Помоги проекту - поделись книгой:
Поскольку сохранившиеся от них окаменелости представляют собой закрученные внешние раковины, напоминающие раковины современных наутилусов, сначала предполагали, что и мягкие части тел живых аммоноидов по строению были подобны телам наутилусов. В художественных реконструкциях этих существ обязательно фигурируют мясистый плотный капюшон над головой аммоноида и смущающее изобилие щупалец. Дальнейшие исследования родственных связей между древними организмами показали, что аммоноиды по происхождению ближе к колеоидам, и это нашло свое отражение во всех последних художественных реконструкциях.
Рис. 1.5. «Кальмарообразная» реконструкция, опубликованная в 2015 г., на которой у каждого аммоноида 8 рук, 2 щупальца и большая мускулистая воронка
Диаметр спирали взрослых аммоноидов составлял от нескольких сантиметров до 2 м. В такую крупную раковину мог бы залезть и человек — если, конечно, внутри не находился сам аммоноид. У некоторых витки спирали были расположены довольно свободно, и между ними легко просачивалась вода; у других спирали были закручены так плотно, что кольца срастались между собой. Одни спирали были тонкими, другие толстыми, некоторые — совсем простыми, другие довольно причудливыми.
Аммоноидов было так много и эволюционировали они так быстро, что палеонтологи используют их для определения возраста горных пород. Каждый вид аммоноидов обычно можно привязать к определенному отрезку геологического времени. Например, где бы вы ни обнаружили изящную спираль
Возможно, это кажется вам не слишком полезным? Если так, давайте вернемся немного назад и попробуем разобраться в такой «несложной» теме, как история Земли.
Каменные часы
Окаменелости обычно образуются из самих тел живых существ, но могут возникать и из их отпечатков на грунте или из экскрементов. Мир настолько переполнен телами и отходами их жизнедеятельности, что, казалось бы, мы должны спотыкаться об окаменелости на каждом шагу, но на самом деле это огромная редкость.
Вспомните последний труп, который вы видели. Скрюченный паук на подоконнике, скорее всего, высохнет и распадется в пыль. Сбитый машиной зверек, валяющийся на обочине дороги, станет пищей хищников, а оставшиеся от их трапезы кости будут поломаны, иссушены, развеяны ветром.
Эти примеры описывают то, что случается после смерти с большинством животных, по крайней мере с теми, которых не полностью съедят и переварят. Животные, которых постигнет такая судьба, не оставят после себя окаменелостей.
Крайне редко ископаемые животные сохраняются в неизменном виде, исключение составляют люди, у которых существуют определенные обычаи погребения умерших. Для образования хороших окаменелостей нужны особые обстоятельства. Извержение вулкана, смоляная (битумная) топь, сход селей. Даже янтарь, окаменевший сок деревьев, в котором сохранилась знаменитая (на самом деле выдуманная) ДНК динозавров в фильме «Парк юрского периода», однажды стал хранилищем раковины аммонита — вероятно, потому, что смола с дерева накапала на берег[20]. К сожалению, мягкие части тела аммонита уже были съедены или сгнили, так что находка в янтаре не привела к новым анатомическим открытиям.
Но даже те редкие окаменелости, которые образуются, остаются невидимыми, пока не окажутся на поверхности. Обычно это происходит в результате многолетней эрозии в сочетании с оползнями или землетрясениями, ускоряющими ход событий. Обнаруживаются окаменелости также и в результате раскопок и разрушения горных пород взрывами, и хотя мы, люди, преуспели в рытье котлованов и взрывных работах, но в общем геологическом контексте это лишь незначительные зарубки на поверхности Земли. Бóльшая часть всех окаменелостей мира залегает глубоко под нашими ногами или под океанским дном и никогда не увидит свет.
Рис. 1.6. Коллекция ископаемых аммоноидов рода
Поскольку большинство живых организмов не оставляют окаменелостей и большинство окаменелостей так и остаются не найденными, геологи и палеонтологи проявляют объяснимый интерес к тем организмам, которые, как аммоноиды, в изобилии встречаются в виде окаменелостей. Если их много и они достаточно разнообразны, по ним можно отсчитывать время.
Люди давно знают, что горные породы Земли залегают слоями. Представление о том, что верхние слои — самые недавние, а нижние — самые старые, возникло по меньшей мере в XVI в. Но поскольку ни в те времена, ни в последующие четыре столетия никто не мог хоть сколь-нибудь достоверно оценить возраст Земли, разделение ее истории на основе слоев горных пород проводилось совсем не так, как деление дня по часам и минутам. Слои классифицировались, скорее, по своему составу: меловые, угольные или известняковые, а называли их в честь мест, где ученые впервые их описали: пермский — в Перми (Россия), девонский — в Девоне (Англия). Оба эти периода были определены и получили свое название в 1840-е гг. Вначале слои пород из разных мест казались совершенно не похожими друг на друга. Ископаемые послужили для стандартизации геологической летописи и позволили расширить употребление этих названий на весь мир.
