«Очень краткая история жизни на Земле»

Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу британского биолога Генри Джи «Очень краткая история жизни на Земле. 4,6 миллиарда лет в 12 лаконичных главах» (перевод Андрея Быстрицкого).

Сначала Земля представляла собой негостеприимное чужеродное место: на планету непрерывно обрушивались потоки химических веществ, она была покрыта бурлящими океанами, а ландшафт формировали непрекращающиеся извержения вулканов. Посреди этого буйства стихий и катастроф и началась жизнь. Похожие на мыльные пузырьки первые клетки с дерзкой отвагой бросили вызов безжизненному миру. Жизнь на нашей планете сохранялась на протяжении тысячелетий, адаптируясь к любым, без преувеличения, условиям, с которыми могли столкнуться живые организмы, и процветала, пройдя путь от самых первых скромных форм до волнующей и невероятной истории нашего собственного вида.

В этой книге, благодаря заразительному энтузиазму и научной точности автора, известного английского палеонтолога и специалиста по эволюционной биологии, перед нами стремительно проносятся последние 4,6 миллиарда лет. Опираясь на новейшие научные данные, Генри Джи ясно и доступно рассказывает поучительную историю о выживании и стойкости, проливающую свет на то, каким хрупким было равновесие, в котором всегда существовала жизнь.

Предлагаем прочитать фрагмент из описания жизни на Земле в каменноугольном периоде.

Земноводные в этом мире благоденствовали: появились самые разнообразные формы. Пока мелкие виды ползали по берегам водоемов, роясь в поисках таких же мелких скорпионов, пауков и сенокосцев, их более крупные сородичи оставались водными обитателями, рассекавшими глубины рек и озер в поисках небольшой добычи или бросаясь на неосторожно приводнившихся гигантских поденок, палеодиктиоптер, гигантских стрекоз размером с чайку и прочих летучих жителей карбона.

Некоторые карбоновые земноводные больше соответствовали своему названию и вели промежуточный образ жизни, находясь преимущественно на суше. От них произошли амниоты, поэтому на первых порах они были неотличимы от земноводных, рядом с которыми обитали: некрупные, похожие на саламандр существа. Как и земноводные, они суетливо прятались в пустых пнях плаунов, выскакивая поохотиться на тараканов или чешуйниц и стараясь избежать внимания более крупных жутковатых созданий, которых изобилие кислорода превратило в настоящих монстров. Первым амниотам приходилось уворачиваться от жал скорпионов размером с собаку, прятаться от многоножек размером с ковер-самолет и, вероятно, содрогаться от поступи безжалостных, вооруженных шипами и похожих на танки двухметровых ракоскорпионов, покинувших родной океан в погоне за быстро эволюционирующей добычей, обладающей позвоночником.

Откладывание яиц в этом Саду земных наслаждений было для амфибий делом крайне опасным. Метать икру в открытой воде, как это делают современные лягушки, означало просто накормить первую проплывающую рыбу или амфибию. Для защиты своего потомства земноводным приходилось идти на разные ухищрения. Одни охраняли свою кладку. Другие искали «водоемы» вдали от открытой воды — например в пнях. Некоторые откладывали икру в виде желеобразной массы в растительности, которая нависает над водой, так что маленькие головастики падали прямо в воду. Кому-то удалось продлить личиночную стадию, так что из икринки развивался не головастик, а миниатюрная взрослая особь, готовая сразу же сбежать от любой угрозы. Были и такие, которые зашли дальше всех: матери оставляли икру в своем теле, иногда даже подкармливая ее через ткани своего организма, так что потомство рождалось сразу взрослым.

Амниоты пошли еще дальше. Их приспособление относилось не к тому, куда откладывать яйца, а к самим яйцам: в них несчастная беспомощная запятая эмбриона была окружена не капелькой желе, а набором оболочек, державших опасности внешнего мира на расстоянии так долго, как только могли. Одной из мембран был амнион, водонепроницаемая емкость, которая была для эмбриона и личным водоемом, и системой жизнеобеспечения . Желточный мешок — запасом провианта. Аллантоис — хранилищем отходов. Все это было упаковано в хорион, который, в свою очередь, был окружен скорлупой.

У первых амниот скорлупа была мягкой и кожистой, больше похожей на змеиную или крокодилью, чем на твердую кристаллическую скорлупу птичьих яиц. Важно то, что амниотам не нужно было так заботиться о кладках — для чего необходимо сложное поведение и серьезные энергозатраты, — как земноводным. Яйца достаточно отложить, закопать в кучу опавших листьев или гниющего мусора, чтобы они не остывали, — и забыть о них.

Такое яйцо стало для земноводных в первую очередь просто еще одним способом повысить шансы своего потомства не быть съеденным еще до вылупления. Но попутно первые яйцекладущие нашли способ окончательно порвать с водой. Яйцо — словно скафандр колониста, осваивающего новый, враждебный мир — мир вдали от воды.

За несколько миллионов лет появились настоящие амниоты. Теперь это не были мелкие животные, похожие на саламандр, — нет, теперь это были мелкие животные, похожие на ящериц. Такие животные, как гилономус (Hylonomus) и петролакозавр (Petrolacosaurus), были очень похожи друг на друга, и образ жизни вели тоже похожий — непрерывно охотились на насекомых и других мелких животных, которым не удавалось ускользнуть от голодных челюстей. А еще они были у самого основания эволюционной линии, которая спустя миллионы лет привела к змеям, ящерицам, крокодилам, динозаврам и птицам. Другой была судьба археотириса (Archaeothyris). Это существо принадлежало к пеликозаврам, группе рептилий, среди потомков которых окажутся млекопитающие, включая человека.

Эволюция амниотического яйца стала ключом к успеху наземных позвоночных. Мир растений тоже дал свой ответ на аридизацию климата: отдаленные родственники папоротников обзавелись семенами, дав начало ветви, которая в будущем станет голосеменными.

Первые наземные растения — печеночники и мхи — подобны земноводным тем, что их размножение полностью зависит от воды. Созревающие на мужских растениях спермии плывут по сверкающей водной пленке, которой всегда покрыты листья и стебли таких водолюбивых растений, в поисках готовых быть оплодотворенными яйцеклеток на женских растениях. Оплодотворенная яйцеклетка вырастает в растение, на котором созревают не спермии или яйцеклетки, а крошечные частички — споры. Они разлетаются вокруг и, вырастая, вновь дают мужские и женские растения.

В этом цикле, продолжающемся снова и снова, все время чередуются поколения растений, производящих половые клетки, — гаметофитов — и растений, производящих споры, — спорофитов. Споры могут быть защищены от высыхания, но половым клеткам вода требуется в обязательном порядке. Поэтому мхи и печеночники не могут без воды.

Гаметофиты и спорофиты мхов и печеночников похожи друг на друга. А вот у папоротников в жизненном цикле явно перевешивает спорофит. Все папоротники, которые нам встречаются в лесах и полях, — спорофиты. Споры созревают в рядах капсул на нижних сторонах листьев. Гаметофиты же папоротников, напротив, маленькие, тонкие и незаметные. Они вообще не очень-то похожи на папоротник. А так как на них созревают яйцеклетки и спермии, которые должны плыть друг навстречу другу, то гаметофитам нужны для роста влажные места. Гаметофитам гигантских плаунов и хвощей карбоновых лесов — тоже.

У некоторых папоротников гаметофиты стали настолько мелкими, что едва ли превосходили размерами созревающие на них половые клетки. И даже более того — настолько мелкими, что весь гаметофит помещался внутри споры, которая, таким образом, оказывалась мужской или женской. Дальше — больше: у некоторых видов женские споры перестали выбрасываться в окружающую среду, оставаясь на родительском растении. Мужские споры попадали на женские с ветром. Оплодотворенная яйцеклетка становилась семенем, которое было защищено прочной кожурой и прорастало, только попав в благоприятные условия. Как и в случае с амниотическим яйцом, эволюция семян позволила растениям избавиться от тирании воды.

Бурный рост каменноугольных лесов длился недолго. Конец ему положило медленное движение Пангеи на север. Окраины континента, которые до этого находились на Южном полюсе и большую часть позднего каменноугольного и раннего пермского периодов были скованы льдом, вновь оттаяли. Но глобальная циркуляция теплых экваториальных вод была нарушена соединением северного и южного континентов. Эту преграду течениям было не преодолеть.

