у двоякодышащих рыб, а вот у насекомых случилась задержка в развитии: мечту о полете — весьма энергоемком способе передвижения — пришлось отложить до лучших времен, когда кислорода прибавилось.
Между черными безжизненными верхнедевонскими слоями и над ними залегают богатые костеносные горизонты, которые позволяют в деталях проследить раннюю эволюцию наземных позвоночных, сочетавших в разных вариантах признаки лопастеперых рыб и настоящих амфибий: жаберные дуги и костное нёбо, костные чешуи и подвижный шейный отдел, хвостовые плавники и лапы с шестью и более пальцами. Так что не для всех черная полоска оказывается траурной финишной лентой — для многих это только стартовый сигнал.
По сравнению с поступательным преобразованием растительного и животного мира падения астероидов и другие сбои в небесной механике, равно как и вулканические взрывы, оледенения и потепления — события несущественные и для эволюции малозначимые.
Австралопитек
Акритархи
Алкалоиды (от
Альвеоляты, Alveolates (от
Амебозои, Amoebozoa
Амебы
Аминокислоты — органические соединения, которые содержат карбоксильную — СООН и амино— NH2 — группы. Служат основным строительным материалом для
Артроплевриды
Археи
Архей
Археоциаты
Архозавры
Бактерии
Бассейн — в качестве геологического термина — отложения любого водоема (озера, моря, океана) с более-менее выраженными границами.
Белок — высокомолекулярное органическое соединение, образованное
Беннеттиты —
Бесчелюстные — рыбообразные
Биогенные вещества — вещества, включая отдельные ионы, необходимые для жизни организмов (например, соединения азота, фосфора, железа).
Биомаркер — буквально «след живого», устойчивый участок молекулы, которая когда-то была частью живого организма; относительно простое соединение углерода и водорода с кислородом, серой, азотом или без них.
Брахиоподы
Брюхоногие — одностворчатые
Бурые водоросли — многоклеточные
Вендобионты — морские
Вид — наименьшее подразделение в классификации живых существ, а также совокупность внешне похожих особей, имеющих сходных с ними общих предков и способных поделиться друг с другом наследственной информацией.
Виридипланты, Viridiplantae
Вирусы
Водоросли — одноклеточные и многоклеточные
Воротничковые жгутиконосцы — одноклеточные и колониальные
Вторичноротые, Deuterostomia — одна из основных ветвей двусторонне-симметричных многоклеточных животных, объединяющая
Выветривание — разрушение
Гемихордовые —
Гидротерма
Гинкговые —
Глинистые минералы — тонкокристаллические минералы с основой из кремния и алюминия (например, хлорит, ил-лит); обыкновенно имеют вид мелких чешуйчатых частиц и способны присоединять значительное количество молекул воды.
Головоногие —
Головохоботные черви — хищные и паразитические черве-видные
Голосеменные — семенные
Горная порода — естественная совокупность минералов, образовавшаяся в результате физических, химических или биологических процессов и обретшая определенную форму и объем. Из горных пород состоят не только горы, но и основания равнин, и океаническое дно, и
Граптолиты
Гребневики — мешковидные
Грибы — одноклеточные и многоклеточные
Грызуны — отряд
Губки — примитивные фильтрующие водные многоклеточные
Двустворки — безголовые, но с развитой ногой
Двусторонне-симметричный (от
Девонский период — четвертый период с начала
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — высокомолекулярное органическое соединение, отдельные участки которого являются генами. Состоит из нуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль, которая надежно хранит наследственную информацию и позволяет восстанавливать ее в случае повреждения одного из участков.
Дентин (от
Диапсиды
Диатомовые (от
Динозавры
Динофлагелляты
Дисцикристаты, Discicristata (от
ДНК — см.
Жгутик — жгутовидная клеточная
Животные — в широком смысле — любые
Зверообразные — продвинутые
Зеленые водоросли — травянисто-зеленые, благодаря
Земноводные — наиболее примитивные из всех четвероногих
Золотистые водоросли — микроскопические, морские и пресноводные, одноклеточные и многоклеточные
Иглокожие —
Известняк —
Изотопы
Ионы
Ископаемое — в настоящей книге это слово обозначает остатки организмов, которые можно извлечь в
Ихтиозавры (греч. «рыбоящеры») — длинномордые живородящие
Кайнозойская эра
Кальцит (от
Каменноугольный период — пятый период с начала
Карбонат (от
Кейтониевые — небольшие
Кембрийский период — начальный период
Кистеперые рыбы — костные
Китообразные, киты —
Кишечнополостные — примитивные
Клещи — несколько групп среди хелицеровых
Кокколитофориды
Кольчатые черви, кольчецы—
Кондилятры
Конодонты
Конулярии
Копролит
Кораллы — сидячие
Кордаиты —
Костистые рыбы —
Красные водоросли — многоклеточные, реже одноклеточные,
Крахмал (искаженное
Кремнезем — окись кремния (Si02), из которой образуются аморфные (например, опал) и кристаллические минералы (например, кварц).
Кремневый — состоящий из
Кремнистый — содержащий кварцевые зерна или слойки опала.
Креодонты
Круглые черви — нечленистые, круглые в поперечном сечении
Лагерштетт
Лигнин (от
Линька — способ расстаться со своим прошлым хотя бы частично, в виде старой шкуры или
Лишайники — похожие на корки
Лофотрохозои, Lophotrochozoa — одно из главных подразделений двусторонне-симметричных многоклеточных животных, включает типы с
Лофофор
Лучеперые рыбы —
Массовое вымирание — быстрое по масштабам геологического времени (в течение нескольких сотен тысяч лет) исчезновение большинства видов, населяющих планету, в результате которого сильно меняется состав организмов. Наиболее массовые вымирания произошли в середине раннекембрийской эпохи, в конце
Мезозойская эра
Меловой период — последний период
Млекопитающие —
Многоножки — несколько неродственных групп наземных тра-хейнодышаших
Многощетинковые черви —
Модульные формы — набор относительно самостоятельных, но совместно проживающих особей, ведущих начало от одной оплодотворенной яйцеклетки. Часто эти особи весьма многочисленны и очень похожи друг на друга.