Ученые заметили, что одни и те же окаменелости или их сочетания, в том числе многие аммоноиды, часто появлялись в разных местах. По ним, как по отпечаткам пальцев, можно было определять тот или иной отрезок геологического времени. К середине XIX в., благодаря упорному труду нескольких самоотверженных геологов и множеству давно исчезнувших головоногих, Земля обрела геологическую шкалу времени. Сотню лет спустя, благодаря уже радиометрическому датированию, мы наконец смогли нанести на нее точные даты.
Чтобы разобраться в том, что такое радиометрическое датирование, сначала вспомним, что геологические породы состоят из химических элементов: углерода, кислорода, кальция и так далее. Ряд элементов (например, уран) встречаются в более легкой и более тяжелой форме. Некоторые из последних неустойчивы и выплевывают небольшие кусочки самих себя, пока не достигнут более стабильной, легкой формы. Для каждой формы мы можем вычислить скорость плевания. Потом мы (под «мы» я имею в виду «другие представители моего биологического вида, которые умеют это делать намного лучше меня») берем кусок камня, измеряем относительные количества устойчивых и неустойчивых форм элементов и по ним высчитываем, как давно неустойчивые формы плюются, чтобы стать устойчивыми. Основываясь на этих расчетах, мы можем определить, когда сформировалась данная горная порода и сколько ей лет.
Для геолога слово «эон» (англ. «вечность») имеет значение несколько более конкретное, чем просто «очень-очень долго». Эоны — крупнейшие единицы, на которые делятся примерно 4 млрд лет земной истории. Эоны подразделяются на эры, а эры — на периоды. Из всех единиц геологического времени люди чаще всего слышат именно о периодах; среди них, например, юрский и меловой (а также упомянутые ранее пермский и девонский).
Для целей этой книги нам потребуется только один эон: тот, в котором мы с вами живем сейчас, эон «явной жизни», или по-гречески фанерозой, продолжительностью всего полмиллиарда лет. В него входят три эры: эра «старой жизни» (палеозой), «средней жизни» (мезозой) и «новой жизни» (кайнозой), каждая из которых делится на периоды. Ученые, одержимые страстью к точности, разделили периоды на эпохи и ярусы (века), но нам здесь они не понадобятся — разве только для того, чтобы увидеть, что в значительной степени этой точностью мы обязаны аммоноидам.
Аммоноиды выступают в роли идеальных меток геологического времени. Их необычайно стремительная эволюция выражалась в том, что новый вид возникал практически каждую геологическую «минуту». Изобилие ископаемых аммоноидов означает, что вы можете обнаружить один и тот же «отпечаток пальца» во многих породах в самых разных местах планеты. Существует лишь один прискорбный момент: мы так долго рассматривали аммоноиды исключительно в качестве каменных часов, что перестали видеть в них все остальное.
«Аммониты воспринимались скорее как окаменелости, чем ископаемые организмы: ученые рассуждали о том, как один вид порождал другой и как они распределялись по планете. Но что делали аммониты, когда были живы, — ответ на этот вопрос оставался предельно туманным», — пишет Нил Монкс[21], автор книги об аммоноидах (несмотря на название «Аммониты»[22]). Это происходит потому, что когда люди обсуждают аммоноиды, то, даже если эти люди — профессиональные палеонтологи, они чаще используют более знакомое и часто употребляемое слово «аммониты», хотя, как отмечает Монкс в предисловии к своей книге, «строго говоря, название „аммонит“ используется для единственного подотряда Ammonitina в подклассе Ammonoidea»[23]. Надеюсь, меня простят за употребление более редкого и официального названия «аммоноиды», которое порождает красивую параллель с наутилоидами и колеоидами.
Хотя Монкс и работал какое-то время в области палеонтологии, начал он с увлечения аквариумистикой, и первой его университетской специальностью была зоология. Он привык думать о животных в своих аквариумах как о существах, которые живут, дышат, испражняются, и, когда он поступил на палеонтологический факультет, его слегка ошарашило, что в научных кругах к аммоноидам относятся главным образом как к весьма полезным камням.
Увлекшись вопросами биологии аммоноидов, Монкс нашел единомышленника, Филипа Палмера, куратора отдела ископаемых моллюсков в лондонском Музее естественной истории. В какой-то момент они решили изложить на бумаге свои многочасовые беседы, и в 2002 г. вышла в свет книга «Аммониты», в которой Монкс и Палмер заявили: эти камни когда-то были живыми. Вот где эти животные могли жить, как могли двигаться, вот что они могли есть.
