Карл Циммер - Эволюция: Триумф идеи

Целых 7 млн лет жизнь на Земле едва теплилась. Исследователи не знают, почему это продолжалось так долго; может быть, климат и химический состав океанов все это время оставались враждебными и позволяли выжить лишь самым закаленным. Но даже после того как пришли в норму физические условия на планете, экосистемам потребовалось немало времени на восстановление. Леса, к примеру, могут вырасти только там, где предыдущие поколения растений успели подготовить для них достаточный слой почвы.

Экосистемы, хотя и потихоньку восстанавливались, но прежними уже не стали. Океанские рифы, формировавшиеся прежде из водорослей и губок, теперь сооружались колониальными животными под названием мадрепоровые кораллы; из них и сегодня состоит большинство рифов на Земле. До массового вымирания на рифах, как правило, главенствовали медлительные животные или такие, которые намертво прикреплялись к известковому основанию, — морские лилии, мшанки, плеченогие. Сегодня на Земле живут лишь остатки всех этих групп. После пермского вымирания, однако, первые роли на рифах стали играть рыбы, ракообразные и морские ежи.

На суше шильник и другие выносливые растения восстановили почвенный слой, после чего из укрытий выбрались уцелевшие хвойные и другие растения. Всего за полмиллиона лет они вновь потеснили шильник, восстановили леса и кустарниковые пустоши. Но, как мы уже говорили, воспрянув после массового вымирания, жизнь на Земле изменилась навсегда. Так, если до вымирания среди насекомых доминировали стрекозы и другие виды, которые держат крылья всегда расправленными, то после катастрофы наибольшее распространение получили насекомые со складчатыми крыльями — это и до сих пор так.

Почти все синапсиды, бывшие до пермской катастрофы многочисленными и разнообразными и преобладавшие среди позвоночных, исчезли. За время восстановления экосистем звероящеры так и не сумели вернуть себе прежнее доминирующее положение. Большее распространение получили пресмыкающиеся; среди них появилось много новых форм, к примеру, крокодилы и черепахи. И примерно 230 млн лет назад одна стройная двуногая рептилия дала начало динозаврам. Динозавры быстро заняли место главных наземных позвоночных и удерживали его затем в течение 150 млн лет.

Пермское вымирание показывает, что в теории катастроф Кювье все же есть рациональное зерно. За одно геологическое мгновение миллионы видов могут быть стерты с лица земли; при этом жизнь, которая принимает эстафету после катастрофы, как правило, принципиально отличается от той, что была прежде.

При массовых вымираниях обычные законы эволюции на некоторое время перестают действовать. В конце пермского периода природные условия внезапно стали настолько суровыми, что большинство видов их не вынесло. Виды исчезли, экологическая сеть, часть которой они составляли, рухнула — и сработал принцип домино: вымирание одних видов влекло за собой вымирание других и т. д. Должно быть, некоторые из уцелевших видов обладали определенными качествами, которые и позволили им выжить. Возможно, их ареалы охватывали целый континент или океан, что для вида увеличивало шансы на то, что хотя бы несколько особей сумеют выжить в каком-нибудь изолированном убежище. Может быть, они способны были выдерживать низкое содержание кислорода в морской воде или резкое повышение температуры на суше. Но большинство подобных приспособлений имело значение лишь в течение того относительно короткого времени, когда на Земле воцарился ад.

Когда же период массового вымирания закончился, эволюция вновь установила свои обычные правила. Вновь возникла конкуренция между особями и между видами, и естественный отбор принялся изобретать все новые пути специализации. Но поколения, которые могли бы выдвинуться, играя по этим нормальным правилам, никак не могли оказаться среди победителей, если не пережили катастрофы.

Массовые вымирания всегда влекут за собой целую цепь изменений. Они устраняют со сцены доминантные формы жизни, которые при нормальных условиях подавили бы в зародыше всякую конкуренцию со стороны перспективных новых видов. Без этой неравной борьбы уцелевшие виды получают возможность экспериментировать, пробовать новые формы. Возможно, динозавры появились только потому, что со сцены ушли лидеры — синапсиды.

