Как живые: Двуногие змеи, акулы-зомби и другие исчезнувшие животные

Научный редакторы: Александр Банников, д-р биол. наук; Николай Зверьков, канд. геол. – минер. наук; Сергей Ляпков, канд. биол. наук; Павел Скучас, д-р биол. наук

Редактор: Анна Щелкунова

Издатель: Павел Подкосов

Руководитель проекта: Александра Шувалова

Ассистент редакции: Мария Короченская

Арт-директор: Юрий Буга

Корректоры: Елена Барановская, Елена Сметанникова

Верстка: Андрей Ларионов

Иллюстрации в блоке и на обложке: А. Марченко

В книги использованы фотографии автора

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

© Журавлев А., 2024

© Марченко А., иллюстрации, 2024

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2024

* * *

Введение

Если речь заходит об ископаемых животных – неважно, с реальным собеседником или в комментариях к какой-нибудь публикации в интернете, – то сразу вспоминают динозавров и мамонтов. Еще бы, самые здоровенные звери на планете! Как они, например, вымахали до таких размеров? Может, Земля тогда была побольше (при той же массе), а гравитация на ней, значит, поменьше? Или воздух до предела насытился кислородом и дышалось им легче легкого (а сами легкие были преогромные, и все тело – как воздушный шарик)? Да еще и вымерли как-то странно: то ли от апоплексического удара (гигантским метеоритом в висок), то ли от супервулканического супервзрыва, от жуткого похолодания, от страшного потепления, которое случилось, когда географическая ось Земли налетела на ее же металлическое ядро и погнулась…

Даже опытные геологи и биологи нередко задают подобные вопросы. Можно ли вообще на них ответить? (Нужно ли – спрашивать не будем.) Хотелось бы сказать, что да, поскольку прогресс современной науки… Но будем честными: как бы далеко ни ушел этот прогресс, не до каждого вымершего существа можно докопаться и в прямом, и в переносном смысле.

Отчаиваться не стоит. О многих давно исчезнувших видах мы знаем намного больше, чем о большинстве современных. Ведь поди попробуй понаблюдать за стаей волков или стадом сайгаков в природе! Да что там говорить. На протяжении 10 лет, что я проработал в российской редакции ведущего научно-популярного журнала мира National Geographic, к нам много раз поступали письма с просьбой, порой профессионально обоснованной, взять послателя сего в штат фотографом. «Отчего же не взять. Вот сделайте только репортаж об одном дне из жизни обычного домового воробья», – со всей серьезностью отвечали мы. «Легко!» – слышалось даже в письменном ответе, и… очередной несостоявшийся штатный фотограф навсегда растворялся в пространстве.

Ископаемое существо уже никуда не убежит, не улетит и не уплывет. Остается его только разыскать и дать ему научное название. А вот дальше посмертная судьба складывается весьма по-разному. Нередко официальные имя и фамилия достаются одной-единственной косточке (к тому же обломанной) динозавра, зубу ихтиозавра или крылу насекомого, посмертно отчлененному от остальных частей хозяина и унесенному далеко от места его упокоения. Так они навсегда и остаются в науке: кто куском позвонка, кто зубом из нижней челюсти, кто обрывком переднего крыла с изящной сеточкой… Звучное имя есть, а за ним почти ничего нет.

Бывает и по-другому. С подводного склона с шумом скатывается мощный мутьевой поток, и плотное облако взвеси уносит и заваливает огромное поселение разных донных организмов, не щадя тех, кто плавал возле самого дна… Потоки горячей воды растекаются из недр вулканического разлома и, смешиваясь со свежим пеплом, увлекают в глубины большого озера всех, кто просто проходил мимо… Могучий первобытный бизон вырывается из хватких лап и мощных челюстей пары пещерных львов, прыгает на сочную зеленую поляну, которая оказывается бездонной холодной трясиной, и уходит на дно в безжизненные и бескислородные воды… Стая саблезубых хищников, привлеченная стонами увязшего в асфальтовом болоте мастодонта, начинает подкрадываться к нему и навсегда вязнет в липкой смоле… И оказавшиеся в этом самом месте сотни тысяч или миллионов лет спустя палеонтологи становятся обладателями богатейших коллекций, состоящих из десятков и даже тысяч экземпляров одного и того же вида. А если это остатки всего лишь одной особи (к примеру, упомянутого выше бизона), все равно их сохранность такова, что можно в деталях изучать строение каждой шерстинки и рогового чехла, извлекать древние белки, жиры и ДНК, в которой подробно записан жизненный путь особи, всего вида и его предков в придачу. Случается и так, что на протяжении десятилетий на ограниченной территории из определенной толщи древних осадочных слоев собирают, не упуская ни единого фрагмента, все косточки и зубы. Их набирается столько, что опять же можно в деталях воссоздать не только облик давно исчезнувшего существа, но и историю популяции, к которой оно принадлежало.