Впрочем, Монкс прекрасно понимал ограниченность такого рода предположений. В статье 2016 г. под названием «Аммонитовые войны» (Ammonite Wars) он рассуждал, почему так трудно было разобраться в биологии окаменелых аммонитов: «Кости позвоночных тесно связаны с прилегающими к ним мускулами. Если посмотреть на скелет динозавра или мамонта, можно многое понять о строении животного, о том, как оно выглядело при жизни. А вот раковины аммонитов в этом отношении немы. По ним мало что можно выяснить о размере и форме мягких частей тела живого аммонита — на раковине видны лишь несколько неясных следов прикрепления мышц»[24].
Однако недостаток информации о мягких частях тела ископаемых аммонитов с лихвой компенсируется изобилием данных об их рождении, росте и зрелости. В том, что касается развития организма в течение жизни, раковины аммоноидов могут многое рассказать. И в этом случае развитие оказывается одним из ключевых факторов — едва ли не единственным — для понимания их эволюции.
Новый символ эволюции
Мы многое знаем об эволюции. Мы знаем, что все живое на планете взаимосвязано и что родственные связи можно проследить по ДНК. Мы знаем, что естественный отбор приводит к тому, что каждый вид приспосабливается к своей экологической нише, а в результате массовых вымираний периодически опустошается множество ниш, давая выжившим видам новые возможности для адаптации. Мы знаем, что и эволюция, и вымирание могут происходить очень быстро — мы видели, как насекомые и бактерии развивают способность сопротивляться нашим попыткам их уничтожить, и видели, как это не удалось птицам додо и стеллеровым коровам.
Но нам предстоит еще многое изучить.
Одна из важнейших задач в исследовании эволюции — разобраться в том, что служит источниками новшеств. Откуда берутся новые формы, новые паттерны, новые привычки — в масштабах, необходимых для того, чтобы создать ошеломляющее разнообразие жизни вокруг нас. Естественный отбор, о котором мы узнали благодаря блестящему озарению Дарвина, можно сравнить с работой скульптора. Так откуда же этот скульптор берет глину?
На данный вопрос с некоторых пор отвечает новая область науки, известная сегодня как эво-дево: похоже на название инди-рок-группы, но на самом деле это просто сокращение от evolution and development («эволюция» и «развитие»). Корнями она глубоко уходит в генетику[25].
Оказывается, что наша ДНК — не линейное пошаговое руководство по сборке. Она больше напоминает электрическую схему — сеть взаимодействующих соединений. Каждый организм в начале своей жизни представляет собой практически одно и то же: единственную клетку, готовую делиться и расти. И множество генов внутри такой клетки более или менее похожи у всего царства животных. Регуляторные механизмы более высокого уровня в каждой клетке определяют, какие шаги построения организма будут пропущены, какие выполнены, а также когда, в каком порядке и сколько раз они будут выполнены. Незначительные изменения в этих регуляторных механизмах могут приводить к возникновению радикальных новшеств: другое количество конечностей, другая форма тела, другой тип чешуи пресмыкающихся, по сути превратившейся в перья.
Наше современное, все еще ограниченное, понимание эволюции сравнимо с неполными представлениями древних ученых об изменениях физического облика планеты. Они знали, что Земля за свою историю менялась, но не могли понять, как и почему, — до тех пор, пока не утвердилась концепция тектоники литосферных плит. Как только мы поняли, что кора планеты состоит из плавающих плит, то соединяющихся, то расходящихся, — все нашло свое объяснение, от очертаний континентов до расселения сумчатых[26].
Вполне возможно, мы сейчас наблюдаем подобный же прорыв в эволюционной биологии, о чем может свидетельствовать удивительный пример четырехкрылых динозавров[27].
Динозавры — излюбленный пример для объяснения эволюции и вымирания в крупных масштабах. Очень многие из нас увлекаются этими существами, едва научившись задавать вопросы: «А они правда были такие большие? А почему? И все они умерли? А как это произошло?» Над теми же вопросами бьются и взрослые палеонтологи в неустанных поисках новой информации, которая позволила бы уточнить ответы.
Конечно, не все они умерли. Теперь мы знаем, что птицы — современные динозавры, но по привычке продолжаем называть динозаврами лишь гигантских древних существ, вымерших в конце мелового периода. Ведь даже если у них были перья, они совсем не походили на привычных нам дроздов и зябликов. Начнем с того, что у древних пернатых динозавров, вполне возможно, было по четыре крыла. А среди современных птиц нет ни одной четырехкрылой.
