Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

Эта находка стала знаменитой. Саве-Сёдерберг тоже стал бы знаменит, но он, к несчастью, скончался от туберкулеза, не дожив и до тридцати лет.

Историю Саве-Сёдерберга пересказал его коллега и друг Эрик Ярвик. Ярвик, участвовавший в первых экспедициях, включил краткое описание гренландских экспедиций в свою объемистую монографию об ихтиостеге – одном из первых тетрапод девонского периода: Е. Jarvik, “The Devonian Tetrapod Ichthyostega”, Fossils and Strata 40 (1996): 1-212. Карл Циммер в книге Fish with Fingers, Whales with Legs, New York: Atria, 1999, в доступной форме рассказал о Саве-Сёдерберге, Ярвике и об истории этого направления исследований в целом.

Через 50 лет после Саве-Сёдерберга моя коллега Дженни Кларк из Кембриджского университета вновь посетила формацию Цельсия-Бьёрга и другие места, где он работал, чтобы посмотреть на них новым взглядом. Ее группа палеонтологов в деталях изучила открытия Саве-Сёдерберга и его заметки. Они поставили перед собой задачу найти недостающие части скелетов, которые он не собрал. Несмотря на всеобщий энтузиазм по поводу этих окаменелостей, о конечностях тех древних животных почти ничего не было известно. Кларк вознамерилась исправить ситуацию, покопавшись в камнях. Хорошая команда, удачная погода и уверенность в том, что камни таят в себе надежду, позволили ей вернуться назад с кладом окаменелостей. И в этих окаменелостях были хорошо сохранившиеся кости конечностей.

Эти конечности строились по классической схеме “одна кость, две кости, мелкие кости, пальцы”, как в скелетах всех живых существ с конечностями, будь то млекопитающие, птицы, земноводные или пресмыкающиеся (см. с. 140-141). Неожиданным оказалось строение кистей и стоп. У этих животных на передних и задних конечностях было более пяти пальцев – целых восемь. Из-за дополнительных пальцев конечности были площе и шире. Все признаки конечностей – от их пропорций до следов мышц на отдельных костях – говорили о том, что животные пользовались ими как веслами, для перемещения в воде. Эти конечности были больше похожи на плавники, чем на руки.

Какое отношение это имеет к словам Дарвина? Первые животные, имевшие конечности с пальцами, использовали их не для передвижения по суше, а для плавания в воде или для маневрирования в мелких болотах и ручьях. Как и в отношении легких, поначалу это великое изобретение сухопутных существ применялось не для жизни на суше, а для освоения новых функций в водной среде. В какой-то момент появляется новый орган, и с его переназначением для решения новых задач происходит революция – переход к жизни в другой среде.

Авторитетная работа Кларк Gaining Ground: The Origin and Evolution of Tetrapods, Bloomington: Indiana University Press, 2012, – результат длительных исследований происхождения четвероногих животных человеком, который вывел эту область биологии на современный уровень. В ее книге сочетаются наука и история исследований, а также описывается ее большой личный вклад в изучение гренландских гор девонского периода.

Легкие, руки, локти и запястья как современных, так и давно вымерших животных впервые появились у водных существ. Революционный переход от жизни в воде к жизни на суше не был связан с какими-то новыми изобретениями. Он был связан с переделкой изобретений, появившихся на миллионы лет раньше.

Если бы история была единым путем изменений, где каждый шаг неизбежно ведет к следующему, каждый раз с постепенным улучшением какой-то одной функции, значительные изменения были бы невозможны. Для каждого важного перехода пришлось бы ждать не одного изобретения, а целой кипы одновременно зарегистрированных патентов. Но если изобретения уже сделаны и служат для какой-то функции, их перепрофилирование открывает путь для новых изменений. Сила двух дарвиновских слов как раз и заключается в умении подметить эту способность к изменениям.

Если мы знаем, что древние существа жили в воде, имея легкие и кости рук, запястий и даже пальцев, наш вопрос о заселении суши рыбами звучит иначе. Мы уже не спрашиваем, как эволюционировали существа, способные передвигаться по земле. Мы спрашиваем, почему этот переход не произошел раньше в истории нашей планеты.

Ответ опять кроется в камнях. На протяжении миллиардов лет во всех камнях на планете Земля не было одного элемента. В камнях возрастом от четырех миллиардов до 400 миллионов лет остались следы огромных океанов и более мелких морей, а также могучих рек, способных сдвигать булыжники и каменные глыбы. Но, что важно, в этих камнях нет следов присутствия наземных растений.

Представьте себе мир без растений на суше. Когда растения умирают, они разлагаются и образуют почву. Корни растений удерживают почву. Каменный мир без почвы – бесплодная пустыня. Кроме того, на такой суше животным нечего было есть.

Как показывают окаменелости, наземные растения впервые появились около 400 миллионов лет назад, и вскоре после этого возникли существа, напоминающие насекомых. Заселение суши растениями создало совершенно новый мир, в котором могли процветать разные букашки. Иногда на листьях ископаемых растений видны следы повреждений, которые говорят о том, что эти первые букашки их ели. С появлением растений появляются и продукты их разложения, поскольку растения умирают и гниют. В образующейся почве формировались мелкие ручьи и пруды, становившиеся домом для рыб и земноводных.

Рыбы с легкими очутились на суше только 375 миллионов лет назад потому, что до этого суша была для них негостеприимным местом. Появление растений и вслед за ними насекомых все изменило; теперь эти экосистемы были пригодны для жизни любых рыб, которые могли какое-то недолгое время проводить на суше. И только с образованием новой среды наши древние предки-рыбы смогли сделать свои первые шаги, используя органы, появившиеся еще в период их пребывания в воде. Выбор времени решает все.

Недавние геологические исследования показали, как растения изменили мир, в частности, как заселение суши растениями изменило состояние водных потоков девонского периода. Растения с корнями удерживали почву и способствовали формированию устойчивых берегов неглубоких потоков. Для более углубленного изучения советую статью: М. R. Gibling, N. S. Davies, “Palaeozoic Landscapes Shaped by Plant Evolution”, Nature Geoscience 5 (2012): 99-105.

Общие обзоры об эволюции динозавров и об их связи с птицами, а также научно-популярные труды специалистов по динозаврам: Lowell Dingus, Timothy Rowe, The Mistaken Extinction, New York: WH. Freeman, 1998; Steve Brusatte, The Rise and Fall of the Dinosaurs: A New History of a Lost World, New York: HarperCollins, 2018 (в русском переводе: Стив Брусатти, Время динозавров, АНФ, 2019); Mark Norell, Mick Ellison, Unearthing the Dragon, New York: Pi Press, 2005.

Симпатичный популярный рассказ о работе Гексли об археоптериксе и происхождении птиц: Riley Black, “Thomas Henry Huxley and the Dinobirds”, Smithsonian, December 2010.

О бароне Нопче, его колоритной жизни и пионерских исследованиях: Е. Н. Colbert, The Great Dinosaur Hunters and Their Discoveries, New York: Dover, 1984; Vanessa Veselka, “History Forgot This Rogue Aristocrat Who Discovered Dinosaurs and Died Penniless”, Smithsonian, July 2016; David Weishampel, Wolf-Ernst Reif, “The Work of Franz Baron Nopcsa (1877-1933): Dinosaurs, Evolution, and Theoretical Tectonics”, Jahrhuch der Geologischen Anstalt 127 (1984): 187-203.