Эльза Панчироли – Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих (страница 11)

Ромер заметил, что в летописи окаменелостей тетраподоморфов был период, от которого не осталось никаких ископаемых останков, способных поведать нам об истории жизни, – пробел в наших знаниях. В дальнейшем это отсутствие окаменелостей назовут в честь Ромера. В конце девонского периода, с 375 по 360 миллионов лет назад, два массовых вымирания уничтожили жизнь на Земле. В последующие 15 миллионов лет (начало каменноугольного периода) летопись окаменелостей странно затихает. Было высказано предположение, что необычно низкая концентрация кислорода в атмосфере могла снизить темпы окаменения, но, возможно, вокруг просто было меньше животных, которые могли сохраниться. Это пробел Ромера. После которого четвероногие уже стали сухопутными животными, способными выдерживать собственный вес вне воды, не моргнув глазом [26].

Долгое время мы не знали, как произошел этот переход от воды к суше, но этот пробел уже начал заполняться. Многие последние находки сделаны на границах Шотландии, где ученые, работающие в рамках проекта TW: eed (Мир четвероногих: ранняя эволюция и диверсификация), выкопали новых наземных позвоночных. Работа проводилась палеонтологом-первопроходцем Дженни Клек и ее коллегами, и среди их открытий значится Aytonerpeton microps, «ползучая тварь из Эйтона с маленьким лицом» (Эйтон – шотландский приход, в котором она была найдена).

У Aytonerpeton – или Крошки, как ее окрестила команда, – с острыми зубами и подбородком, полным ямочек, череп длиной всего пять сантиметров. Другими словами, она [27] была маленькой по сравнению с некоторыми другими четвероногими того периода. Ее ряды острых маленьких зубов, вероятно, хватали беспозвоночных, которые в избытке ее окружали. А у членистоногих появилось, должно быть, новое заманчивое блюдо в меню – не всем тетраполам, отважившимся выйти на сушу, повезло на ней задержаться.

Конечно, легко перейти к рассуждениям, предполагающим, что у эволюции была какая-то цель, когда первые позвоночные животные вышли на сушу. Но у эволюции, опять же, нет конечной цели. Ее путь непреднамерен, маршрут лишен системности. Когда неожиданные мутации или модели поведения оказываются полезными, происходят изменения. Такая равнодушная случайность пугает некоторых людей – о чем свидетельствуют антиэволюционные аргументы, приводимые некоторыми религиозными приверженцами. Но эволюция потому так великолепна, что ее случайности всегда оказываются счастливыми.

Наши четвероногие предки не развили свои адаптации для жизни на суше, но особенности, которые у них уже были, оказались полезными и помогли им выбраться наружу. Ученые называют это явление эксаптацией, и оно прекрасно описывает то, как работает эволюция. Черта, которая развивается для одной цели, перестраивается для служения другой. Не такими уж неизбежными были как Крошка, пробирающаяся через шотландский подлесок каменноугольного периода, так и успех странной группы животных, которая выставляет все свои мягкие кусочки наружу (безумная идея, только спросите членистоногих).

И вот эта вылазка через болотистые леса привела нас к нашим истокам – возможно, к одному из многих истоков или разветвлений на стволе древа жизни позвоночных. Существо, встреченное во влажном подлеске, – вестлотиана, названная так в честь региона, в котором была обнаружена окаменелость, Уэст-Лотиана на границе Шотландии. Мы могли бы проследить нашу эволюционную историю дальше, нырнув в солоноватые эстуарии в поисках общего предка лопастеперых саркоптеригиев и их лучеперых сестер (актиноптеригии, к которым относятся остальные костистые рыбы на планете). Или еще дальше, в пучины эдиакарского безумия, где первые многоклеточные организмы походили на сплюснутые капли. Но все же стоит начать наш рассказ о млекопитающих с вестлотианы: она не только была среди первых животных на суше, но и особенности ее скелета говорят нам о том, что она связана с группой, к которой принадлежим мы, – амниотами.

В каменноугольный период на эти знойные ликопсидовые болотные леса обрушилась катастрофа. Событие, получившее название «Кризис карбоновых лесов», повалило деревья на водно-болотных угодьях. Неясно, что стало причиной кризиса, но данные свидетельствуют об изменениях климата, вызванных извержением вулканов на территории нынешней Северо-Западной Европы. Там все еще были леса, но после катастрофы они стали другими: разрозненными и заполненными голосеменными растениями. Их шишки и семена теперь знакомы нам как хвойные деревья, необычный и находящийся под угрозой исчезновения гингко и похожие на пальмы саговники, столь любимые в ботанических коллекциях викторианской эпохи. Под их ветвями наконец проявились неоднозначные тетраподоморфы, теперь уже в качестве полноценных четвероногих наземных животных. Сомнений больше не оставалось: вот прародители двух великих линий позвоночных на суше, амниот и анамний.

