Странности нашей эволюции - Кит Харрисон

Пальцы

Примерно 360 миллионов лет на планете произошла очередная смена климата и природных условий. В результате поднятия земной коры образовались огромные болота, ставшие основой современных залежей угля, из-за чего этот период в эволюции называют каменноугольным.

К тому времени естественный отбор, по всей видимости, установил стандартное количество пальцев на ногах большинства, если не всех, земноводных. Отныне у всех последующих четвероногих позвоночных животных их будет по пять на каждой конечности, хотя позже кое-какие группы и утратят несколько пальцев. Любопытно, что у современных земноводных пять пальцев на задних ногах и только четыре на передних; неизвестно, обладал ли их предок только пятью пальцами или же они произошли от той ветви древних земноводных, у которых было более пяти пальцев, и четыре пальца на передней конечности у них развились параллельно нашим пяти.

Что мы унаследовали от наших предков-земноводных

От земноводных нам достались следующие особенности: гибкая шея, локти, колени, запястья, лодыжки и по пять пальцев на руках и ногах (что впоследствии привело к созданию десятичной системы и появлению понятия «процентов»). Тогда же мы утратили плавники, жабры и большинство чешуек.

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

Когда мы были пресмыкающимися

До сих пор древним земноводным для размножения требовалось возвращаться в воду. Все они начинали жизнь в виде икринок. Все изменилось с появлением яйца, внешняя мембрана которого не давала испаряться находящейся внутри воде, но при этом пропускала кислород из окружающего воздуха. Земноводным, которые откладывали яйца, уже не нужно было возвращаться в воду, и они стали первыми пресмыкающимися. Таким образом, яйцо было настоящим двигателем прогресса, своего рода космической капсулой жизнеобеспечения эмбриона, сохранявшей привычную среду обитания в чужом окружении.

У новых животных, называемых пресмыкающимися (или рептилиями, от латинского слово reptilis, что означает «ползающий»), кожа была покрыта легкими и гибкими чешуйками, состоящими в основном из кератина, в отличие от тяжелой чешуи их предков — рыб и земноводных. Кератин — это вещество, которое входит в состав наших ногтей и волос, а также перьев птиц.

Для таких перемен потребовалось немало времени, так что полностью к жизни на суше пресмыкающиеся приспособились не ранее 280 миллионов лет назад.

Развитие ящеров

Каждое сухопутное животное вынуждено решать проблему, связанную с силой тяжести. В плотной воде рыбы практически не имеют веса. Современные четвероногие животные либо опираются на землю как ящерицы, расставив согнутые ноги по бокам от тела, либо поддерживают вес своего тела на вертикально или почти вертикально вытянутых ногах, как коровы или собаки. Переход к такой вертикальной позе уже начался у некоторых самых древних рептилий, а наши предки и их дальние родственники динозавры значительно ее усовершенствовали.

В то время наши предки, по всей видимости, принадлежали к группе пресмыкающихся с большими кожаными «парусами» на спине. По-научному эта группа ящеров называется «пеликозавры» (от греческих слов, обозначающих «чаша» и «ящерица»). 

Некоторые биологи предполагают, что паруса служили своего рода солнечными панелями, позволявшими этим хладнокровным животным получать максимум тепла (но такие паруса имелись не у всех пеликозавров; некоторые более поздние виды прекрасно обходились без них). Пеликозавры были крупными пресмыкающимися (некоторые достигали 3 м в длину) и в свое время господствовали на суше, хотя большинство из них, по всей видимости, питалось рыбами и земноводными, а это значит, что они обитали близ водоемов.

Почти все пеликозавры вымерли 240 миллионов лет назад, за исключением одной группы, которая изменилась настолько, что получила свое собственное научное название — «терапсиды» (от греческих слов, обозначающих «зверь» и «арка»). Мы произошли как раз от этих терапсид.