Тем не менее свобода, которую приносят выжившим массовые вымирания, не беспредельна. Даже после пермской катастрофы, когда конкуренция практически исчезла, эволюция не смогла изобрести ни одного нового типа живых существ. Ни одна линия позвоночных не отрастила у себя по девять ног. Не исключено, что после пермского вымирания животные стали уже слишком сложными, чтобы эволюция могла их радикально переделывать. Теперешняя эволюция работала только с вариациями уже сложившейся базовой структуры.

Еще немного и пермское вымирание могло оказаться роковым, и тогда млекопитающие никогда не появились бы на свет. До триасового периода дожили лишь несколько видов синапсид, и численность большинства из них еще долго падала — динозавры набирали силу, а звероящеры отступали. Но одна из линий синапсид продолжала развивать у себя приспособления и качества, необходимые для жизни млекопитающих.

Эти синапсиды внешне напоминали собак и получили название цинодонты. Именно у них появился новый тип скелета: грудная клетка и диафрагма позволили им глубже дышать и, соответственно, добавили выносливости. Вероятно, именно в этот момент у них появилась шерсть. Кроме того, цинодонты начали кормить своих детенышей специальным секретом; скорее всего, у них появились кожные железы, выделявшие особую жидкость, которую малыши могли глотать. Возможно, поначалу это «молоко» было своего рода жидким антибиотиком и помогало детенышам бороться с инфекциями, но со временем эволюция добавила в него белки, жиры и другие вещества, которые помогали детенышам млекопитающих быстрее расти. Все эти новинки помогали предкам млекопитающих поддерживать свой метаболизм на более высоком уровне и удерживать температуру тела постоянной. В результате они получили возможность занимать новые экологические ниши, на которые не покушались холоднокровные позвоночные, — к примеру, они могли охотиться по ночам. Высокий уровень обмена веществ позволил также некоторым поколениям этих животных эволюционировать в более мелкие формы. (Мелким животным труднее удерживать тепло, потому что отношение площади поверхности тела к его массе у них больше, а именно от него зависит, как быстро тепло теряется.)

Эти мелкие протомлекопитающие обладали более острыми чувствами, чем их предки; и чтобы разбираться с новыми сенсорными потоками, они развили у себя вокруг головного мозга новую кору. Этот слой, известный как неокортекс, занимался сортировкой входного потока запахов, звуковых и зрительных ощущений, превращением всего этого в сложные воспоминания и использованием их для познания окружающего мира. Теплокровные млекопитающие могли в полной мере использовать возможности неокортекса, поскольку высокий уровень метаболизма требовал постоянной подпитки. Змея может съесть крысу и несколько недель ни о чем не беспокоиться, но млекопитающие не могут долго существовать без пищи. Большой мозг с неокортексом позволял им составлять в голове карту мест, где можно найти еду, и прочно запоминать ее.

Нам, людям, это достижение представляется принципиальным — ведь мы так гордимся собственным мозгом. Нам кажется, что это событие должно было мгновенно изменить ход эволюции. Но для большой семьи синапсид оно не имело особого значения. Вообще, синапсиды, едва оправившись от пермской катастрофы, в конце триасового периода уже вновь двигались к вымиранию.

«Мы считаем, что способ существования млекопитающих — самый лучший, — говорит Уорд. — Это было не так. В соревновании с млекопитающими победили динозавры. Они захватили весь мир. Мы говорим об эпохе динозавров, не надо забывать, что они вырвали лидерство у млекопитающих».

На протяжении полутора сотен миллионов лет динозавры были самыми распространенными наземными позвоночными. Именно в их рядах родились самые крупные животные, когда-либо ходившие по земле. В 1999 г. ученые нашли в Оклахоме куски позвоночника одного из длинношеих динозавров, получившего название Sauroposeidon. По размеру позвонков палеонтологи определили, что в высоту это животное было с шестиэтажный дом. Sauroposeidon мог раздавить крупнейшее млекопитающее мезозоя как скорлупку. Ни одно из этих существ не весило и двух килограммов; иногда палеонтологи, занимающиеся их поисками, просеивают тонну породы и находят единственный зуб размером с булавочную головку.

«Млекопитающие — древние животные, не менее древние, чем динозавры», — говорит палеонтолог Майкл Новачек из Американского музея естественной истории. «Но первые примерно 160 млн лет своего существования они выглядели не слишком выигрышно. На самом деле они жили в тени динозавров и были по большей части мелкими, вероятно, ночными животными. Они не имели особых преимуществ».