Текст книги "Причуды эволюции"

«Трехмерные коврики для ванны». Как выглядели первые в мире животные

Как вы думаете, какие из самых ранних окаменелостей были найдены на нашей планете? Ранние формы жизни были простейшими. Однако одинокие бактерии заметных следов не оставили. Жизнь на Земле зародилась как минимум 3,7 миллиарда лет назад. Но потребовалось очень много времени, чтобы она достигла развитой многоклеточной стадии. И стала оставлять заметные следы.

Самые первые многоклеточные отпечатки оставлены 2,1 миллиарда лет назад. Называются они Grypania spiralis. Эти гигантские по меркам бактерий (1 сантиметр) организмы, скорее всего, представляли собой колонии бактерий.

Следующим заметным этапом в развитии фауны стала так называемая эдиакарская биота. Впервые появилась она 665 миллионов лет назад. Но стала активно развиваться 635 миллионов лет назад, когда Земля оттаяла после глобального оледенения. Тогда льдом был покрыт даже экватор.

Любопытно, что вся фауна того периода оставила окаменелые отпечатки даже обычными мягкими тканями – падальщиков не существовало, и организмы разлагались медленно под воздействием микробов. Эти окаменелости отвечают на вопрос, когда появились и какими были первые «сложные» животные. Эти морские существа называются дикинсонии. Они появились 560 миллионов лет назад. Большинство в длину были от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Самые крупные достигали 1,4 метра в длину. Довольно тонкие – максимальная толщина 1 сантиметр.

Самые хорошо сохранившиеся следы дикинсонии найдены на побережье Белого моря и в Австралии. Скелета у них не было – дикинсонии состояли из мягких тканей, как современные медузы. Но они были жестче медуз – у них был гидроскелет, в волокнах которого жидкость находилась под давлением большим, чем у окружающей среды.

Дикинсонии были одиночками и не взаимодействовали друг с другом. Все окаменелости найдены отдельно друг от друга; как описывают находки ученые, вокруг каждого существа была «полоса отчуждения». Найденные близко друг от друга окаменелости оказались деформированы, чтобы не нарушить «личное пространство». Сначала их хотели отнести к отдельной категории организмов, были попытки назвать их грибами, но в 2018 году по следам специфических белков дикинсонии причислили к царству животных. Еще у них была интересная особенность, сильно отличающая дикинсонии от современных животных. Рост этих организмов был изометрическим. То есть росли они равномерно во все стороны, сохраняя пропорции. У современной животной пропорции тела у детенышей и взрослых сильно отличаются. Однако биологи Калифорнийского университета все же нашли у дикинсонии механизмы, которые есть и у современного человека! «Дикинсонии выглядели как трехмерные коврики для ванной на морском дне», – говорит одна из авторов исследования Мэри Дрозер.

Дикинсонии использовали механизм под названием «апоптоз». Организм человека использует его, в частности, для борьбы с раком. Злокачественные клетки распадаются, и их поглощают макрофаги – клетки, которые съедают бактерии и любые чужеродные элементы. Этот важный иммунный механизм современных животных дикинсонии использовали для восстановления поврежденных участков тела. Любопытно, что спустя столько лет у нас сохраняется преемственность с древней жизнью!

Глава III. Как геология меняет биологию

Поверхность нашей планеты – совершенно не стабильное образование. Одни участки суши опускаются, другие поднимаются. Иногда эти процессы сопровождаются масштабными катастрофами.

Север против Юга. Гражданская война среди животных

В истории хорошо известна Гражданская война в Северной Америке, которая получила название Война Севера и Юга. Но в истории американского материка этот случай не первый.

Много миллионов лет назад Южная и Северная Америки были разделены проливом. Примерно 3 миллиона лет назад Америки воссоединились. И по перешейку животные принялись путешествовать в новые для себя регионы: из Северной Америки в Южную и наоборот. Эта история получила в биологии название Великий межамериканский обмен.