Вот о таких удивительных и необычных, пусть и не совсем уж редких находках, позволяющих представить, какими вымершие животные были при жизни, и пойдет речь в этой книге. Итак, перед вами 27 ярких портретов, подобранных так, чтобы показать в общих чертах эволюцию позвоночных животных: от мелких организмов, похожих скорее на червячков и плававших в морях почти 520 млн лет назад, до гигантских ящериц, чьи шаги сотрясали почву немногим более 40 000 лет назад, и мегаакул, наводивших ужас на все живое, включая человека наших дней (табл. 1).

Не могу не выразить глубокую признательность своим коллегам, которые нашли время, чтобы вычитать главы этой книги и высказать автору все, что они о ней и о нем думают: Александру Федоровичу Банникову из Палеонтологического института им. А. А. Борисяка РАН (ПИН РАН), Николаю Геннадьевичу Зверькову из Геологического института РАН, Сергею Марленовичу Ляпкову с биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и Павлу Петровичу Скучасу с биологического факультета СПбГУ. Я также премного благодарен Павлу Александровичу Безносову из Института геологии им. Н. П. Юшкина Коми научного центра Уральского отделения РАН (ИГ КНЦ УрО РАН); Валерию Константиновичу Голубеву, Олегу Анатольевичу Лебедеву, Игорю Витальевичу Новикову (ПИН РАН); Юэну Кларксону из Эдинбургского университета (EU); Татьяне Юрьевне Толмачевой из Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ); Фанченю Чжао из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук (НИГПАН) и собрату по многим экспедициям фотографу Андрею Павловичу Каменеву за любезно предоставленные изображения своих «питомцев». Особая благодарность Александре Марченко (биофак МГУ), которая сделала героев книги живее всех живых.

Часть I
Рыбные дни

Глава 1
Первый среди первых. Юньнанозоон

Ископаемое животное, о котором здесь пойдет речь, наверное, рекордсмен по числу находок среди всех позвоночных. Судите сами: вид был описан по трем экземплярам, к которым две следующие посвященные ему работы добавили 22 и 40 штук, затем еще 305, 759, 1420 и, наконец, 127 экземпляров. Итого: 2676 особей.

Так получилось в силу двух естественных обстоятельств и благодаря крестьянской смекалке. Во-первых, были эти существа небольшими (до 4 см длиной) и буквально, чтобы не пропасть поодиночке, сбивались в огромные стаи. Во-вторых, стаи плавали вблизи речной продельты, уходившей глубоко в море, где их время от времени накрывали мутьевые потоки. Муть обволакивала все живое и уносила задыхающиеся существа в бескислородные глубины. Там их засыпала эта же тонкая взвесь, превратившаяся в прекрасный упаковочный материал и уберегшая нежные тельца от прожорливых падальщиков, настырных рыхлителей осадка и особо активных, но живущих лишь в кислородной среде бактерий-деструкторов. Органическое вещество, слагавшее ткани и органы, стало субстратом, на котором оседали ионы из поровых растворов, перетекающих в еще жидком осадке. Со временем органика заместилась глинистыми и другими минералами. Так 518 млн лет назад образовалось знаменитое ныне нижнекембрийское местонахождение Чэнцзян на северо-востоке китайской провинции Юньнань. Будучи самым богатым и по обилию находок, и по общему разнообразию видов нижнекембрийским лагерштеттом (местонахождение исключительной сохранности), Чэнцзян одновременно является и древнейшим среди всех местонахождений подобного рода.