По мере изменения климата одна группа животных сохранила многие эволюционные черты первых тетраподоморфов. Они по-прежнему полагались на воду для размножения и как на безопасное место для поддержания влажности своих яиц и обеспечения их кислородом. Эта группа называется анамниями, и их потребность во влаге означала, что более сухой мир позднего каменноугольного периода оказался непростым для выживания. Но они справились: эта группа сохранилась до наших дней в виде лягушек, саламандр и настоящих червягов [28].

Однако для остальных четвероногих новые адаптации означали полную независимость от воды, оканчательно разорвав связи с глубинами. Адаптация, которой долгое время отдавалось предпочтение, также дала им название: амниоты. Название происходит от заполненной жидкостью мембраны, амниона, которая окружает развивающиеся эмбрионы. Амнион развился из желеобразных внешних слоев яйца, которые вы можете видеть вокруг лягушачьего потомства в пруду. У земноводных это «желе» пропускает отходы жизнедеятельности и газы между икрой и водой, но амнион выполняет те же функции вне воды. Вместе с двумя другими мембранами, хорионом и аллантоисом, амниоты образуют подушку из мембран, заключающую развивающийся эмбрион в его собственном переносном водоеме – амниотической жидкости. Все это помещается внутри яичной скорлупы (и гораздо позже, у некоторых животных, внутри тела матери). Этой особенности нет у амфибий и рыб. Благодаря этому новшеству амниоты могли растить своих детенышей вдали от прибрежной родины.

Но на этом изменения не заканчиваются, в организме амниот появилось кое-что важное для перехода. Когда позвоночные покинули воду, они воспользовались тем фактом, что в воздухе содержится в 30 раз больше доступного кислорода, чем в воде. Рыбам приходится пропускать огромное количество воды через жабры, чтобы дышать, но считается, что на суше первые четвероногие использовали нечто, называемое буккальным дыханием. Это своего рода кузнечные мехи, только поднимаются и опускаются при этом полости рта. И это объясняет, почему у многих первых четвероногих широкие плоские головы, которые выглядят так, будто на них наступили, – такая форма обеспечивает большую ротовую полость. По сути, первые четвероногие дышали ртом.

Амниоты, однако, высунули свои шеи наружу в буквальном смысле этого слова. Изучая различия в подвижности ребер у этих животных, палеонтологи Кристин Дженис и Джулия Келлер в 2001 году заметили, что у первых амниот ребра стали более подвижными. У многих из них были более узкие головы и более длинные шеи. Ученые поняли, что все эти изменения взаимосвязаны и отражают перемены в дыхании – от буккального дыхания к реберному с использованием грудных мышц. Это оказало глубокое влияние на историю жизни на Земле. Амниоты не просто стали более эффективно дышать, им больше не нужны были крепкие ребра для поддержания осанки. Они могли теперь стоять более прямо и вытягивать шеи – то, что мешало бы при буккальном дыхании набирать достаточное количество воздуха. Более того, поскольку рот больше не использовался для респирации, амниоты могли отныне свободно использовать часть своих мышц черепа и челюсти для новых видов питания. Впервые они смогли питаться растительностью, что требовало умелого прикусывания передней частью челюсти.

Глубоко вдохнув, уже грудью, амниоты отошли от кромки воды, отложили яйца и отправились покорять мир.

Из окаменелостей ясно, что амниоты были одними из сложного множества животных, живущих бок о бок, и все они экспериментировали с жизнью на суше. Постепенно эта линия накапливала изменения в скелете, которые помогали выживать вне воды: более крепкие позвонки, более крупные конечности, перестройка голеностопного сустава для поддержания веса тела и оптимизации движений ног при ходьбе. В большинстве случаев все, что нам нужно для понимания эволюции, – это кости. Палеонтологи внимательно изучают изменения в скелете, наблюдая, какие из них отличают разные группы. Такие особые признаки называются синапоморфиями.

Чтобы разглядеть синапоморфии амниот, нужен зоркий глаз. В черепе они проявляются в расположении костей: кость, называемая лобной, расширилась и образовала часть глазницы. Внутри, на нёбе ротовой полости, был выступ, покрытый зубами, тянущийся к задней стенке глотки. В плече кости стали более сложными (включая развитие двух коракоидов, которые у млекопитающих теперь являются частью лопаток), что, вероятно, связано с изменением использования конечностей из-за жизни на суше. Там, где плечевые кости усложнились, лодыжка и запястье упростились, а многочисленные кости срослись, образовав таранную кость (часть лодыжки).