ПАЛЕОНТОЛОГИЯ

ПРАЩУРЫ ПОД ВОДОЙ. Предки всех позвоночных. Все организмы на Земле — потомки первичных протобионтов

570 миллионов лет назад, с появлением скелетных организмов, кончилась туманная предыстория жизни и началась история, зримая и документальная. Словно вспыхнул свет рампы. Высветились монументальные декорации. Актеры в красочных костюмах повели замысловатый и захватывающий сюжет с превращениями, погонями и батальными сценами.

Тут-то в затихшем зале обычно и раздается громкий шепот любознательного зрителя: «А где же здесь наши?» Ведь должны, обязательно должны во всякой порядочной истории действовать «наши», за кого можно болеть, кому от души хочется сочувствовать и желать победы.

В нашей истории в роли такого любознательного зрителя оказались биологи-дарвинисты, когда в середине прошлого века они приступили к составлению человеческой родословной. И выглядели они чуть ли не простаками: ведь для большинства людей тогда история человечества начиналась, согласно христианской догме, с Адама и Евы, то есть примерно 4–6 тысяч лет до нашей эры.

Потомками Адама и Евы собственно и ограничивался круг «наших». Ведь, согласно библии, все другие существа были сотворены отдельно и независимо. Знаменитый биолог граф Бюффон, правда, попытался расширить этот круг, включив в него и обезьян в качестве «опростившихся» потомков Адама и Евы, но вскоре отказался от своей кощунственной идеи.

Совсем иначе представлялось все это первым эволюционистам и, тем более, нашим современникам. Все живущие и когда-либо жившие на Земле организмы — это потомки первичных существ, протобионтов, появившихся, как мы теперь знаем, около 4 миллиардов лет назад. Общность тончайших биохимических реакций, одинаковое устройство аппаратов наследственности не оставляют в этом сомнений.

Значит, человек имеет право повторить пароль Маугли — «Мы с вами одной крови, вы и я!» — любому из полутора миллионов ныне живущих видов: и вирусу гриппа, и редиске, и скорпиону. Вот только поймут ли они? Услышат ли? Уж слишком далеко разошлись дорожки за четыре миллиарда лет.

 Даже в сказке Киплинга Маугли мог говорить только со зверями, птицами и змеями, а с дикими пчелами ни он, ни даже мудрый Каа общий язык найти не могли. Мир Маугли, его друзья и враги, — это мир позвоночных. От этого племени мы получили в дар красную кровь, крепкие кости, сильные мышцы и большой мозг.

Позвоночных не очень много. Сейчас на Земле их около семидесяти тысяч видов. А это всего 0,5 процента всех видов живых организмов.

Семьдесят тысяч линий тянутся через миллионы веков к общему рыбообразному предку, и среди них есть линия человека. Нам очень важно знать эту линию, и не только из законного любопытства. Изучая ее, мы сможем лучше понять законы эволюционного прогресса, законы преодоления тысяч запретов и ограничений, которые ставила природа на пути к разуму.

Но пройтись вдоль цепочки предков совсем не просто. Мешают десятки пробелов, десятки утерянных или нерасшифрованных страниц в летописи жизни Земли. И самая первая загадка, наивный вопрос: «А где же все-таки наши?», где позвоночные в самом начале фанерозоя?

ПОТЕРЯННЫЕ ПРЕДКИ

Летом 1888 года профессор Петербургского университета Иоганн Рогон совершал геологические экскурсии неподалеку от северной столицы, в окрестностях Павловска. Места эти очень его привлекали. Мало того, что здесь выступают на поверхность древнейшие слои, насыщенные остатками первобытных существ, в них прослеживается граница двух древнейших периодов палеозоя. Для геологов эта граница была беспокойной. Вот уже 50 лет пылал пожар пограничного «кембрийского конфликта», который разожгли два знаменитых англичанина — Мурчисон и Седжвик.