Герой этой главы оказался среди ископаемых организмов, принесших Чэнцзяну всемирную славу. В 1991 г. один из первооткрывателей лагерштетта, Хоу Сянь-Гуань из НИГПАН, и два известных палеонтолога, Ян Бергстрём и Ларс Рамскёльд из Шведского музея естественной истории в Стокгольме, по трем образцам описали в скромном журнале Zoologica Scripta новое ископаемое под именем Yunnanozoon lividus. Буквально оно означает «сизый зверек из Юньнани» и обыгрывает его цвет на поверхности породы. Поскольку окаменелый юньнанозоон выглядел как сегментированный червячок, покрытый плотной кожицей, авторы предположили, что его место где-нибудь среди приапулид или нематод – червей, которые, подобно членистоногим, по мере роста сбрасывают свою старую шкурку-кутикулу.

Лишь несколько лет спустя палеонтологи выяснили, что в передней части тела юньнанозоона находилось несколько тонких ободков, очень напоминавших жаберные дуги (рис. 1.1). А над ними располагалось продольное утолщение, сравнимое с хордой. Хорда – веретеновидная трубка, наполненная полужидким содержимым, служащая гибкой опорой для мышечных блоков и окруженная прочной двойной оболочкой из кольцевых коллагеновых и продольных мышечных волокон. Именно этот орган дал название целому типу животных – от асцидий (морских спринцовок) и амфиоксиса (ланцетника) до птиц и млекопитающих. Правда, сохраняется хорда до конца жизни далеко не у всех. Хорошо она просматривается у круглоротых (миноги и миксины), химер, мясистолопастных рыб и осетровых. (Последних даже потрошат ради нее для старинного русского лакомства – пирогов с вязигой.)

Сегменты юньнанозоона на сей раз были отождествлены с мускульными блоками. Общий набор признаков вполне годился для опознания в «зверьке» хордового, подобного ланцетнику, и публикация попала в Nature. С выводами согласились далеко не все: почти сразу в том же издании вышла статья другого коллектива авторов, где юньнанозоон «превратился» в полухордового. Ведь у него вроде бы намечалось трехчастное тело – с хоботком, воротничком и собственно туловищем. Да и жаберный скелет был вполне к месту – в передней части. Оставалось придумать новое место для сегментов, и, поскольку членистой на вид казалась только спинная часть тела, они «сложились» в плавник… Одновременно из того же местонахождения Чэнцзян, которое разрослось до нескольких «фоссил-добывающих» карьеров и по совместительству крестьянских хозяйств, были извлечены сотни ископаемых, очень похожих на нашего героя, но получивших другие имена: Haikouella lanceolate и H. jianshanensis (статьи в Nature и Science соответственно). И в том и в другом названии увековечен уезд Хайкоу, где расположены основные карьеры. Вот эта научно-крестьянская индустрия и стала третьим важным фактором, благодаря которому на-гора были выданы десятки тысяч чэнцзянских окаменелостей.

Хайкоуелла имени ланцетника виделась почти что позвоночным – с глазами, сердцем, спинной и брюшной аортами и двумя нервными тяжами; хайкоуелла цзяньшаньская с наружными жабрами – в лучшем случае примитивным вторичноротым животным. На самом деле, как это нередко случается в палеонтологии, все эти «отпечатки», т. е. тельца с минерализованными органами и тканями, представляли собой немного по-разному сохранившиеся остатки все того же юньнанозоона…

