Карл Циммер - Эволюция: Триумф идеи

«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».

Тем не менее млекопитающие, как бы скромно они ни выглядели, в эпоху динозавров продолжали жить и эволюционировать. Они разветвились на множество линий, одни из которых давно вымерли, а другие живут на Земле до сих пор. Утконос принадлежит к древнейшей уцелевшей до настоящего времени линии млекопитающих, известной как однопроходные или яйцекладущие. Однопроходные сохранили до наших дней некоторые особенности, которыми 160 млн лет назад обладали и наши предки. Они гораздо слабее контролируют температуру тела по сравнению с более поздними млекопитающими. Самки однопроходных не рожают живых детенышей; вместо этого они откладывают яйца размером с горошину в мягкой оболочке и носят их в специальной складке на животе. Вылупившись из яиц, детеныши питаются молоком, которое выделяют млечные железы утконосихи. (В тот момент, когда однопроходные отделились от основной ветви млекопитающих, сосков в природе еще не существовало.)

Около 140 млн лет назад эволюция млекопитающих произвела на свет две ветви, которым суждено было достигнуть наибольших успехов. Одна из них — сумчатые; сюда входят такие современные животные, как кенгуру, опоссум и коала. Самцы сумчатых оплодотворяют яйца в сдвоенной матке самки при помощи раздвоенного пениса. Оплодотворенные яйца не формируют оболочки; несколько недель зародыш развивается внутри матери до размеров рисового зерна, а затем выползает из матки. Он забирается в сумку на животе матери и сжимает челюсти на соске.

Другая линия дала начало таким млекопитающим, как мы с вами, — плацентарным. В отличие от сумчатых, плацентарные млекопитающие позволяют своим детенышам расти в матке до гораздо более крупных размеров. Это возможно потому, что детеныш в матке окружен плацентой — специальной тканью, способной извлекать питательные вещества из тела матери. Плацентарные млекопитающие рождаются гораздо более развитыми, чем сумчатые. В некоторых случаях — к примеру, у кроликов — они рождаются слепыми и должны некоторое время оставаться в норе. Однако в других случаях — к примеру, у дельфинов или лошадей — они почти сразу способны двигаться самостоятельно и следовать за матерью.

У нас почти нет ископаемых остатков плацентарных млекопитающих из ныне существующих отрядов старше 65 млн лет, но те немногие, что все же имеются, позволяют предположить, что разделение их на современные отряды началось примерно 100 млн лет назад. Из первой отделившейся линии много позже получились муравьеды, ленивцы и броненосцы. У этих животных отсутствуют многие черты, характерные для остальных плацентарных млекопитающих; к примеру, у их матки нет шейки, а уровень обмена веществ у них хотя и выше, чем у утконоса, но заметно уступает метаболизму других плацентарных. Тот факт, что эти млекопитающие отделились первыми, не означает, что следует искать в них недостающее звено нашей собственной эволюции (точно так же, как не стоит искать недостающее звено человеческой эволюции в обезьянах). Это не означает, что мы происходим от броненосцев, ленивцев или муравьедов; это не означает даже, что у наших предков было бронированное тело как у броненосцев, когти, позволяющие висеть на дереве вниз головой, как у ленивцев, или длинные языки, как у муравьедов. Разделившись, обе линии млекопитающих продолжили эволюционировать независимо, развивая у себя все новые приспособительные механизмы.

Палеонтологи предполагают, что другие отряды современных млекопитающих сформировались около 80 млн лет назад. Среди насекомоядных со временем появились кроты, землеройки и ежи. Плотоядные породили собак, кошек, медведей и тюленей. Грызунообразные позже разделились на грызунов и зайцев. Копытные дали начало лошадям, верблюдам, китам, носорогам и слонам. В рядах архонтов со временем появились летучие мыши, тупайи — и наша собственная ветвь, приматы. Но до всего этого разнообразия оставались еще десятки миллионов лет. Предки современных плацентарных млекопитающих были практически неотличимы друг от друга. Потребовалось еще одно массовое вымирание, чтобы млекопитающие смогли показать, на что они способны.

