Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни
Шрифт:
Плавательный пузырь, похоже, эволюционировал из примитивного легкого, которым до сих пор пользуются некоторые костистые рыбы, например ильные рыбы, панцирные щуки и многоперы. Это может показаться странным, ведь мы привыкли думать, что дыхание воздухом – это значительный “прогресс”, достигнутый с выходом на сушу. Можно также предположить, что легкое – модифицированный плавательный пузырь. Но на самом деле, похоже, эволюция примитивного дыхательного легкого пошла в двух направлениях. С одной стороны, легкое продолжило выполнять исходную функцию на суше, и мы до сих пор им пользуемся. А второе направление было необычным: из легкого сформировался плавательный пузырь.
Рассказ Илистого прыгуна
Я думаю, будет уместно посвятить некоторые истории, рассказанные ныне живущими пилигримами, недавним реконструкциям древних эволюционных событий. Костистые рыбы настолько разнообразны, что вполне можно ожидать от них повторения истории лопастеперых рыб и выхода на сушу. Илистый прыгун – как раз такая рыба.
Многие виды костистых рыб обитают в болотной воде, бедной кислородом. Знакомые нам аквариумные рыбки из болот Юго-Восточной Азии, например сиамская бойцовая рыбка (Betta splendens), часто всплывают на поверхность, чтобы глотнуть воздуха, но при этом пользуются все-таки жабрами. Поскольку жабры всегда влажные, я предполагаю, что глотание воздуха аналогично локальному насыщению кислородом мокрых жабр – наподобие того, как мы пропускаем воздух через аквариум. Однако бойцовые рыбки пошли дальше: жаберная полость у них имеет дополнительное воздушное пространство, обильно снабженное кровеносными сосудами. Но эта полость – не настоящее легкое. Настоящий гомолог легкого у костистых рыб – плавательный пузырь.
Рыбы, которые вдыхают воздух через жаберную полость, заново изобрели дыхание воздухом. Возможно, самые развитые представители рыб, вдыхающих воздух через жаберную полость, – это анабасы (Anabas). Они также живут в бедной кислородом воде и часто выходят на сушу в поисках воды, когда их водоем высыхает. Анабасы способны много дней обходиться без воды. Это живой пример того, о чем говорил Ромер.
Другая группа ходячих костистых рыб – илистые прыгуны (в основном Penophthalmm). Некоторые илистые прыгуны проводят на суше даже больше времени, чем в воде. Они едят насекомых и пауков, которых нельзя найти в море. Возможно, наши девонские предки тоже пользовались этими преимуществами, когда впервые вышли из воды, потому что на суше к тому времени уже имелись насекомые и пауки. Илистый прыгун скачет по литорали и способен ползать с помощью грудных плавников (рук), мышцы которых настолько хорошо развиты, что выдерживают вес рыбы. Ухаживание у илистых прыгунов частично проходит на суше, и самец может выполнять нечто вроде отжиманий, как самцы некоторых ящериц, чтобы продемонстрировать самкам золотистый подбородок и горло. Скелет плавника также приобрел конвергентное сходство с конечностями тетраподы, например саламандры.
Илистые прыгуны могут подпрыгивать более чем на полметра, выгибая тело вбок и резко выпрямляя его. Кроме того, у илистых прыгунов есть привычка искать добычу на мангровых деревьях. Они цепляются за деревья грудными плавниками, помогая себе своего рода присоской, образованной сведенными под телом брюшными плавниками.
Как и болотные рыбы, о которых я упоминал, илистые прыгуны дышат, набирая воздух во влажные жаберные камеры. Кроме того, они получают кислород через кожу, которая поэтому должна всегда оставаться влажной. Если илистому прыгуну грозит высыхание, он вываливается в грязи. Особенно уязвимы его глаза, и время от времени рыба протирает их влажным плавником. Глаза илистого прыгуна расположены близко друг от друга в верхней части головы, как у лягушек и крокодилов, и он, находясь под водой, пользуется ими как перископом. На суше илистый прыгун периодически втягивает глаза для увлажнения. А прежде чем покинуть воду, наполняет жаберные камеры водой.
В популярной книге о выходе животных на сушу автор приводит слова жившего в Индонезии художника XVIII века, который три дня держал у себя дома “рыбу-лягушку”:
Она следовала за мной повсюду с большим дружелюбием, совсем как маленькая собачка.
В книге есть рисунок, но изображает он не илистого прыгуна, а удильщика: глубоководную рыбу с приманкой на конце луча спинного плавника, которая висит над головой и используется для приманивания мелких рыб. Я подозреваю, что рисовальщик стал жертвой недоразумения: удильщика иногда называют рыбой-лягушкой (frogfish). А вот илистым прыгуном она вполне могла быть. Илистые прыгуны живут в Индонезии, и рыбы-лягушки – одно из их обыденных названий.