Молекулярная биология — наука, исследующая молекулы, из которых состоят живые существа. Поскольку образование и замещение молекул подчиняются законам химии, данные молекулярной биологии служат для организмов независимым свидетельством родства (или наоборот).
Моллюски —
Морские стрелки — см.
Мох, мхи — самые низшие (и низкие) из
Мшанки — очень мелкие и всегда колониальные
Насекомые — наземные трахейнодышашие
Непарнокопытные — растительноядные копытные
Неогеновый период (от
Оболочники, или морские спринцовки, — морские примитивные
Окаменелость — образец с остатками чего-нибудь когда-то живого или его следов.
Оледенение — значительное расширение площади ледников на земной поверхности.
Олиготрофный (от
Онихофоры
Ордовикский период — второй период с начала
Органелла (уменьшительное
Опистоконты, Opisthokonta (заднежгутиковые) — одна из главных ветвей
Осадочные породы —
Палеогеновый период (от
Палеодиктиоптеры
Палеозойская эра
Панцирь — наружный
Папоротники — споровые травянистые и древовидные
Парнопалые — растительноядные копытные
Пауки — хелицеровые
Пеллеты
Пеллетный конвейер — быстрое опускание
Пентоксилеевые
Пермский период — заключительный период
Пигменты
Планктон
Пластинокожие —
Плауны — споровые травянистые (в прошлом также древовидные)
Плацентарные (от
Плита — обширная часть
Плоские черви — примитивные
Покрытосеменные, или цветковые, — древесные, кустарниковые и травянистые семенные
Пресмыкающиеся — четвероногие позвоночные, включающие современных черепах, крокодилов, клювоголовых, амфисбен, ящериц и змей. К пресмыкающимся принадлежали крупнейшие наземные животные —
Приматы —
Прокариоты
Простейшие — одноклеточные или колониальные (но состоящие из однотипных клеток)
Протисты — см.
Протоктисты — см.
Протерозой
Прямокрылые —
Птерозавры
Птицы —
Растительноядные и хищные. Птицам современного типа около 140 миллионов лет.
Радиально-симметричныи (от
Радиация (от
Радиолярии (от
Раковина — минерализованный наружный или внутренний
Ракообразные — жабродышашие
Ракоскорпионы — хелицеровые
Ракушняк —
Растения — одноклеточные и
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — высокомолекулярное органическое соединение, образованное нуклеотидами и са-харом-рибозой. Различные виды РНК хранят информацию о строении белковых молекул, переносят
Рибосомы — важнейшие структуры клетки; служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК.
Ризарии, Rhizaria — одна из главных ветвей
Риф (от
РНК — см.
Рудисты
Рукокрылые —
Рыбы — водные позвоночные с челюстями, жаберным дыханием и парными конечностями в виде плавников. Череп неподвижно сочленен с позвоночником. К рыбам относятся акан-тоды,
Саговники —
Сегменты
Симбиоз
Симбионт — организм, проживающий в другом организме или зависимый от него.
Синапсиды
Сифон
Скелет — не только череп и кости, но также панцирь рака,
Силурийский период — третий период с начала
Следы — в палеонтологии ископаемые следы, норки, дорожки, дырки от сверления и многие другие свидетельства деятельности животных.
Слоевище — пластинчатое или трубчатое тело многоклеточной
Сообщество — совокупность различных видов организмов в ограниченном пространстве, которые служат пищей или местом поселения друг для друга, а также создают условия, благоприятные для совместного проживания.
Сосудистые растения — все высшие
Спикула
Спора
Страменопилы, Stramenopiles — одна из главных ветвей
Строматолит
Строматопораты
Сумчатые грибы —
Сумчатые млекопитающие —
Табуляты
Текодонты
Теплокровность — постоянная температура тела, практически независимая от температуры окружающей среды (есть у
Триасовый пери од — первый период с начала
Трилобиты
Усоногие раки —
Устьице — орган
Фильтраторы — водные животные, которые вылавливают пищу из проходящего сквозь тело или ловчие органы тока воды. Активные фильтраторы создают этот ток сами, пассивные — пользуются естественными течениями.
Фораминиферы
Фосфорит —
Фотосимбионт —
Фотосинтез (от
Хвощи — травянистые (в прошлом также древовидные)
Хемосимбионт (от
Хитин (от
Хищные —
Хлорофилл
Хорда
Хордовые —
Хромосома
Хрящевые рыбы —
Цветковые — см.
Цианобактерии —
Черви — собирательное название для почти безногих
Четвертичный период — продолжающийся ныне период
Членистоногие —
Шестилучевые кораллы — преимущественно модульные
Щетинкочелюстные — мелкие
Эвтрофный (от
Эдиакарский период — последний период
Экдисозои, Ecdysozoa — одна из основных групп
Экскаваты, Excavata — одна из главных ветвей
Эра — крупное временное подразделение, в сотни миллионов лет, земной летописи. Делится на
Эукариоты (от
Юрский период — средний период
Ядро (клеточное) — клеточная
Ящеры — собирательное название для крупных ископаемых
Линн Маргулис (Lynn Margulis; 1938–2011) — американский биолог, создатель современной версии теории симбиогенеза.