В северной Италии можно найти чудесный розовый известняк, который здесь называют Scaglia rossa и любят использовать для строительства вилл. К северу от городка Губбио есть ущелье Боттачоне; его стены на всю глубину — 350 метров — состоят из этого красивейшего камня. Геологи определили, что порода на дне ущелья сформировалась 100 млн лет назад, когда плацентарные млекопитающие только начинали расходиться на современные группы. Слой этой горной породы формировался непрерывно в течение следующих 50 млн лет. Его формирование продолжалось и 65 млн лет назад, в конце мелового периода, когда динозавры вымерли — и одновременно с ними вымерло 70% всех видов живых существ на планете. Он продолжал формироваться еще 15 млн лет; к концу этого периода млекопитающие успели стать доминирующими позвоночными суши. Интересно отметить, что между породами мелового периода и следовавшего за ним палеоцена залегает тонкая — всего полдюйма толщиной — прослойка глины, напоминающая кремовую прослойку торта. Ниже этой прослойки в породе содержится карбонат кальция из планктонных скелетов; собственно, их тела в основном и составляют эту горную породу. В глинистой прослойке никакого планктона нет; выше вновь начинается известняк, но многие прежние виды планктона в нем отсутствуют. Не исключено, что именно в момент, соответствующий тонкой глинистой прослойке, определилась и наша судьба: эта прослойка — след глобальной катастрофы, которую наши предки пережили, а динозавры нет.

В середине 1970-х гг. американский геолог Уолтер Альварес увез с собой образцы этой глины. Он надеялся отыскать в толще розового известняка точную границу между меловым и третичным периодами и точно ее датировать. При благоприятном обороте дел он надеялся найти способ определять эту границу в других горных породах по всему миру. Каждые несколько миллионов лет магнитное поле Земли как бы переворачивается, меняет полярность, так что стрелка компаса, вместо того чтобы указывать на север, начинает упрямо смотреть на юг, и наоборот. Магнитное поле заставляет кристаллы в горных породах выстраиваться вдоль силовых линий, и геологи даже по прошествии миллионов лет могут определить их направление. Альварес хотел найти горные слои выше и ниже границы, образовавшейся в момент изменения полярности магнитного поля планеты. Тогда можно было бы по аналогичной последовательности находить момент изменения полярности в любых других породах.

По возвращении домой Альварес показал образцы своему отцу Луису. Луис Альварес сам не был геологом, но всю жизнь в науке стремился к новому и неожиданному. В 1968 г. он был удостоен Нобелевской премии по физике; участвовал в изобретении пузырьковой камеры, которая позволила обнаружить многие элементарные частицы; в поисках скрытых гробниц он просвечивал египетские пирамиды рентгеновскими лучами. Образцы горных пород, привезенные сыном, очень его заинтересовали. Что такое могло произойти в океанах в конце мелового периода, чтобы на время остановить, а потом вновь запустить процесс формирования осадочных пород?

Уолтеру Альваресу не удалось осуществить свой план и отыскать палеомагнитные маркеры для границы мелового и третичного периодов. В конце мелового периода север и юг менялись местами слишком медленно, чтобы по этим данным можно было что-то всерьез датировать. Но у Луиса появилась другая идея — использовать для датировки постоянный поток межзвездной пыли, выпадающей на Землю. Не секрет, что метеориты и другие объекты, дрейфующие в космосе, по составу сильно отличаются от земных пород. К примеру, в них содержится гораздо больше редкого элемента иридия. (Большая часть иридия, участвовавшего 4,5 млрд лет назад в формировании расплавленной Земли, вместе с другими тяжелыми металлами погрузилась в ядро.) Каждый год из космоса в атмосферу Земли попадают тонны космического вещества в виде микроскопических частиц; они равномерно рассеиваются в атмосфере и выпадают на поверхность суши и моря. Уолтер и Луис решили выяснить, каким образом можно измерить скорость выпадения иридия при помощи измерения содержания этого элемента в горных породах Губбио.

До них этим методом безуспешно пытались воспользоваться другие ученые, но Альваресы, к счастью, этого не знали. Они измерили содержание иридия в породах конца мелового периода и получили чрезвычайно высокие значения — в тридцать раз больше, чем в образцах известняка, которые Уолтер взял чуть ниже и чуть выше глиняной прослойки. Непрерывный космический дождь просто не мог принести с собой столько иридия. Но измерения Альваресов не были ошибкой или случайным выбросом: датские ученые при исследовании пород конца мелового периода неподалеку от Копенгагена обнаружили в них еще больше иридия.