Причуды эволюции

Александр Дементьев

Причуды эволюции

© Дементьев А.А., текст, 2024

© Издательство АСТ, 2024

* * *

Выживает сильнейший!

Под таким лозунгом мы привыкли воспринимать эволюцию. Но это далеко не всегда так. Самые сильные и злые монстры нашей планеты – мегалодон и медведесобака – исчезли, проиграв эволюционную гонку. У животных есть масса самых оригинальных способов выжить в борьбе за существование. Животный мир постоянно меняется. Представьте, когда-то киты были четвероногими хищниками и бегали по земле!

Глава I. Необычные и таинственные экосистемы планеты

В привычных нам условиях с эволюцией все более или менее понятно. Растения развиваются, насколько это позволяет им запас питания, который состоит из солнечных лучей, углекислого газа, воды и минеральных веществ. В зависимости от того, насколько бурная растительность, начинают процветать травоядные. Затем появляются хищники, и травоядным, чтобы выжить, нужно адаптироваться. Быстрее бегать, уметь обороняться – кусая, бодаясь и т. д.

На нашей планете есть странные и, казалось бы, совсем не предназначенные для жизни уголки. Но даже там существует жизнь! Или экосистемы, которые оказались отрезаны от материков, где жизнь развивалась по собственным сценариям. Вот о таких таинственных областях и пойдет речь в первой части. И начнем мы, пожалуй, с самого жуткого места на нашей планете. Оно совершенно не предназначено для жизни, между тем эта самая жизнь там кипит, принимая весьма причудливые формы.

Пещера Мовиле

В Румынии есть уникальное место – пещера Мовиле. Мовиле – самая изолированная экосистема в мире, и ученые только начинают раскрывать ее секреты. Образовалась она более 5 миллионов лет назад. Обнаружили ее случайно в 80-х годах XX века. Пещера выглядит как декорации для съемок голливудского фильма ужасов. Она напичкана насекомыми, пиявками, скорпионами, пауками. Причем эволюция в таких условиях сделала их внешне еще более жуткими. Но до этого мы еще доберемся.

Пещера исследована пока не досконально, ученые только недавно смогли описать 48 видов местных животных. Пять с половиной миллионов лет назад известняк начал засыпать вход в пещеру, отделив ее от поверхности. Пятьсот тысяч лет назад этот процесс окончательно завершился, и пещера потеряла какой-либо контакт с внешней средой. Попасть в пещеру и проводить здесь исследования не так просто. Власти Румынии контролируют вход и пускают далеко не всех. Тут очень трепетно относятся к природному памятнику и понимают, что можно ненароком нарушить хрупкий экологический баланс. Разрешение выдали всего 30 ученым. Но получить разрешение – самое простое, дальше сложнее.

Во-первых, чтобы попасть в пещеру, нужно не только быть ученым, но и обладать специальной подготовкой. По крайней мере, навыками дайвинга и альпинизма. Сначала нужно спуститься по узкой 20-метровой шахте, затем пройти через узкие известняковые туннели. Только после этого вы окажетесь в главной пещере. Во-вторых, тут очень плохой, можно сказать, ядовитый для человека воздух. Поэтому исследовать пещеру можно только со спецоборудованием.

Уровень кислорода около 10 %, по сравнению с 21 % на поверхности. А вот концентрация газа доходит до 3,5 %. Это в 120 раз больше, чем в привычном нам воздухе! Но и это еще не все. Тут в 10 тысяч раз превышена концентрация метана, сероводорода и аммиака. И чем глубже погружаешься в пещеру, тем хуже воздух и тем выше концентрация насекомых. Большинство местных существ живут и эволюционируют более пяти миллионов лет. Как изменились местные насекомые? Они приспособились к полной темноте, лишились глаз и цветной окраски. При этом отрастили длинные конечности и усики-антенны, чтобы полагаться на осязание.

Логичный вопрос – а чем же питаются все эти монстры? Многие из них хищники, но должен же быть кто-то внизу пищевой цепочки, с кого все начинается.

