Новая история происхождения жизни на Земле - Питер Уорд

На первый взгляд, млекопитающие неизбежно должны были обогнать рептилий в эволюционной гонке. В конце концов, к тому моменту многие звероподобные рептилии уже были теплокровными, вероятно, способными (как сегодня) более эффективно, чем яйцекладущие динозавры, заботиться о потомстве; зубы млекопитающих (благодаря которым они потом все же стали господствующей группой организмов) приспособились к любой пище — семенам, траве, мясу. Но они все-таки проиграли в первом раунде. Первая эра млекопитающих закончилась их вымиранием, но на смену ей пришла вторая эра — с совершенно иными формами животных.

Сегодня работа палеонтологов во многом стала легче благодаря компьютерам. Новые революционные возможности в обмене информацией, морфологической характеризации, анализе изображений и в поиске источников позволяют значительно расширить исследование. Теперь доступны огромные базы данных, не нужно больше ходить по музеям, собирая данные, или глядеть в микроскоп, измеряя образцы чуть ли не вручную, — почти все новые данные, помогающие нам создать новую историю развития жизни на Земле, поступают от больших групп исследователей, которые вводят все новые сведения в машинные системы. Компьютеры делают для нас огромную работу, а мы получаем возможность по-новому взглянуть на изучаемый предмет.

Давайте взглянем на недавние результаты работы наших коллег из Мюнхенского университета, которые исследовали размеры позвоночных животных триаса, обитавших на суше.

В ходе работы этой исследовательской группы было обнаружено, что в раннем триасе на обедневшей после пермского вымирания планете возникли всего лишь два основных морфологических типа: с четырьмя лапами (четвероногие) и с двумя (двуногие). С течением времени (триас длился около 50 млн лет), и уже в юрском периоде (также длился 50 млн лет) эволюция ящерообразных породила гораздо большее разнообразие видов и структурных типов (в том числе в размерах), чем у звероподобных рептилий. Пока другие палеонтологи тратили время, осматривая музейные коллекции, мюнхенские коллеги получили готовые цифры, обосновавшие гипотетические сведения.

Данное исследование также подтвердило, что ящерообразные быстрее росли, достигая половозрелости и больших размеров значительно быстрее животных других групп. Эта черта — скорая готовность к размножению — пожалуй, самая важная из всех. Быстрые созревание и рост означают, что ящерообразные приспособились к экологическим ролям больших травоядных и крупных хищников намного быстрее, чем более мелкие, медленно растущие терапсиды, поэтому последние «опоздали к раздаче» соответствующих анатомических форм и экологических ниш.

Впрочем, остаются кое-какие нерешенные вопросы. В течение позднего триаса, когда динозавры уже вполне освоились в природе, они почему-то не выросли до гигантских размеров, характерных для последующего — юрского — периода, и не стали господствующей по численности группой существ. Как утверждает палеонтолог из Чикаго Пол Серено, в течение почти 20 млн лет, со времени своего появления около 221 млн лет назад и до конца триаса, около 201 млн лет назад, динозавры и терапсиды были одинаково немногочисленны и малорослы[182]. Возможно, в тот период динозавров было больше, чем терапсид, но общая картина показывает, что обе группы не были доминирующими в экосистемах. Нам представляется, что в те времена вообще никакие организмы особо не процветали, а для четвероногих существ куда больше преимуществ имело возвращение в моря, что и происходило в триасовый период в больших масштабах.

Традиционно принято считать, что интенсивный рост многообразия видов в триасе связан с опустошительным пермским вымиранием, которое освободило многие экологические ниши для новых организмов. Возможно, впрочем, более простое объяснение: к тому времени многие морфологические типы сухопутных животных достигли такого этапа эволюции, когда строение их тел стало, наконец, наиболее функционально эффективным. Уже в конце пермского периода и в течение триаса развитые группы животных, например, звероподобные рептилии (точнее, группы дицинодонтов и цинодонтов), продолжали осваивать новые способы постановки тела в пространстве по сравнению с более примитивными сухопутными рептилиями, лапы которых находились по бокам тела.