В тридцатых годах XIX века два друга-геолога, составляя карту Уэльса, убедились, что древнейшие слои различаются по остаткам организмов, и выделили два периода, которым присвоили имена древних народов — кембров и силуров. Точнее, кембрий, о котором уже говорилось, выделил Седжвик, а силур, о котором еще пойдет речь, — Мурчисон. Но по вопросу о границе они договориться не смогли и постепенно стали смертельными врагами. Неистовый Мурчисон и армия его сторонников требовали полностью ликвидировать кембрий и объявить силур первым и единственным периодом нижнего палеозоя. Более умеренный Седжвик и его друзья в Англии и Европе посягали только на половину силура.

Поскольку в пламени конфликта горели и научная объективность. и интересы практики, хитроумный соотечественник геологов-соперников Лэпворт предложил выделить спорный отрезок в самостоятельный период, названный тоже по древней народности, некогда населявшей Англию, ордовиком.

Научные основания для этого были. Именно в ту эпоху истории Земли появились и поплыли по всем морям новые существа — граптолиты, странные пузыри, от которых свешивались ветви, усеянные коническими ячейками — домиками. Что за существа образовали эти плавучие колонии, было совсем не ясно. Полагали, что это кишечнополостные, родичи кораллов и гидры.

Как ни странно, но конфликт в Европе угас. Агрессивные мурчинсонисты немедленно присоединили «буферный» период к силуру и успокоились. Сторонники Седжвика тоже были довольны, отхватив небольшой нижний кусочек ордовика в пользу кембрия.

В конце концов, не проиграл и Лэпворт. Ордовик официально признали сначала в Америке, а потом и во всем мире. Эхо этой геологической войны докатилось и до наших дней. Во многих научно-популярных книжках ордовика нет, а сразу за кембрием следует силур.

Вот и невысокий обрыв, где пресловутая граница четко выделяется зловещей черной полосой граптолитовых сланцев. Сотни миллионов лет как окаменели илы зараженного сероводородом моря, а запах чувствуется и сейчас… Пробираясь вдоль склона, Рогон не думал о Мурчисоне и Седжвике. Он вел свою собственную пограничную войну и пришел сюда за трофеями своей уже общепризнанной победы.

Вот этот слой зеленоватого песка, в котором покойный коллега Пандер, действительный член Российской Академии наук, нашел якобы зубы древнейших в мире рыб и столь непростительно ошибся в своем заключении…

Рогон небрежно завернул образцы и уверенным шагом двинулся по тропинке.

Под микроскопом невзрачный песок засиял, как драгоценности Эрмитажа, и Рогон привычно восхитился — зерна глауконита глубокого изумрудного цвета образовали фон, на котором в изысканном беспорядке мерцали и переливались мечи и кривые сабли, выточенные из лунного опала, боевые трезубцы и пилы, навершья шлемов, казалось, отлитые из медового янтаря.

Уверенное движение руки — и весь арсенал сказочных эльфов как бы растворился в одной капле анисового масла. Зато при большом увеличении стало видно внутреннее устройство «клинков». В большом мече, как в матрешке, вложен меч поменьше, а потом еще и еще. «И как только старый Христиан Пандер мог принять это за рыбьи зубы?! — сердился Рогон. — Ведь и тридцать лет назад знали, как растет и как выглядит под микроскопом настоящий зуб. Ведь зуб живой. Он только кажется кристаллическим монолитом. Из пульпы, где пульсируют кровеносные сосуды, почти до поверхности тянется тончайшая щетинка клеточных отростков. Их видно в любом зубе: в зубе акулы, крокодила или человека. Но их нет в пандеровских зубах — конодонтах. Следовательно, нет и не было позвоночных на границе кембрия. Они появились позднее — в конце силура. Там находили остатки рыб и сам Пандер и другие палеонтологи… А похожие на драгоценности конодонты — всего лишь челюсти ничтожных червей, полихет. Он, Рогон, первым понял и доказал это всему миру. Сам знаменитый Циттель, автор многотомного руководства — настольной книги всех искателей окаменелостей, счел за честь быть младшим соавтором в их общей работе».

Еще проба. Еще капля масла… Но два особо крупных, миллиметра по два, конодонта остались мутными, и под микроскопом проступила паутина дентиновых каналов. Рогон протер глаза и откинулся на спинку жесткого кресла. В конце концов он ждал этого.