Хотя обменом, честно говоря, назвать это сложно. Выглядело это иначе: толпы диких суровых животных из Северной Америки нагрянули на юг и уничтожили древнюю фауну. Миграция из Северной Америки стала настоящим бедствием для тропических видов животных. Они массово проигрывали конкуренцию, а «североамериканцы» вытесняли их и захватывали экологические ниши. Из-за этой миграции исчезло много сумчатых Южной Америки (да-да, там тоже были свои «кенгуру»), было уничтожено много птиц. Полностью вымерли южноамериканские копытные – довольно вялые и неповоротливые жертвы северных хищников. Их нишу заняли североамериканские лошади и олени.

А вот обратная миграция эффекта не дала. Южноамериканские животные не выдерживали конкуренции с северной фауной, которая занимала их экологические ниши. Один из самых знаменитых представителей древней фауны Южной Америки – древний енот-гигант, которого биологи прозвали Чапалмалания. Современный енот весит всего 7 килограммов. А представьте такого же, но в 10 раз больше? Когда палеонтологи раскопали останки енотов-гигантов, они приняли их за древних медвежат. А когда реконструировали этих животных, выяснили, что внешне они очень напоминают больших панд. Этот зверь, если бы дожил до наших дней, точно стал бы любимцем всех детей. На Земле он жил одновременно с нашими предками.

Сейчас на нашей планете живет примерно пять с половиной тысяч видов млекопитающих. При этом за 65 миллионов лет, с момента гибели динозавров, вымерло 10 тысяч видов млекопитающих. Человек не так уж и разрушительно действует, как мы привыкли думать, – на нашу деятельность можно списать исчезновение не более 200 видов. Остальные звери вымерли, проиграв конкурентную борьбу в ходе эволюции.

Древний крупный енот Чапалмалания – вырастал до полутора метров в длину. Весил такой зверь до 80 килограммов. Еноты-гиганты были всеядными. Их основной рацион: яйца, насекомые и фрукты. Появились еноты-гиганты в Южной Америке 5,3 миллиона лет назад, а исчезли – 1,8 миллиона лет назад. Чапалмалании были мягкими и неагрессивными по характеру. Они вполне подходили на роль потенциальных домашних питомцев, считает американский палеонтолог Колин Харрисон. И это сослужило им плохую службу. Они не выдержали конкуренции с агрессивной североамериканской фауной. Несколько всеядных видов зверей, и особенно североамериканские медведи, в конкурентной борьбе вытеснили гигантских енотов. Хищники – псовые и кошачьи – тоже сильно потеснили чапалмаланий.

Эта история очень показательна. Животные, которые развивались в более суровых условиях, оказались лучше подготовлены к выживанию. А в Южной Америке тропики расслабили местных животных. Всегда много пищи, не надо спасаться от холода, а значит, нет мотива развиваться. И раз уж мы говорим об экосистемах Северной и Южной Америк, нельзя не обойти вниманием два следующих парадокса.

Верблюды – уникальные животные. Появились в Северной Америке, широко распространились по всему континенту и… исчезли. А вот в пустынных регионах Евразии стали процветать. Верблюды обладали эволюционным преимуществом, что позволило им распространиться по всему миру. Ведь эти животные крайне неприхотливы, особенно для крупного травоядного. Давайте посмотрим, как верблюды проделали такой долгий путь эволюции и за счет чего смогли добиться успеха.

Первый предок верблюда появился около 45 миллионов лет назад. Был он довольно мелким – размером с кролика – и имел по четыре пальцах на каждой лапе. Никакого горба у него тогда еще не было. Более поздние особи вырастали до 80 сантиметров в длину. Средний вес – 25 килограммов. Прошло 15 миллионов лет, и предок верблюда вымахал до размера козы. Основной рацион – мягкие листья лесных растений. Он умел вставать на задние ноги – об этом можно судить по строению пальцев и по тому, что передние ноги короче задних. Это ему было нужно, чтобы доставать до листьев повыше. Самые высокие верблюды вырастали до 3,5 метра в холке – сейчас средний верблюд достигает двух метров. Но когда добываешь листья с деревьев, большой рост – это выгодно. Ну а современному пустынному едоку колючек поддерживать такой гигантский рост буквально не по зубам. Разнообразие верблюдовых поражало – десятки видов размером от козы до маленького жирафа. Самыми поражающими воображение были, конечно, альтикамелусы и оксидактилусы. Это самые крупные верблюдовые за всю историю планеты. Их образ жизни напоминал образ жизни жирафов. Они освоили обширные территории Северной Америки, но затем таинственно исчезли. Остались только их родственники в Южной Америке.