Хотя, вообще-то… можно вывести породу домашних голубей с перьями на ногах. Причем не с мягким пухом, а длинными маховыми перьями, и с появлением таких перьев и кости ног у птиц развиваются больше похожими на кости крыльев. Ноги остаются ногами, не пригодными для полета. Но на их примере можно увидеть, каким мог быть промежуточный шаг на пути от четырехкрылых динозавров к двукрылым птицам. Разница между голубями с обычными ногами и голубями с ногами-крыльями возникает с помощью регуляторных механизмов в ДНК, которые изменяют экспрессию двух конкретных генов[28]. Эти гены есть у всех птиц и даже у всех позвоночных, так что, скорее всего, у динозавров они тоже были. Простое изменение в их экспрессии, начавшееся в яйце, приводит к существенным различиям между взрослыми животным. Вот вам пример эво-дево.
Рис. 1.7. Аммоноид криоцератит (
В отношении головоногих тоже стали применять подобные методы исследования: изучение регуляции и экспрессии генов у эмбрионов, чтобы разобраться, что происходит в процессе их развития. Эрик Эдсингер-Гонсалес, биолог из Лаборатории морской биологии в Вудс-Хоуле (штат Массачусетс, США), работавший с эмбрионами разных видов головоногих, утверждает, что в ближайшие несколько лет ученые смогут генетически изменять головоногих, чтобы создавать линии, подобные породам голубей. Мне стало интересно, какие открытия, наподобие выведения голубей с ногами-крыльями, могут ждать нас впереди. Эдсингер-Гонсалес предположил, что при соответствующей небольшой генетической манипуляции у осьминога может появиться не восемь, а десять ног. Можно представить, что даже у эмбриона наутилуса может возникнуть всего десять рук, как у их предков, наглядно демонстрируя нам, какие изменения происходили в ходе эволюции головоногих.
К сожалению, мягкие ткани рук сохраняются в окаменелостях гораздо хуже, чем кости ног и крыльев, и, вероятно, мы никогда не узнаем наверняка, сколько конечностей было у древних головоногих. И все же с точки зрения изучения эволюции у ископаемых головоногих имеются два явных преимущества перед динозаврами. Во-первых, их раковины хранят информацию об их росте, начиная с эмбриона, так что изменения в развитии (многие из которых могут быть вызваны регуляторными механизмами ДНК) можно проследить на протяжении всей жизни одной особи. Во-вторых, их гораздо больше.
Эти преимущества привлекли американского палеонтолога Пег Якобуччи, на сегодняшний день ведущего специалиста в области ископаемых головоногих. Она охотно признает: «Конечно, в детстве я была без ума от динозавров!»[29] В 1980-е гг. старшеклассница-«ботаник» увлеклась новой захватывающей гипотезой вымирания динозавров в результате падения астероида. Якобуччи вспоминает, что, когда неподалеку от ее дома читал лекцию знаменитый палеонтолог Джек Сепкоски, «я заставила мою бедную маму отвезти меня в музей науки, чтобы послушать его доклад. Она там крепко заснула».
Сепкоски изучал не динозавров, а массовые вымирания. Чтобы разобраться в закономерностях вымираний, он исследовал морских ископаемых животных, в том числе головоногих, а также более мелких моллюсков и еще менее привлекательных созданий, таких как планктон[30]. Они весьма разнообразны, встречаются в изобилии, и, в отличие от динозавров, от них осталось много окаменелостей. Несмотря на изобилие динозавров на книжных полках и в магазинах игрушек, в полевых условиях их окаменелые остатки встречаются очень редко.
В конце лекции Сепкоски пригласил слушателей прийти на следующий день, чтобы услышать рассказ о процессе, противоположном вымиранию, — об эволюции. Якобуччи уговорила маму свозить ее на лекцию еще раз и была еще больше очарована. Она вспоминает, что Сепкоски говорил, по сути, следующее: «Уничтожить кого-нибудь довольно просто, но как вы объясните стремительное возникновение новых групп?» Она продолжает: «Он рассказывал о кембрийском взрыве, а я о нем никогда даже не слышала, и это меня еще больше захватило. Тогда я и сформулировала вопрос для своих последующих исследований, на который до сих пор не нашла ответа: откуда берутся новые виды?»
Якобуччи поступила в Чикагский университет, потому что именно там работал Сепкоски. Сначала она изучала динозавров, но, по ее словам, быстро поняла: «…с динозаврами я, как ученый, не могу работать в том направлении, в котором хочу. Динозавры недостаточно распространены, чтобы проводить полноценные исследования эволюции». Делая выбор темы для дипломного проекта, она сказала себе: «Нужна группа животных, которые были бы не менее крутыми, чем динозавры. Замечательно, если бы они жили в одно время с динозаврами, а еще лучше — если бы вымерли одновременно с ними, но оставили после себя изобилие окаменелостей».
С такими оговорками ее выбор был очевиден.