Мне нравится мысль, что нашим предком было некое существо, которое, хотя во многом и отличалось от илистого прыгуна, было таким же отважным и предприимчивым, как собачка. Возможно, из всех девонских животных это было самое близкое к собаке существо. Давным-давно моя девушка так объясняла, почему она любит собак: “Они такие славные”. Мне кажется, что первая рыба, отважившаяся выйти на сушу, была образцом “славного малого”. Назвать такое животное своим предком – одно удовольствие!
Рассказ Цихлиды
Озеро Виктория – третье по величине и одно из самых молодых озер мира. Ему около 100 тыс. лет. В озере обитает огромное количество эндемичных видов цихлид. “Эндемичных” означает, что эти рыбы не живут нигде, кроме Виктории, и предположительно там и возникли. Разные ихтиологи (в зависимости от того, являются ли они сторонниками объединения или разделения видов) выделяют в озере 200–500 видов цихлид. Согласно последним оценкам, число видов составляет 450. Из эндемичных видов большинство принадлежит к трибе хаплохромисов. Судя по всему, они эволюционировали в виде “группы видов” последние і00 тыс. лет или около того.
Молодой возраст озера Виктория предполагает чрезвычайно высокую скорость видообразования. Есть данные, указывающие на то, что около 15 тыс. лет назад озеро полностью пересыхало. Поэтому некоторые ученые приходят к выводу, что 450 эндемичных видов должны были развиться от единого предка-основателя за удивительно короткий промежуток времени. Как мы скоро увидим, это, скорее всего, преувеличение. Но, в любом случае, мы можем провести кое-какие вычисления, чтобы оценить этот промежуток времени в перспективе. Какой должна быть скорость видообразования, чтобы за 100 тыс. лет появилось 450 новых видов? Теоретически самой продуктивной схемой видообразования будет ряд удвоений. Согласно этой идеализированной схеме, предковый вид должен давать начало двум дочерним, каждый из которых, в свою очередь, разделяется еще на два дочерних вида, и так далее. Согласно этой “экспоненциальной” схеме, предковый вид мог бы легко дать 450 видов за 100 тыс. лет с интервалами в 10 тыс. лет между эпизодами видообразования в каждой линии (интервалы лишь кажутся длинными). Таким образом, начиная с любой современной цихлиды, при движении назад во времени мы насчитали бы всего десять пунктов рандеву за 100 тыс. лет.
Конечно, такая схема крайне маловероятна. Другую крайность представляет схема, согласно которой вид-основатель последовательно порождает один дочерний вид за другим – и при этом ни один из дочерних видов не претерпевает дальнейшее видообразование. Согласно этой наименее продуктивной схеме, для образования 450 видов за 100 тыс. лет интервал между эпизодами видообразования должен составлять несколько столетий. Однако это не так мало, как кажется. Истина, конечно, где-то между двумя этими крайностями: например, средний интервал между эпизодами видообразования в любой из линий может составлять одно или несколько тысячелетий. Тогда скорость видообразования уже не кажется высокой, особенно учитывая порядок скоростей эволюции (см. “Рассказ Галапагосского вьюрка”). И все равно это непрерывное видообразование кажется очень быстрым и продуктивным по сравнению со скоростью эволюции, к которой привыкли ученые. Именно поэтому цихлиды озера Виктория стали легендарными [84] .
84
Озеро Виктория пало жертвой экологической катастрофы, спровоцированной человеческим вмешательством. В 1954 году британские колониальные власти с целью улучшения рыбного промысла интродуцировали в озеро нильского окуня (bates niloticus). Против этого решения протестовали биологи, которые предсказывали, что окунь нарушит уникальную экосистему. Их страхи оправдались. Цихлиды так и не научились избегать крупного хищника. Ок. 50 видов цихлид исчезло, еще ок. 130 видов оказались под угрозой вымирания. Всего за полвека безграмотные действия властей уничтожили традиционный образ жизни местных жителей и привели к исчезновению ценнейших научных ресурсов.
Площадь озер Танганьика и Малави немного меньше площади Виктории. При этом Виктория – широкое и мелкое озеро, а Танганьика и Малави – типичные озера Восточно-Африканской рифтовой долины: длинные, узкие и очень глубокие. Они не так молоды. Озеру Малави, о котором я уже упоминал, 1–2 млн лет, а Танганьике – 12–14 млн лет. Несмотря на это, у трех озер есть общая черта: в каждом живут сотни эндемичных видов цихлид. При этом для всех трех групп, состоящих из сотен видов, характерен сходный набор форм, образовавшийся в результате конвергентной эволюции. Похоже, некогда в каждое из зарождающихся озер попал (вероятно, из рек) один или несколько предковых видов хаплохромиса. И они в результате последовательных “эпизодов видообразования” дали сотни видов цихлид, причем набор форм во всех озерах очень близок. Такая быстрая дифференциация называется адаптивной радиацией. Дарвиновы вьюрки – еще один пример адаптивной радиации. Однако африканские цихлиды особенно примечательны тем, что с ними это произошло трижды, причем независимо [85] .
85
Этот вопрос подробно обсуждается в книге Дольфа Шлютера “Экология адаптивной радиации”.