Структурные характеристики тел развивались в таком направлении эволюции, когда наиболее успешными становились морфологические типы, способные питаться, размножаться и бороться за выживание в условиях малого содержания кислорода в окружающей среде. Есть старинная поговорка: ничто так не обостряет вкус жизни, как перспектива близкой смерти. То же верно и для эволюции: жизнедеятельность животных требует много кислорода, и в пермский период добыть его было легче легкого, но позднее пришлось приспосабливаться к самому жесткому из всех жестких условий естественного отбора — недостатку кислорода. Снижение объема кислорода в атмосфере на две трети от прежнего уровня запустило механизм эволюционных инноваций, который в полную силу заработал в триасе. Таким образом, разнообразие морфологических типов животных в триасовый период схоже с разнообразием морских обитателей в период кембрийского взрыва. Кембрийский взрыв следовал за массовым вымиранием (эдиакарская фауна), и то было время более низкого уровня кислорода по сравнению с сегодняшним. А низкий уровень кислорода всегда стимулирует эволюцию новых форм.

Триас — общая картина

Научно обоснованные временные рамки раннего триасового периода — 250–245 млн лет назад, и в этом интервале восстановления после массового вымирания почти не происходило. Любопытна история изменений уровней кислорода в тот период. Содержание кислорода в атмосфере снизилось почти до минимальных отметок в 10–15 % и оставалось таким на протяжении 5 млн лет, то есть 245–240 млн лет назад. Также существуют интересные данные о больших изменениях в соотношении изотопов углерода в тот период, указывающие, что весь углеродный цикл испытал некоторые возмущения, а это отражает либо последовательность выбросов метана в атмосферу и океан, либо говорит о том, что в тот временной интервал произошел ряд малых вымираний. И вновь мы сталкиваемся с удивительным сходством этого периода и кембрия.

Вся картина исследований показывает, что мир был неласков к животным. Возможно, микроорганизмы и процветали, особенно те, чей жизненный цикл связан с серой, но животные переживали по-настоящему трудные времена. Однако трудные времена всегда являются двигателем эволюционного прогресса и инноваций, и тот длительный период нехватки кислорода стал настоящим прорывом в области новых дыхательных систем. На суше развивались две новые группы: млекопитающие и динозавры. Первые ждали лучших времен, вторые быстро стали господствующей формой жизни на планете.

В предыдущей главе уже говорилось, что пермское вымирание почти уничтожило сухопутных обитателей. Сильно пострадали терапсиды. Об архозавроморфах (рептилии, похожие на крокодилов) того периода известно очень мало, в формациях Карру или в России в основном находятся окаменелости дицинодонтов (звероподобных рептилий). Впрочем, в пустыне Карру авторами этой книги были обнаружены, хотя и совсем немного, хорошо сохранившиеся окаменелости архозавроморфов в верхних слоях пермского периода.

Хотя мы и недостаточно осведомлены о пермских предках архозавроморфов, нет никаких пробелов в наших знаниях о том, как они развивались в триасовом периоде. В формации Карру, буквально несколькими метрами выше условной границы перми и триаса, достаточно регулярно обнаруживаются останки относительно крупной рептилии протерозуха (хасматозавр). Это было определенно сухопутное существо с впечатляющим количеством очень острых зубов, наверняка хищник. Его лапы, как у крокодила, располагались по бокам тела, хотя, впрочем, немного под телом, что позволяло ему находиться в более приподнятом над землей положении. В течение триасового периода положение тел архозавроморфов над землей становилось все более приподнятым, эти анатомические изменения происходили с ними очень быстро, и вскоре появились хищники, которые могли передвигаться с большей скоростью, чем протерозух.

Кроме очевидной необходимости в более быстром передвижении, новшества в положении лап относительно тела также решали важный вопрос одновременности движения и дыхания. Как и современные ящерицы, протерозух двигался, вероятно, изгибая туловище, что приводило к сжатию отдела легких в груди, и дыхание при передвижении затруднялось, особенно во время бега. Ящерицы и саламандры не дышат при передвижении, и протерозух также не избежал похожих проблем, хотя, вероятно, в меньшей степени[183].