В следующих главах мы проследим взлеты и падения головоногих в процессе их эволюции, от ползающих по дну моллюсков к медленно дрейфующим хищникам и далее, к существам, способным на головокружительные побеги, не менее впечатляющие, чем трюки Гудини. Мы увидим череду триумфальных побед аммоноидов, за которыми последовала катастрофа, но ее удивительным образом пережили, вернее переплыли, непритязательные и невзрачные наутилоиды. Мы увидим, как раковина головоногих претерпевает бесконечные изменения: изгибается, укорачивается, скручивается узлами, а в случае колеоидов — оказывается внутри и растворяется. И наконец, мы познакомимся с разнообразием современных головоногих, от гигантских кальмаров до эффектных каракатиц, и поразмышляем о том, что может ожидать их в будущем.
2. Восход империи
Осьминоги и кальмары такие странные, что так и хочется назвать их инопланетянами. Щупальца, отсутствие твердых частей, настораживающе быстрые смены окраски кожи… Даже ученые, которые их исследуют (а возможно, в первую очередь именно они), отмечают их потустороннюю природу.
Когда в 2015 г. впервые секвенировали полный генетический код осьминога[31], руководитель исследовательской группы пошутил: «Это первый секвенированный геном существа, смахивающего на инопланетянина». Авторы сенсационных новостей во всем мире возликовали и кинулись штамповать шедевры под заголовками вроде «Ученые заявляют, что осьминоги — это инопланетяне» (Geek.com) или «Генетический код осьминога настолько странен, что он может оказаться ИНОПЛАНЕТЯНИНОМ» (
Тот осьминог, чьи гены извлекли и прочитали, принадлежал к симпатичному безобидному виду калифорнийских двупятнистых осьминогов, которых так любят аквариумисты: они неприхотливы и удобны для содержания. (Мой второй осьминог, Рекс, был двупятнистым.) Ученые обнаружили сотни генов, уникальных для осьминогов, а также неожиданное обилие генов группы протокадгеринов. По мере секвенирования геномов других головоногих, в том числе сепиолид и гигантских кальмаров, у всех обнаружились большие количества протокадгеринов. В таком количестве они не встречались ни у каких других животных, кроме позвоночных.
Позвоночные — это рыбы, черепахи, кошки, собаки, а также мы с вами. Первые позвоночные появились примерно в то же время, что и первые головоногие моллюски. В какой-то момент они приобрели форму рыб и тут же стали мощным эволюционным фактором естественного отбора головоногих. Кальмаров и осьминогов даже называли беспозвоночными рыбами, так как у них имелись сходные черты в теле, строении мозга и поведении[32]. Геномы головоногих могут дать разгадку того, как существа, которые были, в сущности, моллюсками, превратились в процессе эволюции в существ, подобных рыбам.
Тем не менее Эдсингер-Гонсалес, который изучал осьминогов, утверждает: «Их геном не слишком отличается от генома улитки»[33]. Ранее он участвовал в секвенировании генома одной из морских улиток, которые называются морскими блюдечками, так что у него есть данные для сравнения улиток и осьминогов. «Некоторые гены мы пока встречали только у осьминогов. Но если обратиться к улитке, с которой мы работали раньше, у нее есть такая же доля генов, которые встречаются только у улиток».
Эдсингер-Гонсалес не считает эти результаты скучными или обескураживающими, напротив! С неукротимым энтузиазмом ученого он восторгается тем, «как типично выглядел геном. Это и правда было впечатляюще… Один и тот же ген может отвечать за шесть разных функций у шести разных животных, и вы узнаете, чем он занимается, только когда проверите каждое из них. Это означает, что нам предстоит еще много интереснейшей работы с головоногими».
Это также означает, что головоногие несомненно родственны всем остальным формам жизни на Земле. Доказательством этого предположения является их геном: помимо сходства с геномом улитки, он содержит нуклеотидные последовательности, которые встречаются и у людей, и у плодовых мушек.
Вы разочарованы? Не вешайте нос: возможно, у всех нас есть шанс претендовать на внеземное происхождение.
Подготовка декораций
Ученые до сих пор точно не знают, как на нашей планете появилась жизнь, но она явно здесь уже очень давно. Первые ископаемые свидетельства жизни обнаружены в геологических породах возрастом 3,7 млрд лет[34]. Сама Земля старше всего на миллиард лет.
Эти древнейшие окаменелости — простые клетки: что одновременно и скучно, и удивительно. Мы сами гораздо крупнее клеток, и, естественно, нас интересуют крупные вещи: деревья, морские моллюски, динозавры. Но при своих крошечных размерах древние свидетельства клеточной жизни поразительны. Клетки сложно организованы, в них есть мембраны, ДНК и множество других компонентов, которые должны гармонично взаимодействовать между собой. Такие сложные образования не могли сразу возникнуть полностью сформированными из камней, они должны были появиться в результате долгой и кропотливой работы жерновов эволюции, перемалывающих более простых предшественников, вроде самовоспроизводящихся молекул. Таким молекулам должно быть больше 3,7 млрд лет. Может быть даже, они стары как сама Земля.