Три миллиона лет назад произошел так называемый Великий межамериканский обмен. Панамский перешеек поднялся из глубин и соединил две Америки. По этому перешейку животные стали активно мигрировать с севера на юг и наоборот (подробнее об этом событии я рассказывал в статье, ссылку на которую вы найдете в конце этого материала). Так в Южной Америке застолбили нишу ламы, альпаки и другие родственники верблюдов. А вот в своей первоначальной среде обитания они полностью исчезли. Виноваты климатические изменения и первые поселенцы, которые нашли американских верблюдов очень вкусными. Поэтому в Северной Америке их уже давно нет. Зато они появились на Ближнем Востоке и в Северной Африке. Да еще как! Главная особенность современных верблюдовых – конечности с мягкими подушечками и двумя пальцами, на конце которых тупые искривленные когти.

Верблюды, какими мы их знаем, тоже появились в Северной Америке – около 3,5 миллиона лет назад. Они уже питались не мягкими листьями, а обгладывали жесткие кустарники. В Евразию они пришли около 2,5 миллиона лет назад по Берингову перешейку. Берингов пролив регулярно в истории нашей планеты то поднимается, то снова тонет (как сейчас). И по нему животные мигрируют из Северной Америки в Евразию и наоборот. Таким образом в Северную Америку пробрался в свое время и человек. Выходцы с территории Алтая прошли по Берингову перешейку в Аляску. А затем заселили весь континент. В Евразии они быстро распространились. Во времена господства мамонтов много верблюдов обитало на территории современной России – останки, не считая Сибири, находят в Поволжье, Ростове и даже Подмосковье. Они оказались идеально приспособлены для суровых пустынных условий. У них здесь нет ни конкурентов, ни опасных врагов. От хищников они отбиваются, кусаясь и пинаясь. Могут и убежать в случае опасности, разогнавшись до 64 километров в час.

Верблюд может съесть до 135 килограммов растительности за день и наесться впрок. Верблюд способен выпить до 113 литров (!) воды за раз. Ее он хранит в желудке и использует по мере надобности. Он также может выживать в течение длительного времени без воды. Этому помогает накопленный в горбе жир. У него густая шерсть, которая помогает регулировать температуру тела и защищает от палящего солнца пустыни. У верблюдов уникальная пищеварительная система, которая позволяет им потреблять жесткую колючую растительность, которую другие животные не могут переварить. У одногорбого верблюда горб может весит до 36 килограммов! Ноздри верблюда закрыты, чтобы песок и пыль не попадали внутрь, пока он идет по пустыне. Эта адаптация позволяет ему легче дышать в пыльной и ветреной среде. Такое строение возникло в ходе естественного отбора в саванном ландшафте Северной Америки.

Первые верблюды были одомашнены около 4 тысяч лет назад. Сперва их ели, но потом стали использовать как транспортное средство. Никто из животных даже близко не мог показать такую эффективность в пустынных краях. Верблюды переносят до 50 % своего веса, при этом способны пройти 40 километров за сутки. У них мало потовых желез, из-за чего они почти не потеют. Их моча очень концентрирована, что помогает уменьшить потерю воды. Поэтому они умеют беречь воду. Одногорбый верблюд, также известный как арабский, популярен на Ближнем Востоке, а двугорбый верблюд – в Центральной Азии.

Как вы думаете, что общего между капибарой и шиншиллой? Кроме того, что они – грызуны и популярны у детей за милый внешний вид. У них – общий предок с весьма интересной эволюционной историей. Изначально грызунов в Южной Америке не было. Когда ученые обнаружили останки первых грызунов, живших 41 миллион лет назад, они поначалу не могли понять, откуда те взялись. Основная гипотеза – в Южную Америку грызуны попали из… Африки. Тогда единый материк уже раскололся, но расстояние было все еще относительно доступным для миграции. И грызуны попали из Африки в Южную Америку, пересекая пролив на бревнышках. Шиншиллы откололись от этой группы грызунов около 30 миллионов лет назад и стали эволюционировать в условиях высокогорья.