Неутомимый Хоу Сянь-Гуань с молодыми коллегами из Юньнаньского университета и двумя блестящими специалистами по древним хордовым – Ричардом Элдриджем и Марком Парнеллом из Лейстерского университета – обследовали еще несколько каменных блоков с многочисленными отпечатками этого ископаемого. Подводя итоги истории его изучения, они пришли к выводу, что все выводы пока что преждевременны. У юньнанозоона были плотные структуры, сравнимые с жаберными дугами (первая пара этих дуг и казалась подозрительными «аортами»), и округлые жаберные щели, открывающиеся между ними, – все как у вторичноротых. Дуги находились в самом теле, а прежнее впечатление о наружных жабрах сложилось при изучении остатков, которые частично распались, прежде чем мягкие ткани заместились минералами. Сегментированной оказалось почти вся верхняя часть туловища, к тому же весьма объемная. Но винтообразный кишечник и странные шаровидные парные объекты в брюшной полости (вероятно, гонады – органы размножения) по-прежнему не позволяли сопоставлять юньнанозоона с кем бы то ни было вообще (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Отпечаток юньнанозоона (Yunnanozoon lividus), длина 4 см; вид сбоку: в передней части – жаберные дуги с двойным рядом лепестков каждая (слева), гонады (снизу по центру) и поперечные мускульные блоки (в верхней части); раннекембрийская эпоха (518 млн лет); Чэнцзян, пров. Юньнань, Китай (Фанчень Чжао, НИГПАН)

Учитывая «разночтения», более достойным кандидатом в предки всех хордовых стала представляться открытая еще в начале прошлого века пикайя (Pikaia gracilens) из не менее знаменитого среднекембрийского лагерштетта – сланца Бёрджесс, возрастом около 505 млн лет (рис. 1.2). Правда, и у нее обнаружились странные парные щупики на голове и разветвленные наружные жабры, как у каких-нибудь моллюсков…

Недавно новое поколение китайских палеонтологов во главе с Цин-И Тьянем из Нанкинского университета и Фанченем Чжао из НИГПАН изучило остатки юньнанозоона с помощью рентгеновского микротомографа и другого современного инструментария. А затем представило свои соображения в статье, опубликованной в том же Science. Вот что получилось. Все семь жаберных дуг находились в глотке животного и были построены из нескольких плотных стерженьков, несущих парные уплощенные филаменты. Каждый стерженек включал три десятка дисков, разделенных перегородками, а сами диски состояли из четырех ячеистых камер. Верхние и нижние концы дуг упирались в продольные стержни (именно они были ранее описаны как нервные тяжи). Электронная микроскопия и элементный анализ выявили в жаберных дугах и продольных стержнях органическое вещество в виде расположенных параллельно друг другу тончайших микрофибрилл (около 12 мкм в диаметре). Микрофибриллы и поперечные перемычки между ними образовывали частую решетку.

Рис. 1.2. Отпечаток пикайи (Pikaia gracilens), длина 5 см; вид сбоку: в передней части – пара щупиков (справа вверху), поперечные мускульные блоки по всему телу и хвостовая лопасть (внизу); среднекембрийская эпоха (505 млн лет); сланец Бёрджесс, пров. Британская Колумбия, Канада (Королевский музей Онтарио)

Примечательно, что у ряда современных позвоночных при развитии хрящевой ткани продолговатые клетки-хондроциты располагаются вдоль оси жаберной дуги, образуя дисковидные структуры. Именно так у юньнанозоона и устроены жаберные дуги с ячеистыми камерами – ячеи в них появились на месте распавшихся хондроцитов. Причем размер и расположение микрофибрилл соответствуют волокнам фибриллина – внеклеточного матрикса, образующего хрящ первых жаберных дуг у личинок миног и глоточный скелет у ланцетника. В свою очередь, хрящевые спинной и брюшной стержни этого организма сравнимы с элементами жаберного скелета, известными у ископаемых миксин и некоторых других бесчелюстных. Все это означает, что юньнанозоон принадлежал к предковой группе позвоночных животных.

Более того, наличие столь сложного хрящевого скелета предполагает, что у юньнанозоона уже был четвертый зародышевый листок – нервный гребень, характерный для позвоночных. Именно нервный гребень – совокупность подвижных плюрипотентных (т. е. буквально «на все способных») стволовых клеток – способствует образованию многих важнейших клеток, тканей и органов. Это, например, мозговая коробка черепа; меланоциты; одонтобласты; мышцы радужной оболочки, мышечного и соединительнотканного слоев стенки аорты; шванновские клетки, создающие электроизолирующую оболочку аксонов нервных волокон; клетки Меркеля, отвечающие за чувствительность нашей кожи. Стоит отметить, что строение юньнанозоона позволяет приверженцам обоих основных гипотез о происхождении челюстей позвоночных сохранять статус-кво. Можно либо выводить челюсти от первой жаберной дуги этого животного, либо предполагать, что у него была еще и упрощенная предчелюстная дуга, на что указывает небольшой подкововидный хрящ. (К интригующему вопросу, как вообще жилось без челюстей, мы еще вернемся.) Однако разнообразие в строении глоточного скелета у первых кембрийских хордовых указывает на то, что жаберный скелет и его дериваты, возможно включая челюсти, могли развиваться независимо в разных группах позвоночных.