Тем не менее большую часть своего первого миллиарда лет Земля была обжигающе горячей и не могла поддерживать протожизнь молекул, как бы мы ее ни представляли. Но в таком случае возможно ли, что жизнь пришла на постепенно остывающую планету откуда-то из других миров?
В те далекие дни по всей юной Солнечной системе свистели стремительные снаряды, и наш родной шарик подвергался постоянным бомбардировкам. Органические соединения, такие как кислоты и сахарá, из которых состоит ДНК, существуют и за земными пределами. В те беспокойные времена они могли быть занесены на Землю в существенных количествах. Более того, мы знаем, что метеориты могли врезаться (и врезались) в Марс, отбивать куски планеты и отправлять их в полет к Земле. А юный Марс 4 млрд лет назад представлял собой гораздо более дружественную среду, чем Земля на заре своего существования: там была приятная температура и в удачных пропорциях сочетались суша и вода. Некоторые ученые верят, что, возможно, и даже вполне вероятно, жизнь (в виде сложных молекул, а может быть, уже и клеток) вначале развилась на Марсе, а потом была занесена на Землю[35].
Таким образом, материал, из которого и мы, и осьминоги строим свои тела, мог прилететь из космоса. Вот что у нас с ними может быть общего — и это круто!
Пусть в наше время клетки и могут развиваться во всевозможные диковинные тела, однако на то, чтобы обрести эту способность, им потребовалось очень много времени. Переход от молекул к клеткам (насколько нам известно) произошел меньше чем за миллиард лет, а следующие 3 млрд лет жизнь оставалась ограниченной отдельными клетками. Конечно, клетки развивались и иногда собирались в колонии, но у них не было специализации, то есть разделения труда. А значит, не существовало многоклеточных животных. Телу животного нужны клетки кожи, чтобы укрывать его, мышечные клетки, чтобы оно могло двигаться, сенсорные клетки — чтобы животное было способно видеть, нюхать и пробовать на вкус все вокруг.
Почему клеткам потребовалось так много времени, чтобы объединиться (как однажды сделали составляющие их молекулы) и превратиться в ткани, органы, в живые существа? Возможно, окружающая среда на планете этому не благоприятствовала. Возможно, несколько клеток попытались это сделать, но не получили особых преимуществ и погибли, не оставив и следа от своих экспериментов. Однако около 700–800 млн лет назад что-то изменилось, и Земля узрела своего первого животного обитателя — скромную губку.
Губки на животных не слишком похожи. Они не могут двигаться, у них нет органов чувств — да и вообще органов. Но это больше, чем просто колония: в них есть специализированные клетки, выполняющие разные функции и составляющие единый организм, а соответственно, есть организация. На протяжении всех последующих 100 или 200 млн лет это были единственные животные на планете. Они медленно накапливали генетическое и клеточное разнообразие — хотя, конечно, не наблюдалось ничего похожего на сегодняшнее разнообразие животного мира. Оно возникло в эдиакарском периоде, 600 млн лет назад, и с тех самых пор по планете начали бегать животные.
Конечно, это не совсем так. Эдиакарские животные никуда не бежали и не плыли, а лежали на дне и зарывались в ил. Они вообще не походили на знакомых вам животных. Это были длинные ленты, колыхающиеся в воде, и округлые пузыри, уютно устроившиеся на дне. Они могли вырастать довольно крупными: обнаружена одна лента длиной 2 м. Но у них не было рук, ног или щупалец, не было кишок, мордочек или глаз.
А потом один странный обитатель эдиакарского сада стал немного сложнее, чем его современники. Круглое ископаемое существо кимберелла, судя по всему, обладало ртом, который оставлял царапины на поверхности грунта. Эти окаменелые царапины очень похожи на отметины, которые оставляют современные улитки, когда счищают водоросли с камней при помощи радулы, или терки, — органа, похожего на язык. Давайте вспомним, что у кальмаров тоже есть радула (которой они пользуются для далеко не столь невинных удовольствий), а все потому, что и кальмары, и улитки являются моллюсками, а радула — это изобретение моллюсков. Возможно, кимберелла и есть их самый дальний предок[36].
Правда, некоторые ученые зачислили кимбереллу в медузы. С этими странными эдиакарскими ископаемыми ни в чем нельзя быть уверенными.
Чтобы встретить знакомых животных — морских звезд, креветок и тех самых раковинных моллюсков, которые со временем в буквальном смысле породят наших дорогих головоногих, — придется перепрыгнуть на 50 млн лет вперед, к кембрийскому взрыву — эволюционному пиршеству природы, которое определило научный интерес Пег Якобуччи и которому она посвятила свои многолетние исследования. Этому эпохальному событию положил начало неприметный маленький червячок.