История капибар гораздо интереснее. Капибары появились примерно 10 миллионов лет назад. Грызуны прекрасно адаптировались к жизни в роскошных условиях тропиков Амазонки. Раньше их конкурентами были крупные травоядные, включая копытных, которые в изобилии плодились в Южной Америке. Были здесь и гигантские ленивцы, и даже грызуны покрупнее. Но затем поднялся Панамский перешеек и соединил Северную и Южную Америки. И сюда хлынули толпы голодных североамериканских хищников, которые уничтожили большинство местной крупной травоядной фауны. Капибары же выжили, заполнив возникшую нишу. Полуводный образ жизни и умение ориентироваться в сумерках спасли их от агрессивных североамериканских хищников. Больше всего же от своего первого предка – древнего грызуна – сохранили морские свинки, считают ученые.

Гигантское море с карликовыми китами

Паратесис – самое крупное море за всю историю планеты. И еще 5 миллионов лет назад оно охватывало юг нашей страны, часть стран СНГ и тянулось до Алтая. Паратесис включал в себя часть Средиземного моря, Каспийское, Аральское и Черное моря. В море была уникальная фауна – в нем жили миниатюрные киты. Пять миллионов лет – очень малый возраст по меркам геологии и эволюции. Поэтому восстановить ход тех событий даже проще, чем с динозаврами, которые вымерли аж 65 миллионов лет назад.

Представьте! Если сложить все современные моря и озера, находящиеся в глубинах материков, все равно получится в 10 раз меньше воды, чем наполняло Паратесис. По сути, вначале Паратесис был частью океана. Но 12 миллионов лет назад столкнулись литосферные плиты и в Центральной Европе образовались горы. Быстро поднялись горные цепи Восточных Альп и Западных Карпат. И море обособилось, закрывшись от основного океана горами. В итоге образовался такой гигантский водоем:

Это 2,8 миллиона квадратных километров, что больше даже современного Средиземного моря, площадь которого – 2,5 миллиона квадратных километров. В замкнутом виде море начало было «таять», за 7 миллионов лет превратившись в несколько водоемов, которые мы хорошо знаем сейчас. Окончательно как самостоятельный водоем Паратесис исчез 5 миллионов лет назад, распавшись на отдельные моря и озера, многие из которых существуют до сих пор.

Когда Паратесис стал обособленным, его соленость резко возросла. Притока пресной воды для его поддержки не хватало. И фауна стала меняться. Многие виды водорослей и моллюски, не приспособленные для жизни в такой соленой воде, просто исчезли. По мере того как море отступало, в этих местах образовывались прекрасные луга, которые активно заселяла сухопутная флора и фауна.

Самый яркий представитель фауны Паратесиса – миниатюрные киты – цетотерии. В длину эти киты были от 2 до 8 метров. Для сравнения: современные киты вырастают до 35 метров. Останки этих мини-китов находят в Грузии, Молдове, России и Азербайджане.

Все местные дельфины, киты и тюлени стали уменьшаться, чтобы адаптироваться к жизни в изолированном водоеме. К концу существования Паратесиса киты стали совсем миниатюрными. А вот в океане киты, напротив, стали увеличиваться в размерах. Собственно, главная причина, почему современные киты остались только большие – это естественная защита. Киты выросли до таких габаритов, чтобы быть недосягаемыми для любых хищников. Кроме, естественно, человека. Мини-китам же большие размеры в море оказались не нужны. Здесь все равно не было возможности разгуляться крупным хищникам. Так что, когда в следующий раз поедете отдыхать на Черное море – обязательно вспомните эту историю из его далекого прошлого!

Пермская катастрофа: как вымирание 90 % всего живого повлияло на эволюцию

В истории нашей планеты был интересный период – Пермь. Называется он в честь российского города – из-за того, что впервые останки животных этого периода были обнаружены в XIX веке в Пермской губернии. Собственно, на территории современной России фауна и флора этого периода представлены очень богато. Единственный крупный период, когда климат был максимально близок современному.