Пандер не нашел, а он нашел позвоночных. И если прав Дарвин, на стекле лежат остатки предков птиц и ящеров, предки рыб и лягушек, предки львов и китов и самого Дарвина — все в одном лице. Нет, впрочем, в двух: зубы не похожи. Итак, он, Иоганн Рогон, не только разгадал тайну конодонтов. Отныне, думал он, ему принадлежит честь открытия первых позвоночных.

Теперь, девяносто лет спустя, мы знаем, что на предметном стекле под микроскопом лежали по крайней мере три тайны: тайна зубов, тайна конодонтов и тайна зеленого песка. А раскрытой на сегодняшний день оказывалась лишь третья, о которой сам Рогон, кстати, и не догадывался.

Вот эта тайна. Там, где накатывают на песок зеленые морские волны, рождаются такие же прозрачно-зеленые зерна минерала глауконита. В его состав входит радиоактивный изотоп калия. Волны и века надежно укрывают новорожденный минерал слоями осадков, и год за годом накапливаются в нем частицы радиогенного аргона. В наши дни по соотношению калий — аргон можно определить точное время рождения минерала и время, когда море выбросило на песок иглы конодонтов и находку Рогона. Это случилось ровно 500 миллионов лет назад.

Но мы не знаем, что же именно нашел Рогон. И мы не знаем еще, что же все-таки такое конодонты. Никто не смог повторить находку Рогона, а два зубика-пылинки бесследно унесены вихрем мировых войн и, возможно, навсегда. От двух предков, без затей нареченных «арходус» и «палеодус», что значит «древнезуб» и «старозуб», остались только рисунки Рогона, кочующие по страницам учебников и монографий.

ОБЛИК ПРАЩУРА

Но можно попытаться воссоздать облик всеобщего предка позвоночных и без помощи палеонтологии. Он, конечно же, дышал жабрами. Еще в начале прошлого века открыли, что у зародышей птиц и млекопитающих развиваются жаберные щели. Тогда это произвело сенсацию, но было истолковано как еще одно доказательство мудрого и единого плана творения. Истина стала понятной только после работ Дарвина. Жабры зародышей — наследие рыбообразных предков. А главное, стало понятно, что микроскоп, под которым изучают развитие эмбрионов, может служить иллюминатором в прошлое. Упрощая существо дела, можно сказать, что каждый многоклеточный организм, развиваясь, снова как бы проходит по цепочке превращений своих предков. От облика докембрийской клетки, праматери, до облика непосредственных родителей.

Немало тайн раскрыли эмбриологи на этом пути, восстанавливая историю и родственные связи животных, от которых в летописи Земли порой не осталось никаких следов. Но дело это далеко не простое. Живая природа вовсе не стремилась оставить ученым кинохронику своей истории. То, что мы обычно видим, больше похоже на кадры предшествующих событий перед началом последней серии телевизионного фильма. Но и это сравнение неточно. Скорее можно сказать, что развитие зародыша идет по программе, в которой зафиксированы наиболее существенные для развития этапы и операции. По этим относительно устойчивым вехам мы судим и о прошлом. Конечно, не всегда. К примеру, личинка водяного жука или комара вовсе не похожа на предков, которые были нормальными сухопутными насекомыми.

Используется и еще один метод восстановления предка по морфологическому ряду. Допустим, перед нами лягушка, ящерица и мышь. Очевидно, все общие черты их строения унаследованы от предка: четыре конечности, костный череп, пара глаз, сердце и так далее. А специальные черты, такие как. теплокровность мыши, длинные задние ноги лягушки, приобретены независимо.

Логично предположить, что предок вряд ли мог быть по устройству сложнее, чем самый низкоорганизованный представитель ряда, то есть — лягушка. Следовательно, у него была водная личинка и трехкамерное сердце.

Ну а хвост, которого у лягушек нет? Поскольку он есть у головастика, он должен быть и у предка. Заодно придется прибавить предку несколько позвонков, ребра, которые у лягушек недоразвиты, и многое другое.

Путем таких операций можно составить более или менее приемлемую схему праземноводного.