На поверхности много растительной пищи. Здесь же эту роль играют хемосинтезирующие бактерии – основа местной жизни. Эти бактерии используют для питания углекислый газ и метан, добывая из них углерод. И способны питаться железом и сероводородом. Бактериями питаются грибы, облюбовавшие стены пещеры, и совсем крошечные насекомые. А ими уже лакомятся, в свою очередь, более крупные. И так – до верха пищевой цепочки, где царят скорпионы.

Экосистема этой пещеры уникальна и очень важна для науки. Во-первых, тут мы можем понять, как развивалась жизнь, когда Земля была молодой. Местный микроклимат с высокой температурой, токсичным воздухом и слабым освещением очень напоминает условия на нашей планете миллиарды лет назад.

Второй важный аспект – те самые хемосинтезирующие бактерии. Их можно использовать в борьбе с глобальным потеплением. Ведь парниковый эффект создают именно углекислый газ и метан. А эти газы – питательная среда бактерий. К тому же подобные формы жизни могут существовать и на других планетах, где преобладающим газом в атмосфере является сероводород или метан.

Затерянный мир. Новая Каледония – остров, который был изолирован со времен динозавров

Еще один удивительный мир, изолированный на много-много лет. Но он кардинально отличается от предыдущего. Если пещеру Мовиле можно метафорически назвать адом, то здесь – настоящий рай!

Новая Каледония – остров в Тихом океане, который был изолирован с мелового периода. Здесь идеальный климат, текут полноводные реки и много плодородной красноземной почвы. Новая Каледония – часть затопленного седьмого континента. Она откололась от древнего суперконтинента Гондвана. Ее география ничуть не менее уникальна, чем ее природа. Дело в том, что Новая Каледония – северная часть континента Зеландия. Этот континент сейчас на 93 % затоплен водой. Когда-то Зеландия была частью Антарктиды, но откололась более 85 миллионов лет назад.

Главные материковые островки затопленной Зеландии – Новая Каледония на севере и Новая Зеландия в центре. Новая Зеландия, по сути, является горным мысом этого континента. Сможет ли Зеландия когда-либо снова выйти на поверхность, зависит от климата. В ближайшем будущем – точно нет, ведь из-за повышения температуры на Земле воды становится только больше. Возможно, в будущем, когда потепление сменится на похолодание (а эти климатические периоды регулярно сменяются в истории планеты), Зеландия снова станет сухопутной.

Природу здесь никто не трогал со времен динозавров, поэтому мы можем увидеть флору практически в первозданном виде, какой она была десятки миллионов лет назад. На материках флора того периода вымерла, уступив место более эффективным и агрессивным видам растений. А здесь прекрасно сохранилась. Семьдесят процентов растений Новой Каледонии не встречаются больше нигде. Новая Каледония по площади чуть больше, чем Калининградская область. И в два раза меньше Московской области. При этом остров является домом для четырех с половиной тысяч видов растений.

Главное достояние местной флоры – араукарии. Это хвойные деревья, которые вырастают до 90 метров в высоту. Их характерная особенность – плоская хвоя. Это сосны-пики.

Араукарии – это древнее семейство хвойных деревьев, восходящее к истокам юрского периода. Во времена динозавров араукарии доминировали во флоре. Это были первые деревья в истории планеты, которые преодолели планку 60 метров в высоту. Именно араукарии – причина того, что брахиозавр был таким гигантом. Это было нужно, чтобы дотянуться до питательной хвои!

В дальнейшем араукарии уступили в конкуренции более продвинутым видам деревьев. Они встречаются в Австралии и Чили, но в Новой Каледонии их концентрация особенно велика. На острове растут несколько уникальных видов араукарий. Из 19 оставшихся во всем мире видов 18 растут в Новой Каледонии. Хвойные здесь легко обживают даже самые сложные ландшафты. У туристов популярны подобные места, где заросшие одинокие камни и пики торчат посреди океана.

Еще одно уникальное растение, которое растет в Новой Каледонии, – Parasitaxus ustus. Это единственный в мире паразит среди хвойных. Это маленькое – высотой до 25 см – сильно ветвящееся хвойное растение. Паразитирует на местных хвойных кустарниках. Довольно красивое растение с яркой окраской стебелька и листьев. У него нет корней, и оно не осуществляет фотосинтез (отсюда его «инопланетная» пурпурно-черная окраска). Здесь же растет самый гигантский папоротник в мире. Как вы наверняка помните из школьного курса биологии, во времена динозавров кроме хвойных были очень распространены папоротники. В наших лесах они сейчас занимают скромную нишу. Sphaeropteris intermedia – это самый большой папоротник в мире. Его древесный ствол вырастает до 30 метров. Внешне его можно принять за пальму.

Фауна Новой Каледонии тоже уникальная и древняя. Но, увы, гигантские динозавры до нас не дожили. Слишком маленькая площадь для крупной фауны. Однако и здесь есть интересные персонажи. Например, новокаледонская ворона – одна из самых умных птиц в мире. Местные вороны изготавливают довольно сложные инструменты из папоротников, перьев, травы и веток. Они используют эти инструменты, чтобы добыть насекомых, спрятавшихся в коре деревьев. Вороны аккуратно обрезают орудия до нужного размера.

Мадагаскар – место, где природа проводит эксперименты

Среди нас Мадагаскар ассоциируется с чем-то теплым и праздничным, чему в немалой степени поспособствовала серия популярных мультфильмов. На самом деле место это очень непростое для развития фауны. И здесь в разные эпохи появлялись крайне оригинальные существа, подобных которым не было за пределами острова. Традиция продолжается до сих пор.

Лягушка – убийца динозавров

В древности на Мадагаскаре жили лягушки-гиганты, которые ели динозавров. Американские ученые изучили останки мегалягушки и пришли к выводу, что у нее были настолько мощные челюсти, что она могла победить и съесть небольшого динозавра. Оказалось, что сила челюстей гигантской лягушки такая же, как у современного тигра. Конечно, с тираннозавром она бы тягаться не смогла, но его детеныша загрызть сумела бы.

Лягушку, которая охотилась на небольших динозавров, зовут Beelzebufo ampinga («дьявольская лягушка»). Она обитала на Мадагаскаре 65 миллионов лет назад. Ее длина превышала 40 сантиметров, а вес достигал 5 килограммов. Лягушка обладала мощным телосложением, короткими ножками и очень широким ртом с сильными челюстями. На голове у лягушки были рога. Кстати, у «дьявольской лягушки» есть и современные родственники – это лягушки-рогатки, обитающие в Южной Америке.

Сила укуса у древней гигантской лягушки составляла 220 килограммов; для сравнения: у людей сила укуса в среднем составляет 50 килограммов. А рекордсменом по силе укуса является тираннозавр – он кусал с силой 3,6 тонны.

По мнению ученых, лягушка была очень агрессивной, атаковала из засады. И питалась небольшими динозаврами, детенышами динозавров и млекопитающими. Эта гигантская лягушка-монстр вымерла вместе с динозаврами. И, пожалуй, это к лучшему. Вдруг бы еще пересекла океан – у Мадагаскара он не такой глубокий – и захватила Африку и Европу!

Птицы-слоны

Помните сказочную птицу Рух? Ту самую, из сказок, что могла унести в когтях слона. У нее был реальный прототип, который назывался – парадокс! – птица-слон. Это крупная птица, которая вошла в арабские легенды. Но до наших дней птица-слон дожила только в фольклоре – в живой природе ее в XVII веке уничтожил человек.

Птица-слон была поистине исполинских размеров: она вырастала до 3–4 метров, а весила 400 килограммов! А птица-рекордсмен весила свыше 640 килограммов. Для сравнения: лев весит в среднем всего 150–200 килограммов.

Яйца эпиорниса достигали в длину 32 сантиметра, а в объеме – 9 литров. Они были в 150 раз больше, чем обычное куриное яйцо. Кстати, яйца этих птиц до сих пор находят на Мадагаскаре, но, к сожалению, из них уже никто не вылупится. У эпиорнисов было плохое зрение, но прекрасное обоняние. Значительные габариты, видимо, также помогали отпугивать других хищников. Птицы-слоны вели в основном ночной образ жизни.

Откуда берутся животные-гиганты

Почему же птицы смогли вырасти до таких размеров? Этому есть научное объяснение, имя которому – островной гигантизм. Из-за мутаций в гипофизе особь вырастает крупнее своих предшественников. Это происходит из-за гормона роста, который с возрастом животного перестает выбрасываться в кровь в огромных количествах, и рост прекращается.

На материке, когда вокруг много врагов, такие особи часто становятся неповоротливыми и не оставляют потомства. А если и оставляют, то этот ген трудно закрепляется, ведь он скорее мешает выживанию. Но на островах многие травоядные – грызуны и птицы – в целом крупнее своих материковых собратьев. Интересно, что ближе всего по ДНК к эпиорнисам птица киви, которая, наоборот, не может похвастать большими размерами.

Операция «Зачистка»

Первые эпиорнисы появились на нашей планете 2,5 миллиона лет назад. Они выросли в уникальном микроклимате Мадагаскара, где у них не было естественных врагов. До тех пор, пока на острове не появились люди.

Большую часть птиц уничтожили поселенцы из Африки, которые перебрались на Мадагаскар примерно 1300 лет назад. Они использовали разрушительную тактику освоения острова. Чтобы расчистить земли для пастбищ, сжигали целые леса. Всего на Мадагаскаре было уничтожено до 90 % лесов. Из-за этого исчезли не только уникальные растения, но и многие животные, которые лишились дома и пищи. На Мадагаскаре исчезли бегемоты и крупные лемуры. Но самая большая потеря – птица-слон, которой больше нет нигде в мире.

Довершила дело любовь поселенцев к яичнице. Всего одно яйцо эпиорниса могло накормить целую семью. Самих птиц они не трогали – эпиорнисы очень опасные противники даже для людей, вооруженных копьями.

Отдельные особи птиц-слонов дожили до XVII века, но их окончательно уничтожила новая волна поселенцев. С ружьями они уже не боялись охотиться на крупную дичь. Ну а те немногие птицы, что спрятались в дебрях, оставить жизнеспособное потомство уже не смогли.

Фосса – дикая кошка с Мадагаскара

А вот так в наши дни выглядит главный хищник Мадагаскара. Вырастает в длину до 80 сантиметров. И еще 65 сантиметров приходится на хвост. Весит до 12 килограммов.

Эти зверьки универсальны – охотятся как в лесу, так и в саваннах. Могут, прыгая с ветки на ветку, перемещаться на большие расстояния. Фосса – единственный современный представитель рода Cryptoprocta. Входит в состав подотряда кошкообразные. На кошек похожи, но отличаются от них рядом физиологических особенностей. Самый близкий родственник фоссы не кошка, а мангуст. Ученые считают, что именно от мангустов и пошли фоссы. Древние мангусты переплыли с континента на Мадагаскар и здесь развились в отдельный вид.

«Сумасшедший зверь»

Несколько лет назад ученые открыли странное животное, которое жило на Мадагаскаре при динозаврах. Это новый вид древнего млекопитающего. Его прозвали «сумасшедший зверь».

Островные флора и фауна всегда привлекают ученых. Ведь здесь эволюция подчас ведет себя странно. За миллионы лет могут появиться новые виды, которые кардинально отличаются от своих материковых собратьев.

Вид назвали Adalatherium. Это слово происходит от малагасийского adala («сумасшедший, безумный») и древнегреческого θήριον («зверь») и означает «сумасшедший зверь». Скелет животного хорошо сохранился, поэтому ученым из Университета Стоуни-Брук (США) удалось его реконструировать. Эволюция этого животного пошла по особому пути, поэтому у него есть ряд необычных признаков. Скелет животного ученые называют не иначе как «диковинным». Новый зверь не превышал размером 50 сантиметров, то есть был меньше кошки. Но он был намного крупнее всех млекопитающих того времени. Доисторические млекопитающие по размерам не превосходили современную мышь.

У него гораздо больше отверстий на морде. Ученые полагают, что у него было много усов и очень чувствительная мордочка. И особое отдельное отверстие на вершине рыла. Ученые разводят руками – они не смогли провести никаких параллелей ни с одним из известных млекопитающих, как живых, так и вымерших. Из других особенностей – одна нога у него странно изогнута (и это не механическое повреждение), и у него больше позвонков, чем у любого другого млекопитающего.

Сперва ученые думали, что этот зверь – родственник современных ленивцев. Но, изучив детальнее, поняли, что это отдельный вид. Скорее всего, древний зверь был «роющим» и добывал в земле корешки и личинок.

«Эти звери были частью большого эволюционного эксперимента, выполнившего свою задачу. Эксперимента, который потерпел неудачу. Вид вымер 45 миллионов лет назад», – говорит один из участников исследования, куратор Денверского музея природы и науки Дэвид Краузе.

Нанохамелеон

Открыли его совсем недавно. Потому что он маленький и незаметный! По-научному этого хамелеона называют Brookesia nana. Но ученые прозвали его нанохамелеоном из-за его небольшого размера. Это самый маленький вид рептилий в мире. Потому его, видимо, никак и не могли обнаружить. Нанохамелеоны вырастают в длину до 3 сантиметров.

Судя по всему, этот малыш скоро вымрет, если ему не помочь. Дело в том, что нанохамелеон – лесной житель, предпочитает лесную подстилку. А леса на Мадагаскаре стремительно вырубают, сокращая его среду обитания.

Глава II. Эволюция широкими мазками

В этой небольшой главе мы поговорим о том, как устроена современная теория эволюции. И посмотрим, с чего же миллиарды лет назад начала свой эволюционный путь древняя фауна. Какими были первые организмы, которые дали начало всему биологическому царству животных?

Дарвин устарел! А что вместо него?

Наука сильна тем, что непрерывно развивается. Прежние теории, считавшиеся незыблемыми, подвергаются переоценке. Главное, что может заставить научную теорию покинуть пьедестал, – появление новых фактов, которые данные теория не объясняет.

Законы Ньютона, которые мы все изучали в школе, прекрасно описывали окружающий нас мир много лет. Но новые открытия в сфере космоса и мира микрочастиц дали ученым понять, что ньютоновская механика не способна объяснить эти явления.

Что же произошло с законами Ньютона? Ведь они, строго говоря, неверны, и микрочастицы, а также гигантские объекты вроде черных дыр, им не подчиняются. Законы Ньютона просто стали частным случаем. Они прекрасно описывают явления на уровне так называемого макромира – то есть объектов от скоплений молекул до планет. Примерно так и работает каждая научная теория. Подобная история происходит и с теорией естественного отбора Дарвина в наши дни. Эволюция в живом мире – это неоспоримый факт, который никто не подвергает сомнению. Вопрос касается лишь нюансов – что выступает движущей силой тех или иных изменений. В дарвинизме основных факторов четыре.

Естественный отбор. Ключевой фактор по Дарвину. Особи отбираются по признакам, максимально благоприятным для выживания. Небольшие наследственные изменения накапливаются из поколения в поколение. А признаки, мешающие выживанию, со временем исчезают.

Борьба за существование. Борьба с целью выжить и оставить потомство. Это может быть борьба с другими видами за экологическую нишу. Борьба внутри самого вида за место под солнцем и борьба с негативной окружающей средой.

Наследственная изменчивость. Появление и накопление мутаций, которые впоследствии могут появиться у потомства. Причем нельзя предугадать, у какого поколения они проявятся.

Изоляция. Когда популяция оказывается в изоляции – например, при переходе через горы без возможности вернуться обратно, – она начинает эволюционировать сама, отдельно от собратьев.

Действительно, как показали многочисленные исследования, естественный отбор – единственная известная причина, почему адаптации закрепляются. Но существует много эволюционных факторов, никак не связанных с адаптацией.

Интересный факт

«Это всего лишь теория!» – любят говорить некоторые про теорию эволюции. Но теория в науке – это не «всего лишь».

Теория в науке – это объяснение какой-то обширной части или механизма природы, – экспериментально или по наблюдениям доказанное и научно признанное.