Начался этот последний период палеозойской эры 299 миллионов лет назад, когда здесь стали бурно развиваться предки рептилий и современных млекопитающих. Хороший период. С трагической развязкой. Ведь завершился он самым страшным событием в истории живой природы Земли – массовым пермским вымиранием.

Пермское вымирание произошло задолго до динозавров – 252 миллиона лет назад. Вымерло 85 % видов живых организмов. А среди водной фауны погибло 96 % видов – то есть практически все. Вымерла даже большая часть насекомых. Это уникальный случай, ведь насекомые успешно переживали любые массовые вымирания в истории нашей планеты. Пермское вымирание кардинально изменило дальнейшую расстановку сил на планете. Млекопитающие могли бы развиться гораздо раньше. Возможно, на сотню миллионов лет раньше появился бы человек. И вы бы, дорогой читатель, прочли бы эту книгу уже 100 миллионов лет назад. Только вот этой главы в ней бы точно не было!

Все потому, что мир после катастрофы изменился, что привело к бурному развитию динозавров. Давайте разбираться, почему произошла пермская катастрофа и как после нее пошла эволюция в живой природе. Всего в истории нашей планеты было пять массовых вымираний. Самое известное в массовой культуре случилось 65 миллионов лет назад, когда вымерли динозавры. После них в фауне развились млекопитающие, а флору захватили цветковые растения.

Но за 187 миллионов лет до этого произошло массовое пермское вымирание. Оно было более масштабным. Давайте посмотрим, к каким последствиям для эволюции живой природы это привело. Почему произошло вымирание, до конца непонятно. Основная гипотеза – сибирские вулканы, которые были очень активными. Слышали про уникальный природный ландшафт плато Путорана на северо-западе Среднесибирского плоскогорья? Вот в то время здесь извергались мощные вулканы.

На территории Сибири происходила самая настоящая природная катастрофа. На площади в 2 миллиона квадратных километров изливалась лава. Центр вулканической активности был на территории современного Норильска и дотянулся до Монголии и Казахстана. Пепел от вулканов закрыл Солнце и изменил климат на планете. Спровоцировать пермское вымирание мог еще комплекс дополнительных причин. Столкновение Земли с несколькими астероидами (например, один из них оставил след: кратер Земли Уилкса имеет диаметр 500 километров). Горение угля. Залежи угля в Сибири загорелись под действием вулканической лавы, что значительно усилило выбросы в атмосферу. Резкое изменение климата, которое во многом было связано с первыми двумя причинами. Наступил парниковый эффект. Климат стал сухим, температура выросла, изменились уровень моря и направления течений. А температура воды в некоторых регионах повысилась до 40 градусов. Содержание кислорода в атмосфере стало падать. Высокая концентрация вулканических газов испортила не только атмосферу, но и воду. В океанах резко повысилась кислотность морской воды. В среднем вымерло 85 % видов животных. А именно 96 % морских и 73 % наземных видов, причем в то время океаны были заселены гуще. Биосфера после вымирания восстанавливалась еще 30 миллионов лет! Это абсолютный рекорд в истории нашей планеты.

Особенно удивительно, что вымирание коснулось трилобитов. Это были, казалось, неубиваемые существа, которые пережили два предыдущих массовых вымирания. За миллионы лет они распространились по всей планете. Это были забавные существа, чем-то похожие на смесь краба и черепахи, только проворнее. Глаза их были посажены на стебельки – трилобит зарывался в ил и сидел, выглядывая в поисках пищи или ожидая опасность.

У трилобитов были панцири, а под ними – мягкое тело. Когда на них нападали хищники, трилобиты сворачивались, как ежики, и оставались неуязвимы. Эти животные захватили свою экологическую нишу, но пермского вымирания не пережили.

Трилобиты предпочитали мелководье, а уровень моря во время пермской катастрофы резко уменьшился. А на глубине им жить уже было некомфортно – там царили рыбы с мощными челюстями, которые легко пробивали их панцирь. Плюс драматически упал уровень кислорода, что ударило по насекомым, трилобитам и нашим с вами предкам – прапрапрадедушкам всех млекопитающих.