Маленький полупрозрачный ланцетник — словно оживший эскиз прототипа всех позвоночных: есть упругая ось хорды (1), над которой расположена нервная трубка (2), а ниже нее — пищеварительная система с глоткой (3), пронизанной жаберными щелями (4). Все это — в обтекаемом «чехле» из мускулатуры и гладкой кожи (5). Животные, подобные ланцетнику, появились более полумиллиарда лет назад.

Вот как выглядит одна из таких схем, полученная путем извлечения и суммирования черт всех ныне живущих позвоночных и их личинок. Веретеновидное, как ракета, тело. Три полупрозрачных гребня-стабилизатора. Один вдоль спины, два — горизонтально по бокам вдоль брюха. Сзади стреловидный хвост. Спереди круглое отверстие рта, окаймленное венчиком щупалец. Два крохотных глаза. За ними на боках длинный ряд пульсирующих щелей — жабры.

Внутри все скомпоновано просто, но надежно и экономично. От головы до хвоста протянулась упругая скелетная ось — хорда. К ней через хрящевые дужки — будущие позвонки — подключена батарея мышечных сегментов. Включится батарея — пробежит по телу волна изгибания, и животное движется вперед сквозь толщу воды.

Под хордой широкая прямая трубка кишечника — замечательная система питания живой машины, извлекающая горючее и окислитель прямо из воды. Делается это так: прямо к переднему концу трубки, иначе назовем его глоткой, справа и слева подсоединено по тринадцать мускулистых жаберных мешков. Как резиновые груши пульверизатора, они выкачивают воду из глотки и с силой выталкивают ее через жаберные щели, попутно поглощая растворенный кислород. А по желобу на дне глотки, никогда не останавливаясь, движется в кишечник поток слизи, к которому немедленно прилипает все съедобное: мельчайшие водоросли, инфузории, частицы ила. Но самое главное расположено над хордой. Это система управления — мозг. Его задняя часть похожа на простой шнур, от которого к нижнему правому и левому сегменту мышечной батареи отходят провода — нервы. Они не только дают сигнал к действию, но и проверяют его исполнение. О переднем же отделе — сложнейшем устройстве, соединенном с анализаторами электромагнитных волн, химическими датчиками, устройствами для приема звуковых колебаний и измерителями скорости потока, до сих пор могут только мечтать конструкторы космических кораблей и сверхзвуковых лайнеров. Мозг есть мозг. Даже самый простой, предковый.

Вот примерно такого прапредка всех позвоночных «сконструировал» шестьдесят лет тому назад знаменитый русский морфолог Алексей Николаевич Северцов.

Те же из вас, кто хорошо знает зоологию, наверное, заметили, что предок очень похож на обыкновенную миногу. Сработал принцип — предок похож на самого простого из современных позвоночных. Минога же действительно наипростейшее существо среди позвоночных. Оно состоит почти из сплошных «нет». Нет зубов и даже челюстей. Нет ни единой косточки. Нет парных плавников, и так далее.

Северцовская модель еще проще миноги. Но до чего же она сложна! Речь идет не о чудесных биохимических механизмах и даже не об изящных инженерных решениях, а только о том, насколько похоже на нас с вами это ничтожное беззубое существо, с его крохотными глазками, простеньким мозгом и бескостным позвоночником.

Когда природа сделала больший скачок? Когда внезапно повернула от шимпанзе к человеку? Или полмиллиарда лет назад, сотворив существо, казалось бы до скончания веков обреченное глотать собственную слюну и быть добычей всех, кто умеет ловить и кусать? Морфолог без колебаний укажет на второй случай. Ведь пропасть между человеком и обезьяной вырыта мощью человеческого разума, а сами предпосылки этого скачка были заложены еще тогда, когда 500 миллионов лет назад появилась модель, способная не только к почти безграничному увеличению размеров, но и к непрерывному усовершенствованию без существенной перестройки основной схемы.

Итак, предок был мал, беспомощен, но перспективен. Однако был ли он именно таким, каким нарисовал его академик Северцов? Сам Алексей Николаевич, безгранично веривший в методы сравнительной морфологии, счел бы такой вопрос кощунством. Но мир, по крайней мере мир науки, как всегда, ждал реального подтверждения теоретически построенной модели.