Путаницу вносят часто и сами ученые. Ведь, строго говоря, теория струн – это не совсем теория, а гипотеза. Ведь научно подтвердить теоретические выкладки не удалось. Как и «теорию Большого взрыва». Так назвали сериал, хотя сами ученые считают Большой взрыв гипотезой.

А вот теория относительности – именно теория, потому что ее теоретические выкладки удалось подтвердить наблюдениями. Это же касается и теории эволюции.

Сейчас науке известно еще много неадаптивных причин, приводящих к эволюции. Это, например, генетический дрейф, мутации. Или, например, поток генов, когда идет перенос аллелей генов из одной популяции в другую.

Изучением подобных причин занимается синтетическая теория эволюции, которая включает в себя также данные генетики, палеонтологии и других дисциплин, которые были недостаточно развиты во времена создания Дарвином его теории естественного отбора. Это не значит, что Дарвин был не прав. Просто его теория естественного отбора – лишь частный случай более глобальной эволюционной теории. По сути, синтетическая теория эволюции просто взяла за основу естественный отбор Дарвина и добавила все новые факторы, которые были открыты позднее. Так мы получили полную картину развития живой природы.

Итак, все живое на Земле непрерывно эволюционирует. И за миллиарды лет из простейших организмов появились мы с вами. И прежде чем перейти к изучению более сложных форм жизни, давайте посмотрим, с чего в принципе начиналось все живое на нашей планете.

«Трехмерные коврики для ванны». Как выглядели первые в мире животные

Как вы думаете, какие из самых ранних окаменелостей были найдены на нашей планете? Ранние формы жизни были простейшими. Однако одинокие бактерии заметных следов не оставили. Жизнь на Земле зародилась как минимум 3,7 миллиарда лет назад. Но потребовалось очень много времени, чтобы она достигла развитой многоклеточной стадии. И стала оставлять заметные следы.

Самые первые многоклеточные отпечатки оставлены 2,1 миллиарда лет назад. Называются они Grypania spiralis. Эти гигантские по меркам бактерий (1 сантиметр) организмы, скорее всего, представляли собой колонии бактерий.

Следующим заметным этапом в развитии фауны стала так называемая эдиакарская биота. Впервые появилась она 665 миллионов лет назад. Но стала активно развиваться 635 миллионов лет назад, когда Земля оттаяла после глобального оледенения. Тогда льдом был покрыт даже экватор.

Любопытно, что вся фауна того периода оставила окаменелые отпечатки даже обычными мягкими тканями – падальщиков не существовало, и организмы разлагались медленно под воздействием микробов. Эти окаменелости отвечают на вопрос, когда появились и какими были первые «сложные» животные. Эти морские существа называются дикинсонии. Они появились 560 миллионов лет назад. Большинство в длину были от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Самые крупные достигали 1,4 метра в длину. Довольно тонкие – максимальная толщина 1 сантиметр.

Самые хорошо сохранившиеся следы дикинсонии найдены на побережье Белого моря и в Австралии. Скелета у них не было – дикинсонии состояли из мягких тканей, как современные медузы. Но они были жестче медуз – у них был гидроскелет, в волокнах которого жидкость находилась под давлением большим, чем у окружающей среды.

Дикинсонии были одиночками и не взаимодействовали друг с другом. Все окаменелости найдены отдельно друг от друга; как описывают находки ученые, вокруг каждого существа была «полоса отчуждения». Найденные близко друг от друга окаменелости оказались деформированы, чтобы не нарушить «личное пространство». Сначала их хотели отнести к отдельной категории организмов, были попытки назвать их грибами, но в 2018 году по следам специфических белков дикинсонии причислили к царству животных. Еще у них была интересная особенность, сильно отличающая дикинсонии от современных животных. Рост этих организмов был изометрическим. То есть росли они равномерно во все стороны, сохраняя пропорции. У современной животной пропорции тела у детенышей и взрослых сильно отличаются. Однако биологи Калифорнийского университета все же нашли у дикинсонии механизмы, которые есть и у современного человека! «Дикинсонии выглядели как трехмерные коврики для ванной на морском дне», – говорит одна из авторов исследования Мэри Дрозер.