Самый медленный взрыв в мире
Современный мир полон червей. Название «червь» слишком расплывчато, чтобы иметь какой-нибудь ясный смысл: оно относится к множеству самых разных животных. Есть кольчатые черви — группа, в которую входят и простой дождевой червь, и красавец трубчатый многощетинковый морской червь. Есть агрессивные плотоядные ленточные черви, есть круглые черви, которые обычно присасываются к растениям (однако и паразиты анкилостомы и дирофилярии тоже относятся к круглым червям), и даже веретеницы, ящерицы без ног, по-английски их называют
А еще есть морские черви-пенисы. Да, так они и называются, биологам такое сходит с рук благодаря премудростям их классического образования. Научное название этой группы — приапулиды; Приап был греческим богом плодородия, на фресках и в виде статуй его часто изображали с фаллосом размером с ногу. Трудно отрицать внешнее сходство пухлого червячка, имеющего передний округлый хоботный отдел, с этим органом. Но дело тут не только во фривольных ассоциациях: и червь, и фаллос имеют в основе своего строения одну и ту же анатомическую структуру — гидростатический скелет.
Удивительный бескостный скелет поддерживает и передает мышечную силу при помощи одной только жидкости. Собственно говоря, это был вообще первый в мире скелет. Современные приапулиды пользуются своими гидростатическими скелетами, чтобы рыть норки определенной формы. Палеонтологи обнаружили отверстия похожей формы в геологических породах возрастом 542 млн лет. Как и царапины, оставленные кимбереллой, которые позволяют связать ее с современными моллюсками, эти древние норки определенно были вырыты если не самими приапулидами, то кем-то очень на них похожим.
Самого копателя норок так и не нашли: возможно, он был слишком мягким, чтобы сохраниться в виде окаменелости. Норки получили свое собственное научное название,
Не только приапулиды, но и многие другие формы животных, известные нам сегодня, впервые обнаружены сохранившимися в слое, относящемся к времени знаменитого (по крайней мере, среди любителей окаменелостей) кембрийского взрыва[37]. Этот внезапный расцвет жизни, вероятно, был связан с изменениями физических условий на Земле. Различные свидетельства указывают на то, что эволюция животных изначально могла сдерживаться низкими уровнями кислорода. В эдиакарском периоде уровень кислорода начал расти, и, когда он достиг критических значений в кембрии, животные наконец получили возможность увеличить свои размеры и разнообразие.
Подобно рукам на литографии М. Эшера, рисующим друг друга, основным двигателем эволюционного разнообразия могло быть само разнообразие. Как только появлялись новые животные, они менялись, приспосабливались к окружающей среде и взаимодействовали друг с другом, создавая все новые ниши, к которым могли, в свою очередь, приспосабливаться очередные новые формы жизни[38].
Все это происходило на дне моря. Суша еще долго оставалась пустой: никаких деревьев, никаких динозавров, даже никаких насекомых — лишь отдельные пятна водорослей и микроорганизмов. Даже толща океана была в основном пуста: жизнь в воде состояла из опять-таки водорослей, нескольких медуз и горстки плавающих червячков. Но там, где вода встречалась с землей, на дне моря, — там принимались за работу животные-инженеры. Все началось с губок, которые стали фильтровать микрочастицы пищи из воды и отправлять их в грунт, обогащая его. Другие животные принялись заселять свежеудобренное пространство. Благодаря гидростатическим скелетам они могли зарываться вглубь. По их норкам пища и вода проникали еще глубже в землю, что позволило образовываться новым видам микроорганизмов, которые стали пищей для новых видов животных. А поскольку животные неустанно искали все новые и новые источники пищи, неизбежно наступил момент, когда они начали нападать друг на друга.
Хищничество — одно из фундаментальных биологических взаимоотношений, которое мы видим в природе, — от паука, поймавшего мушку, до льва, охотящегося на антилопу. И все же нет почти никаких свидетельств хищнического поведения среди тех древних простых и очень странных эдиакарских животных. Американский палеонтолог Марк Макменамин из колледжа Маунт-Холиок назвал это мирное сосуществование «Эдиакарским садом», проводя аналогию с мирным Эдемским садом[39].
Впервые хищническое поведение появилось среди представителей последних эдиакарских животных[40]. Состоящие из вложенных друг в друга конусов окаменелые трубочки под названием
Раковины, характерный признак моллюсков, вероятно, появились в качестве брони. Первые кембрийские ископаемые после
Менее очевидная, но отнюдь не менее эффективная тактика взаимодействия с хищниками — вырасти покрупнее: если ты достаточно большой, маленькие страшные черви тебя не съедят. Еще один вариант для тех, кто не может похвастаться ни броней, ни размером, — просто переехать: если вы не способны защитить себя в одном месте, приходится заселять и осваивать другое.
