Ник Пайенсон
Наблюдая за китами
Эволюция – это интеллектуальный клей, который соединяет живых китов во всей их кажущейся странности с идущей в глубь веков родословной, которая все еще не полна и до конца не известна. Черепа указывают нам на эти эволюционные подсказки осязаемым и ясным способом, и без этого понимания и миллионов лет, которые привели к изменениям, было бы очень трудно осветить связь между китами и родственными им млекопитающими. В противном случае может сложиться впечатление, что череп кита принадлежит млекопитающему из космоса или, возможно, так выглядят их космические корабли.
Путь ученого, который привел меня к китам, всегда так или иначе был связан с черепами. В колледже я озадаченно разглядывал полусгнившую голову дельфина, когда во время практического занятия на барьерном острове у побережья Джорджии мы нашли присыпанную песком тушу. Гнилостный запах разогнал всю нашу группу, но я держался. Меня привлекло не болезненное любопытство к разложению, нет – я впервые погрузился в мысли о том, как именно кит становится окаменелостью.
Учась в аспирантуре, я отыскивал черепа ископаемых китов, выглядывающие из приморских скал или осыпающиеся из скальных образований на пустошах-бедлендах, которые когда-то были морским дном. Китообразные стали моими проводниками к пониманию жизни в геологическом времени, в масштабах, которые мы не можем по-настоящему понять, хоть палеонтологи порой и обсуждают геологические маркеры так, словно говорят о записи на прием к стоматологу. Все это привело меня в Смитсоновский институт, где хранится самая большая в мире коллекция черепов ископаемых китов. Но когда вы работаете в музее, особенно если он относится к Смитсоновскому институту, вам приходится проводить экскурсии. Впрочем, это более чем справедливо. Во-первых, я люблю экскурсии. Они дают мне возможность по-новому сформулировать большие идеи вроде эволюции и вымирания, которые не только вдохновляют меня, но и объясняют, как появились киты. Кроме того, в экскурсиях часто участвуют дети, а это обычно самая сложная аудитория, будь то фанаты китов или окаменелостей. Если я смогу удержать их интерес, пусть даже на короткий сеанс «покажи и расскажи», то можно считать, со своей работой я справился. И кто знает, может, я даже буду достаточно убедительным, чтобы пробудить нечто большее, чем мимолетный интерес.
Моя подруга и коллега Меган Маккенна впервые рассказала мне об устройстве головы китов и анатомии их эхолокатора, когда мы вместе учились в аспирантуре, поэтому, когда она недавно привела свою семью на раннюю утреннюю экскурсию перед открытием музея, я с радостью ухватился за возможность вернуть должок. Ее четырехлетняя дочь была чуть старше моей. Залы музея, особенно когда они пусты, могут напугать ребенка, поэтому я начал медленно – не хотелось перегружать детей или чересчур их будоражить.
Войдя в зал Сант Оушен, мы остановились под внушительным муляжом гладкого кита и повернулись к скелету базилозавра, угрюмо скалившемуся сверху. Базилозавр – ранний кит, который на несколько миллионов лет моложе пакицета и майацета, но по размерам и форме он словно из другого мира. Его динозавроподобное название переводится с латыни как «королевский ящер» – из-за змеиного тела длиной с автобус. Первые окаменелости базилозавра были найдены в начале XIX в. в глинистых отложениях мелового периода в глубинке Арканзаса и Алабамы. Его череп больше метра длиной, пилообразные зубы размером с ладонь, а некоторые позвонки достаточно велики, чтобы служить вам стулом. Неудивительно, что создается впечатление, что это скелет морского чудовища – вот название и сохранилось, хотя оно и условное.
