Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли
Шрифт:
А например, клюворылы и родственные им гимнархи довольствуются слабыми — около 30 милливольт — электрическими импульсами. Эти рыбы, как установил в 1950-е годы биофизик Ганс Лиссманн, работавший в Кембриджском университете, не только генерируют, но и ощущают слабые электрические поля. В аквариумных опытах он обнаружил, что подобные рыбы воспринимают проволочный прямоугольник как непреодолимую преграду, а среди нескольких дипольных антенн распознают единственную, на которую подаются электрические сигналы, и атакуют ее. То есть у них существует электрическое чувство восприятия, с помощью которого они обнаруживают препятствия, источники пищи и угрозы. Многослойный эпидермис, обладающий высоким электрическим сопротивлением, пронизанный густой сетью каналов, наполненных проводящим веществом, уподобляет поверхность рыбы сетчатке глаза, «видящей» картину электрических полей. Именно с особенностями органов чувств этих рыб связаны их необычная форма тела (выросты на голове), своеобразный стиль плавания (волнообразные движения, способствующие зарядке электрических органов), довольно развитый мозжечок (именно эта часть мозга содержит нервные центры, связанные с мускулатурой) и способность выживать в мутных водоемах. Глаза же у них развиты плохо.
В 1993 году биофизик Владимир Барон и его коллеги из Института проблем экологии и эволюции РАН зарегистрировали очень слабые электрические разряды у обитающих в озерах и реках Африки сомов из семейства клариевых: разряды возникали при «выяснении отношений» между рыбами. А недавно группа ученых под руководством биофизика Владимира Ольшанского установила с помощью аквариумных опытов во Вьетнаме, что самки местного вида клариевых сомов генерируют особые электрические разряды во время спаривания. Нерест сомов — сложный ритуал. Сначала рыбы собираются вместе и выбирают партнеров. Затем самец, изгибаясь дугой, обвивает самку, и они совершают ряд замысловатых движений. Наконец он выбрасывает сперму, а она немного погодя — мечет икру. В момент, предшествующий этому событию, самка и дает разряд — до 30 милливольт, весьма чувствительный для самца. «Икра — очень ценный ресурс, — объясняет Ольшанский, — и разбросать ее нужно как можно шире. Вот самка и должна убедиться, что сперматозоиды уже в воде, а самец готов ей помочь. Своим разрядом она будто указывает ему, что пора надавить на ее брюшко. Возможно также, что испытанный шок доставляет самцу удовольствие и побуждает к новым спариваниям».
Казалось бы, обнаружить электрические органы в палеонтологических коллекциях — задача неразрешимая. Однако уже в 1920-е годы палеонтолог Эрик Стеншё, работавший в Шведском музее естественной истории, обратил внимание на обширные поля, расположенные на причудливых головных панцирях раннепалеозойских бесчелюстных позвоночных. В этих полях вполне мог находиться многослойный эпидермис, пригодный для восприятия и передачи электрических импульсов. Обитали эти похожие на панцирных рыб бесчелюстные в основном в мелководных лагунах и других прибрежных водоемах, где видимость оставляла желать лучшего. (Необычное рыло у обитателей вод — хороший признак электрочувствительности: например, клюв млекопитающего утконоса — это тоже электросенсорный орган.)
Так что седьмое (электрическое) чувство вполне могло быть одним из первых, не говоря уж о шестом (магнитном). Анализ информации, прежде остававшейся глубоко запрятанной в геноме, проведенный группой генетика Мартина Шестака из Института имени Рудера Бошковича в Загребе, показывает, что основные молекулярные элементы всех чувств имеют довольно древние корни и что органы чувств, связанные с восприятием различных физических сигналов (например, зрение), вероятно, возникли раньше способности улавливать химические сигналы, то есть обоняния.
Теперь же можно разнообразить восприятие, как делают морские черепахи.
Едва вылупившись из яйца, что происходит в ночную пору, черепашки ориентируются на свет: море отражает звезды. Добравшись до кромки воды, они переключают внимание на движение волн и движутся поперек волнового фронта. А уже в открытом море у них включается компасное чувство: опыты, проведенные герпетологом Кеннетом Ломанном и его группой из Университета Северной Каролины, показали, что, пребывая в мощных теплых струях северо-атлантической воронки Гольфстрима, зеленые черепахи и логгерхеды делают три засечки магнитных координат. Вылупившись, скажем, на восточных пляжах Флориды, черепашки стремятся попасть именно в это течение, вращающееся вокруг Саргассова моря. Там, в богатых пищей водах, они проводят несколько лет. Однако их поджидают три опасности: у берегов Португалии течение разветвляется, и один его рукав отходит на север; на приближении к Западной Африке появляются ответвления, уносящие в холодные воды Южной Атлантики; наконец, на подходе к Карибам нужно разобраться, в какой из многочисленных морских рукавов следует плыть, чтобы оказаться в месте откладки яиц. Те, кто сумел правильно распорядиться своими знания по ориентации с помощью магнитной сетки координат, всегда попадают в нужную струю и сполна проживают свой черепаший век.
«Двоечникам» грозит холодная и голодная смерть где-нибудь в заливе Кардиган, и на обширных песчаных отмелях Уэльса у скал Харлеха их трупики будут расклеваны чайками. Правда, случается такое крайне редко. Гораздо чаще на пляжах Уэльса можно встретить вполне себе живехоньких кожистых черепах — самых холодоустойчивых рептилий, заплывающих без вреда для себя даже в Баренцево море. И пусть не вводят зевак в заблуждение их горючие и горькие, в буквальном смысле в три ручья, слезы.
Просто слезные железы морских черепах за 200 миллионов лет эволюции превратились в железы солевые. Ведь все они пьют исключительно морскую воду, а кожистые черепахи к тому же едят медуз и прочую студенистую пищу, которая содержит соли столько же, сколько окружающая среда. Избыток ионов и выводится в виде слезных ручьев. Причем эти выделения, содержащие натрий, калий, хлор и даже магний, солонее воды в два раза. И никаких почек не надо. Впрочем, у кожистых черепах их практически и нет. Нет у них, как следует из названия, и рогового панциря, зато есть толстый-претолстый слой ворвани. Настолько толстый, что музейные препараты сочатся жиром по нескольку лет. Даже голова такой черепахи состоит из солевых желез и жира, в глубине которого прячется маленький мозг.
Мощная жировая прослойка, а также своеобразный кровоток в длинных (до 2,7 метра в размахе) передних ластах делают эту черепаху самой теплокровной среди холоднокровных животных. Она может поддерживать постоянную температуру тела на 18 °C выше температуры воды. Способствуют этому и скорость передвижения (45–65 километров в сутки), и большая собственная масса (до 916 килограммов): при таких габаритах избавиться от излишек тепла сложнее, чем согреться. По весовой категории эти рептилии сравнимы с моржами и малыми китами, но, чтобы достичь гигантских размеров, в отличие от млекопитающих, вырастают в 10–20 тысяч раз. Ведь из яйца проклевывается черепашка массой всего в 40–50 граммов. И это не последний ее рекорд.
Это дышащее атмосферным воздухом животное ныряет на глубину 1820 метров и проводит в пучине до 85 минут! Притом заглоченного на поверхности воздуха должно хватать от силы минут на сорок. Значит, черепаха в какой-то момент переходит на анаэробное (бескислородное) дыхание. Для этого и нужен гибкий, неороговевший панцирь, а также неокостеневшая трахея: сжимаясь они выдавливают остатки газов из легких, и животное избегает кессонной болезни, которой подвержены все глубоководные ныряльщики — и современные кашалоты, и давно вымершие мозазавры, которые 70 миллионов лет назад охотились на четырехметровых морских черепах, тоже нередко страдавших некрозом костной ткани (хорошо видимый на ископаемых остатках признак кессонной болезни).
Черепахи пережили не только мозазавров, но и динозавров, с которыми появились почти одновременно. Правда, откуда они появились, пока точно не установлено. Дело в том, что у черепах нет лишних дырок в черепе (височных окон) — только глазницы и ноздри, а все эволюционное древо пресмыкающихся строится по наличию и положению дополнительных отверстий. Потому палеонтологи считали их предками пермских парарептилий — грузных черепахоподобных ящеров. А молекулярные биологи предпочитают сближать черепах с крокодилами и птицами. Лишь недавно палеонтологи Райнер Шох из Государственного музея естественной истории в Штутгарте и Ганс Дитер Зюс из Национального музея естественной истории в Вашингтоне нашли в среднетриасовых отложения Германии «папу черепах» — Pappochelys [8] . 240-миллионолетний «папа» имел зубы и длинный хвост, место пластрона (брюшного щита) у него занимали брюшные ребра — гастралии, а место карапакса (спинного щита) — уплощенные грудные и крестцовые ребра; он еще сохранял височные окна, указывавшие на родство с динозаврами, ящерицами и всякими морскими ящерами. У потомков паппохелиса — юрских черепах, которым 220–215 миллионов лет, — карапакс продолжал развиваться как сложное образование из ребер, невральных дуг, костных пластинок и роговых щитков, височные окна закрылись, хвост укоротился, чтобы укладываться внутрь панциря, а зубастая пасть превратилась в подобие рогового клюва с острыми краями. Так разрешилась одна из самых загадочных историй — история происхождения черепах.
8
Греч. — папа и — черепаха.
Интересно, что у морских черепах верхняя часть панциря полностью редуцировалась, как у кожистой, а стоило их потомкам вернуться на берег, панцирь «отрос» заново. По панцирным наслоениям можно представить, что и предки современной кожистой черепахи сначала жили на суше, потом освоили морскую стихию, где им, наверное, не понравилось, и они вернулись на берег, но там оказалось еще хуже. И они окончательно выбрали жизнь в море.
Черепахи живут на земле и в воде. Вот только взлететь они не смогли…