К сожалению для добычи, но к счастью для разнообразия жизни на Земле (и для ученых, которые его изучают), хищники тоже умеют приспосабливаться. И крупные хищники не заставили себя ждать: особенно выделялась «странная креветка» — аномалокарис. Это существо с метко подобранным названием и правда было очень странным, и не только по меркам креветок, но и по меркам всех существ, живущих в те времена. В мире мелких животных, которые ползали, зарывались в грунт и лежали на дне (ну, или, может быть, пассивно висели в воде), аномалокарис отличался тем, что достигал метровой длины и активно плавал.
Большой и голодный аномалокарис наверняка подстегнул появление всевозможных защитных приспособлений у его жертв. Раковины моллюсков укрепились. Их тела стали крупнее. А некоторые из них — это были первые головоногие — спасались от тирании обитающего на дне аномалокариса, поднявшись в толщу воды.
Новое применение старой раковины
Наблюдая рост животного от оплодотворенного яйца до многоклеточного существа, от простого к сложному, практически невозможно не проводить параллелей с общим ходом эволюции. В свое время ученым казалось, что если наблюдать животное на протяжении его жизни с самого зачатия, то можно разобраться в эволюции данного вида в геологических масштабах времени. Человеческий зародыш вначале и в самом деле напоминает рыбу, потом ящерицу… Однако теперь мы знаем, что связь эволюции и индивидуального развития организма гораздо тоньше и сложнее. Современные люди, ящерицы и рыбы произошли от одного общего предка, а не друг от друга. Но понять, как это происходило, можно в том числе и сравнивая развитие эмбрионов разных видов.
Эмбрионы современных наутилусов и кальмаров тоже похожи друг на друга, причем гораздо больше, чем взрослые особи. И те и другие растут, прикрепившись, как зародыш цыпленка, к большому шарику желтка, словно маленькая плоская шапочка. На макушке этой шапочки находится часть мантии, из которой образуется раковина; ниже, вокруг протораковины, располагается остальная часть животного, в том числе кольцо очаровательных зачатков рук. Эти эмбрионы еще не выглядят ни наутилусами, ни кальмарами, но они похожи на другой вид моллюсков — странную маленькую группу не-совсем-улиток под названием моноплакофоры (в переводе с греческого «несущие одну раковину»[42]), а их раковины колпачковидной формы напоминают шапочки эмбрионов головоногих.
Моноплакофоры так редко встречаются в наши дни, что у них нет обиходного названия (типа «улитки» или «клемы»). До 1952 г. они были известны только в виде окаменелостей, пока участники глубоководной исследовательской экспедиции не подняли на борт живых представителей «одной из зоологических сенсаций ХХ в»., как выразился эксперт по моллюскам[43]. Не стоит воспринимать это как драматическое преувеличение: вы только представьте себе восторг от открытия настоящего живого ископаемого (ведь мы-то думали, что эти существа вымерли 400 млн лет назад!), а кроме того, обратите внимание на то, что живые моноплакофоры оказались совсем не похожими на улиток, в одну кучу с которыми ошибочно свалили их ископаемых предков. У моноплакофор, единственных среди моллюсков, обнаружились многочисленные повторяющиеся наборы мышц, прикрепленных к раковине, а также почек и жабр. Такая повторяемость органов может быть приспособлением к низкому уровню кислорода; она характерна и для трилобитов. Наверное, неслучайно в ранней кембрийской фауне преобладали как раз моноплакофоры и трилобиты.
Учитывая изобилие моноплакофор в те времена, неудивительно, что кто-то из них мог стать предком головоногих. Предположение, сделанное на основании эмбриологических исследований, было подтверждено данными палеонтологической летописи. Самое вероятное связующее звено между моноплакофорами и головоногими — ископаемый моллюск
По предположениям ученых, это произошло в три простых этапа. Первый этап: некоторые моноплакофоры начали выделять в раковины жидкость менее соленую, чем морская вода. Если нагреть воздух в воздушном шаре, он становится легче окружающего воздуха, а если опреснить воду в раковине, она становится легче окружающей воды. Возможно, от этого животным (все еще ползавшим по дну) стало легче таскать на себе тяжелые раковины. Второй этап: некоторые потомки первых моллюсков с облегченными раковинами стали чередовать выделение жидкости с выделением строительного вещества раковины. В результате периодически выделяемый материал раковины запечатывал отдельные камеры и не давал жидкости вытечь. Третий этап: потомки их потомков начали использовать тонкую трубочку из плоти, которая тянулась сквозь все камеры раковины, чтобы извлечь жидкость и заменить ее газом. Полученная дополнительная плавучесть позволяла и раковине, и самому животному подняться в толщу воды.
Поделиться книгой: