Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли
Шрифт:
До полномасштабных экспериментов с людьми очень и очень далеко. А как же знаменитые (и недешевые) американские криогенные саркофаги? Ведь даже журнал «New Scientist» объявил конкурс, победитель которого будет посмертно заморожен до лучших времен в Крионном институте Мичигана, что стоит 28 тысяч долларов США. Хранение в жидком азоте при температуре -196 °C действительно препятствует разложению, но к акту воскрешения после этого, отнесенному в отдаленное будущее, многие ученые относятся скептически. Поэтому лучше воспользоваться альтернативной премией «New Scientist»: прожить неделю на Гавайях сейчас, а не откладывать ее на «послесмертие». Тем более что из американских криогенных колумбариев просачиваются сведения о перебоях в работе холодильников. Им-то никто столетнюю гарантию не давал.
Реальные достижения по продлению жизни с помощью замораживания выглядят поскромнее. Так, у крыс и с меньшим положительным результатом у овец удалось вырезать яичники, заморозить их на время хемотерапевтического лечения организма, вживить снова и добиться нормального функционирования. Эксперименты с овцами особенно важны, поскольку их репродуктивные органы по размерам близки к человеческим. Есть надежда, что так можно будет подлечить больных раком, без опасения нанести непоправимый вред их возможному потомству. А если обратиться к тихоходкам? Кунихиро Секи смог выделить из них тот самый сахар-антифриз и с его помощью на десять дней заморозил и затем «воскресил» крысиное сердце. Значит, в перспективе можно значительно увеличить сроки хранения донорских органов и продлить многие человеческие жизни.
Вообще-то мы выросли в тепличных условиях. Археи, вероятно поучаствовавшие в создании эукариотной клетки (из которых состоят все живые организмы, кроме бактерий и самих архей), — обитатели горячих источников; гены альфа-протеобактерий, превратившихся в митохондрии, отвечают за синтез белков, устойчивых при высоких температурах. Даже некоторые цианобактерии, живущие фотосинтезом, предпочитают теплые местечки: например, Synechococcus растет в горячих источниках Хантер (штат Орегон) тем быстрее, чем сильнее нагревается вода, вплоть до 60 °C (а другие — и до 73 °C). Белки, даже самых холоднокровных организмов не распадаются при нагревании до температуры 60–65 °C, что опять же указывает на теплые условия, в которых появились и существовали первые эукариоты. Температура архейских и раннепротерозойских морей по оценкам геохимиков, использовавших данные по изотопии кремния и кислорода (последний анализировался только из включений первичной морской воды в кристаллах соли), как раз достигала таких величин: от 50 до 90 °C. Даже в эдиакарском периоде, которым заканчивалась протерозойская эра, температура мелководных морей доходила до 40 °C. Да и за последние 600 миллионов лет существования морской и наземной биоты новые виды и целые группы организмов в подавляющем большинстве возникали в тропическом поясе, даже в самые теплые времена, и лишь потом мигрировали к полюсам. И происходило это не от хорошей жизни, а под давлением обстоятельств — хищников, паразитов и конкурентов.
Скажем, есть в океане загадочный треугольник. Только в нем ничего не исчезает, а наоборот — появляется. «Почему в Коралловом треугольнике, охватывающем моря Тихого океана вокруг Филиппин, Малайзии, Брунея, восточной части Индонезии, Восточного Тимора, Палау, Папуа — Новой Гвинеи и Соломоновых островов, сосредоточено больше всего видов морских обитателей?» — задались вопросом морские биологи. И чтобы ответить на него, составили для треугольника подробные карты разнообразных условий обитания и распределения 8295 прибрежных рыб, 1212 моллюсков и ракообразных, 820 рифостроящих кораллов, 50 морских трав и 69 мангровых деревьев. Оказалось, что 30 процентов из них сосредоточено в северной и центральной части этой фигуры — в акватории Филиппин и Восточной Индонезии. «В южной и восточной частях треугольника средняя температура поверхностных вод достигает 29 °C — наивысший показатель для всего Мирового океана, — говорит Кент Карпентер, руководитель отдела видового разнообразия морей при Международном союзе охраны природы. — Несомненно, что температурный режим подхлестнул скорости видообразования».
Скорость химических реакций тем выше, чем выше температура, а значит, и темпы обмена веществ выше, и органические молекулы, включая гены, изменяются быстрее. А генетическая изменчивость — это и есть эволюция, во всяком случае, немаловажная составляющая этого процесса.
Человек — не исключение. Не важно, возьмем мы обезьянью родню или ограничимся Homo sapiens, — все мы вышли из Африки. И подспудно хотим обратно, хотя бы ненадолго, чтобы подпитаться витаминами группы D, образующимися под щедрыми лучами солнца и обеспечивающими нормальный рост костей.
Единственным исключением из правила «там лучше, где теплее», наверное, были предки млекопитающих — зверозубые ящеры. Большинство представителей этой группы, живших в позднепермскую и раннетриасовую эпохи (270–240 миллионов лет назад), судя по находкам их костных остатков, было сосредоточено в областях земного шара с холодным и влажным климатом. Может быть, поэтому они первыми и стали «теплокровными», то есть гомойотермными? [37]
37
От греч. — равный и — тепло.