Но был еще и океан, бурливший жизнью, — Тетис. Огромный, окаймленный рифами, тропический залив на восточном берегу Пангеи, вполне сравнимый с ней по размерам, благодаря чему весь суперконтинент напоминал огромную «С». Из-за такого расположения суши, не позволявшего теплым течением замкнуть глобальную циркуляцию, климат на берегах Тетиса обладал ярко выраженной сезонностью. Долгие сухие сезоны внезапно заканчивались свирепыми ливнями летних муссонов, похожими на те, что в наши дни заливают Индию, но только в гораздо большем масштабе. Для лесов, в которых доминировали плауны, такой климат совсем не годился, им требовалась тропическая влага круглый год. Площади, занятые дождевыми лесами, значительно сократились и остались лишь отдельные участки. Исключение составлял Южный Китай. Тогда это был отдельный небольшой континент на восточном краю Тетиса. Время забыло про эту землю, и она осталась покрыта лесами из гигантских плаунов.

На смену влаголюбивым каменноугольным джунглям пришли смешанные леса из споровых и семенных папоротников и небольших плаунов, которые были лучше приспособлены к сезонному климату с преобладанием сухих и очень жарких периодов. Вдали же от побережий начала расти пустыня. На земноводных и рептилий гибель каменноугольных лесов оказала колоссальное влияние. Земноводные пострадали очень сильно, хотя пресмыкающимся удалось удержаться и воспользоваться возможностями, открывшимися при изменении климата.

Земноводные в массе своей оставались крокодилоподобными обитателями прибрежных зон, но некоторые приспособились к опустыниванию и стали гораздо больше походить на рептилий. Среди них стоит отметить напоминающего носорога диадекта (Diadectes), достигавшего трехметровой длины. Он стал одним из первопроходцев среди тетрапод, перешедшим на радикально новый рацион: он был в числе самых первых растительноядных. До сих пор все тетраподы питались членистоногими, рыбой или поедали друг друга. Поймать мясо тяжело, но, пойманное, оно легко и быстро съедается и переваривается. Растениям же некуда бежать, им остается лишь стоять до последнего, что они и делают своими плотными, волокнистыми тканями, каждая клетка которых защищена крепостной стеной неперевариваемой целлюлозы.

Раз растительный материал нельзя разрушить механически — а у первых тетрапод не было эффективных жевательных зубов, — то его надо измельчить, насколько это возможно, проглотить и медленно переваривать в протяженном кишечнике, словно в компостной яме, с участием разных бактерий. Таким способом питательные вещества удается извлечь из этой пищи, но медленно. По этой причине травоядные животные, как правило, крупны, медлительны и питаются без перерыва. К диадекту присоединились и первые растительноядные пресмыкающиеся, среди которых выделяются массивные, словно перекормленные, бизоны, бугорчатые парейазавры — потомки мелкого шустрого гилономуса — и разнообразные пеликозавры, в том числе эдафозавр (Edaphosaurus) — более стройное существо, носившее на спине мембрану, натянутую на удлиненные отростки позвонков.

На этих растительноядных охотились другие наземные амфибии — например эриопс (Eryops), выглядящий как жаба, возомнившая себя аллигатором. Будь у него колеса, это был бы БТР. С зубами. За звание «царя горы» с ним боролся другой парусный пеликозавр — диметродон (Dimetrodon).

Земноводные и пресмыкающиеся, в отличие от птиц и млекопитающих, не способны регулировать температуру тела собственными силами. Замерзнув, они становятся вялыми и беспомощными, поэтому для активной деятельности им надо согреваться на солнце. Благодаря этому возникали интересные возможности для животных, способных разогреваться и остывать быстрее остальных. Пеликозавры были первыми из тетрапод, кто всерьез занялся своим метаболизмом. Развернув парус к солнечным лучам, эдафозавр и диметродон разогревались гораздо быстрее рептилий, не имеющих такого приспособления — и первыми оказывались на кормовых угодьях. Развернув же парус к солнцу торцом, можно было быстро сбросить избыточное тепло. Пеликозавры обзавелись и другим усовершенствованием: в отличие от большинства рептилий, чьи челюсти усеяны рядами одинаковых заостренных зубов, у пеликозавров стали появляться отличающиеся зубы, которые позволяли своим обладателям эффективнее справляться с пищей.

Эти адаптации — терморегуляция и специализация зубов — стали предвестниками более масштабных изменений.