Главное, что скелет юньнанозоона состоял из клеточного хряща и внеклеточного микрофибриллярного матрикса. Эти особенности его строения позволяют считать «зверька из Юньнани» древнейшим позвоночным, или, говоря языком современной науки, представителем стволовой группы этих животных.

Что привлекло юньнанозоонов в таком количестве в раннекембрийскую продельту, расположенную на краю суши древнего тропического южнокитайского континента? Сообща можно было не так опасаться прожорливых хищников. А их уже существовало немало. В толще воды парили огромные по сравнению с юньнанозооном (100 против 4 см) и зоркие аномалокаридиды. Они врывались откуда-то с морских «небес» в гущу стаи и хватали гибкими членистыми конечностями с острыми шипами всех, кого успеют. А затем подтягивали смертельно раненную жертву ко рту, усаженному по краю режущими треугольными и смыкающимися в центре зубами. У дна в ожидании добычи сидели и плавали разные, тоже немаленькие, членистоногие с давящими колючими клешнями или дробящими и пронзающими головными конечностями… Изобретенная юньнанозооном и его современниками стратегия, когда животные, особенно небольшие, собираются в стаи, чтобы избежать зубов и лап крупного хищника, работает до сих пор. Для удачной охоты тому требуется выбрать конкретную жертву, а как на нее нацелиться, если все находятся в постоянном движении, создавая огромную колышущуюся и текучую массу?

Кроме того, муть, которая почти постоянно висела в подвижных водах продельты, хотя временами убивала, служила дополнительной спасительной завесой и источником пищи. Содержащейся в ней органической взвесью можно было питаться, фильтруя воду. Для этого юньнанозоону, вероятно, и понадобился совершенный фильтровальный аппарат: жаберные щели, ведущие к жаберной решетке с тонкими, улавливающими малейшие съедобные частицы филаментами…

Крайне важно и само наличие жабр. Казалось бы, кожное дыхание, позволяющее доставить кислород сразу в любую точку тела, имеет явное преимущество. Но это верно для мелкоразмерных организмов. Когда же условная точка раздувается большим шаром, диффузия газа затрудняется. А такой орган, как жабры, обладая огромной площадью при небольшом объеме, позволяет существенно ускорить газообмен (поглощение кислорода и выделение углекислого газа). Далее разветвленный кровоток доставит кислород в сколь угодно удаленный «закоулок» тела. Вероятно, что появившаяся у юньнанозоона замкнутая кровеносная система, жидкость в которой под давлением растекается по сосудам и возвращается к сердцу, стала еще одним важным преимуществом всех его потомков. Быстрый газообмен, обеспеченный такой системой, наряду с жаберным дыханием способствовал «карьерному» росту и продвижению. Тем, что позвоночные превзошли всех других животных в размере и скорости передвижения, они обязаны сочетанию этих двух новшеств. Жабры, конечно, возникли не на пустом месте. Судя по использованию этого органа столь разными, но древними по происхождению организмами, как крыложаберные, ланцетники и личинки миног, изначально он предназначался для ионного обмена со средой. Нужно было как-то получать столь важные элементы, как, например, натрий и кальций. Этим занимаются особые клетки – ионоциты, сосредоточенные как раз в жаберных тканях. Когда-то ионоциты выделяли слизь для улавливания пищи, поэтому совсем неудивительно, что жаберная корзинка у многих водных животных используется для отцеживания пищевых частиц. В раннекембрийских морях, где кислорода почти всегда недоставало, понадобилось споро решить проблему дефицита этого живительного газа, и жабры с ионоцитами оказались действительно в нужное время в нужном месте.