Термин «гомойотермный» («равномерно теплый») точнее описывает температурный режим организма, чем «теплокровный», поскольку сохранять температуру тела на относительно постоянном уровне выше таковой окружающей среды способны самые разные существа: насекомые, рыбы, крупные змеи (когда высиживают потомство), черепахи, даже цветы. Например, тунцы поддерживают в тепле (на 20 °C выше температуры воды) наиболее важные органы — мозг, глаза, мускульные блоки, брюшную полость — за счет учащенного сердцебиения (до 130 ударов в минуту против 20–50 ударов в спокойном состоянии) и плотной сети параллельно расположенных кровеносных сосудов. При такой частоте сердечных сокращений кровоток быстрее проходит через жабры, и кровь насыщается кислородом. А необходимый уровень кислорода обеспечивает таранная вентиляция: тунец плывет с открытым ртом, всасывая воду, которая поступает в жабры, поверхность которых раз в тридцать больше, чем у других рыб. Быстрое движение крови через густую сеть чередующихся «холодных» вен и «теплых» артерий удерживает тепло в тканях и не дает ему рассеиваться.
Однако лишь млекопитающие и птицы среди современных животных являются гомойотермными — постоянно вырабатывают собственное тепло в значительных объемах. Можно ли распознать такие организмы, не прибегая к помощи термометра? Да, по определенному соотношению изотопов кислорода, что связано с частотой дыхания, более высокой у гомойотермных, вызванной большими потребностями в кислороде. А также по некоторым анатомическим признакам, таким, как носовые раковины и фиброламеллярная кость. Носовые раковины увеличивают объем полости носа, тем самым препятствуя потере влаги и тепла у животных с высокими темпами обмена веществ, поскольку при выдохе жидкость конденсируется на их стенках и вновь впитывается в ткани. А на вдохе даже у самых мелких млекопитающих воздух успевает нагреться на 1,2 °C на каждой паре миллиметров пути. Носовые раковины обнаружены у позднепермских и раннетриасовых собакозубых ящеров (цинодонтов). А фиброламеллярная кость, отличающаяся густой сосудистой сетью, образуется только у быстро растущих животных, таких, как млекопитающие.
В отличие от цинодонтов и млекопитающих динозавры были порождением теплой эпохи — второй половины триасового периода (220–230 миллионов лет) и большую часть отведенного им времени — до конца мелового периода — провели во влажных теплых тропиках. Но не все.
Конечно, в меловом периоде климат в глобальном масштабе был потеплее: к оймяконскому (-71,2 °C) и антарктическому (-89,2 °C) рекордам температуры не приближались даже в самых экстремальных уголках планеты, и прыгать через сугробы динозаврам не приходилось. Тем не менее наклон оси, а вместе с ней полярную ночь еще никто не отменял, и зимние температуры на Аляске (78° северной широты — на 8° ближе к полюсу, чем ныне) и на юго-востоке Австралии (на той же только южной широте — сейчас там расположена Антарктида) могли опускаться до 0, даже -2 °C, совсем некомфортной для крупных рептилий. Костей крокодилов и черепах, способных размножаться лишь при среднегодовых показателях выше 10 °C, там не встретишь, а скелетные остатки динозавров — изобилуют. На севере Аляски был найден верхнемеловой слой (70 миллионов лет), который содержал 6 тысяч костей, принадлежавших трем-четырем десяткам особей утконосого ящера эдмонтозавра (Edmontosaurus), а в австралийском штате Виктория — нижнемеловое (110 миллионов лет) скопление из 8 тысяч косточек гипсилофодонта лиеллиназавры (Leaellynasaura). И то, и другое скопления образовались в результате массовой гибели ящеров в горных долинах во время весеннего половодья при быстром таянии снежников. Обилие молодых особей, возрастом менее года, указывает на то, что динозавры зимовали в условиях полярной ночи и низких температур. И если мелкие лиеллиназавры, возможно, рыли убежища, то эдмонтозавры, достигавшие длины несколько метров, кочевали всю зиму в поисках корма, подобно северным оленям: в Австралии найдены норы, а на Аляске обильные следы крупного стада, состоявшего из нескольких разновозрастных поколений этих ящеров. Эти виды были растительноядными, и прокормиться им было непросто: меловая хвойно-метасеквойная «тайга» с подлеском из гинкго, саговников и папоротников вряд ли давала много пищи.
В костях у этих динозавров хорошо распознается компактный слой, густо пронизанный кровеносными сосудами. Не исключено, что плотная сосудистая сеть помогала им поддерживать постоянную температуру тела, служа теплообменником, как у тунцов или животных Севера. Крупные млекопитающие Заполярья, такие, как овцебыки и северные олени, а также птицы обладают кровеносной «чудесной сетью»: вены, несущие охлажденную в лапах кровь к сердцу, ветвятся на множество тонких сосудов и плотно оплетают артерии, по которым в конечности устремляется теплый кровоток. Таким образом венозная кровь согревается и не охлаждает тело животного или птицы, когда достигает сердца. Благодаря такому теплообмену животные экономят энергию, столь необходимую им в холодных широтах. Даже у птиц с голыми ногами (конструкция, принципиально не отличающаяся от динозавровой) потеря тепла при этом не превышает полутора процентов.