Конечности и позвоночник

В процессе развития терапсидов значительно изменились позвоночник с ребрами, а также конечности, то есть наши будущие руки и ноги. У терапсидов, по сравнению с их предками, конечности были уже не так широко расставлены в стороны. По сравнению с пеликозаврами они меньше времени проводили у водоемов, но гораздо больше передвигались по земле, поэтому в строении их тела произошел ряд серьезных изменений. Прежде всего это касается утраты некоторых частей скелета, мешавших быстрой ходьбе. Рептилии унаследовали от земноводных способ передвижения, при котором позвоночник изгибается из стороны в сторону; большинство их позвонков между передними и задними конечностями до сих пор имеют ребра. По мере того как задние конечности становились все сильнее и играли более активную роль при ходьбе, ребра в этой части тела начинали сталкиваться между собой, мешая животным изгибать позвоночник из стороны в сторону. Естественный отбор привел к тому, что ребра в этой части позвоночника исчезли. Так образовались отличающиеся друг от друга поясничный отдел у задних ног и грудная клетка у передних ног. Вот почему у нас сейчас нет ребер в нижней части туловища, то есть в районе живота.

Второе изменение произошло после того, как конечности терапсид, которые стали более хорошими ходоками, приняли положение под телом. Животное, тело которого опирается о землю, не может быстро передвигаться; кроме того, когда конечности расставлены в стороны, для удержания веса тела требуется достаточно сильно напрягать мышцы. Попробуйте сами провести следующий эксперимент. Лягте лицом вниз и попробуйте поднять тело, отжавшись руками. Легче это сделать, опираясь ладонями о пол совсем рядом с плечами. Чем дальше вы будете расставлять руки, тем сложнее вам будет отжиматься. Животное, ноги которого расположены вертикально под телом, опирается на них как на колонны, а мышцы ног использует только для движений и для смены положения при сохранении равновесия. Мы можем очень долго стоять по стойке «смирно», но быстро устаем в положении с полусогнутыми ногами.

Локти и колени

У наших предков терапсид смена положения конечностей сопровождалась их разворотом в противоположных направлениях: так плечевые кости расположились вдоль тела назад, а бедренные — вдоль тела вперед.

В результате этого разворота суставы передних и задних конечностей стали сгибаться в противоположных направлениях. Вот почему наши локти и колени сейчас сгибаются в разные стороны, как и суставы конечностей всех млекопитающих, а также других потомков пресмыкающихся и птиц. Правда, при взгляде на задние конечности птиц и таких двуногих динозавров, как тиранозавр, может создаться впечатление, что их «колени» направлены назад и сгибаются совсем в другую сторону. Такое же впечатление создается и при взгляде на задние конечности многих млекопитающих (кошек, собак, лошадей). На самом деле это не так, но почему это не так, мы узнаем позднее.

Примерно 240 миллионов лет назад появилась новая группа терапсид, называемая учеными цинодонтами (в переводе с греческого «собачьи зубы»). Некоторые из них были травоядными, но большинство — хищными, поэтому их зубы и были похожи на зубы собак. На протяжении последующих 10 миллионов лет они оставались самыми распространенными наземными хищниками. Их конечности располагались прямо под телом. Есть свидетельства, что эти животные постепенно становились теплокровными. Другим рептилиям, как и всем позвоночным до них, для повышения скорости обмена веществ приходилось полагаться на солнечное тепло. Цинодонты обладали и лучшим слухом по сравнению с другими животными того времени, потому что у них появилась барабанная перепонка. Изначально размером они были с крупную собаку, но впоследствии многие виды уменьшились и в длину не превышали 25 см. 

В ту эпоху терапсиды были доминирующей группой животных, по развитию обогнавших других пресмыкающихся и выживших земноводных. Но примерно 210 миллионов лет назад их время закончилось, они почти вымерли. Последние особи вымерли 60 миллионов лет назад, но перед этим они успели дать начало новой ветви животных, небольших по размерам и похожих на современных грызунов. Это и были первые млекопитающие. Со временем их потомкам, принадлежащим к виду Homo sapiens, предстояло вновь покорить планету, но пока что доминирующими животными на Земле стали представители другой ветви пресмыкающихся. Так начался юрский период, время безусловного господства динозавров.

Что мы унаследовали от наших предков-пресмыкающихся

От некоторых видов пресмыкающихся нам достались следующие особенности: водонепроницаемая кожа без чешуи; поясничный отдел позвоночника без ребер; сгибающиеся в разные стороны локти и колени; барабанная перепонка и зачатки функции теплокровности. Примерно в то же время у этих животных исчезла необходимость возвращаться в воду для размножения.