В отличие от современных китов, голова базилозавра не больше его туловища, его передние лапы сгибаются в локтях, и у него остались удивительно миниатюрные задние лапки, которые ни за что не могли бы выдержать его вес на суше. Но у базилозавра есть инволюкрум, как у всех других ранних сухопутных китов, и его ушные кости плавали в пазухе под черепом. Базилозавр не обладал ни эхолокацией, ни органами фильтрации, что делает его эволюционным переходным звеном: один из первых полностью водных китов, совершенно не зависящий от суши, но сохранивший биологические черты своих наземных предков.
Когда мы с Меган проходили под скелетом базилозавра, я указал на его задние конечности и пошутил насчет того, что они болтаются, как плохо размещенное миниатюрное шасси. Затем Меган наклонилась к дочери:
– Этта, Ник изучает кости китов, как вот эти, например.
Этта пристально посмотрела на меня, обдумывая услышанное.
– А зачем?
Я открыл рот, чтобы выдать готовый ответ про школу, науку и любопытство, скорее шаблонный, чем искренний.
Но вдруг понял, что способен на большее. Я выждал несколько мгновений.
– Все эти кости рассказывают истории, – сказал я, – о том, откуда взялись киты. – Этта посмотрела на базилозавра, свисающего из-под потолка, как гигантская пестрая жуткая змея. – И если стать ученым, можно научиться читать их и узнать их истории. – Я увидел, что привлек ее внимание, и улыбнулся: – Но кости, конечно, не появляются в музее уже собранные вместе. Для начала их нужно отыскать.
3
Что рассказывают кости
Я брел, не сводя глаз с длинной серой дороги, поднимавшейся на склон холма на скотоводческом ранчо. Под послеполуденным калифорнийским солнцем поросший золотистой травой холм напоминал огромного косматого зверя с ободранным глинистым боком. Я шел по узкой тропинке вдоль обнаженного слоя, богатого окаменелостями. Иди, смотри, пройдись еще, поскреби выступающий кусок породы, еще пройдись – вдруг повезет.
В нескольких метрах от меня мой коллега Джим Пархэм был занят тем же самым делом. Мы знакомы давно и в экспедициях понимаем друг друга без слов. Джим – эксперт по черепахам и другим рептилиям. Как и я, Джим повидал достаточно образцов, чтобы даже по самым мелким фрагментам окаменелостей узнавать что-то новое о происхождении черепах. Оно уходит еще дальше в глубь времен, чем родословная китов, хотя ископаемые морские черепахи часто попадаются в тех же породах, что и ископаемые киты. Мы с Джимом всегда на одной волне – и по темпераменту, и по интересующим нас горным породам.
Вместе мы обследовали и другие обнажения горных пород в предгорьях Сьерра-Невады. Работали бок о бок, молча оглядывая скалы.
– Эй, – сказал Джим и наклонился.
Он поднял акулий зуб размером с ладонь, зазубренные края находки рассекли рыжий свет солнца. Я пригляделся и тут же увидел другие зубы акул и фрагменты китовых костей, недавно выветрившиеся на горном склоне, – драгоценные зерна среди плевел.
– Посмотри-ка, – сказал я, извлекая часть дельфиньего ребра из осадочных отложений.
Находка была необычная: дюжина параллельных линий прорезала поверхность кости. Укус акулы[69]. В конце концов, мы находились на костеносном местонахождении Шарктус-Хилл[70].
Ребро принадлежало небольшому вымершему зубатому китообразному, но самое интересное было не это. Умение определять, что кому принадлежит, как и умение вообще замечать кости в полевых условиях, приходит с практикой, после долгих часов, проведенных за изучением музейных коллекций. Гораздо интереснее было то, что ребро рассказывало нам эпизод давней истории: чуть больше 15 млн лет назад, в середине миоцена, древняя акула укусила дельфина.
Мы не знаем, говорил ли этот набор костей о роковой схватке или о поедании падали. Нет и никакого реального способа узнать, связаны ли как-то между собой акулий зуб в руках Джима и поцарапанное ребро в моих. Мы сличили зазубрины на зубе с царапинами на ребре – они были похожи, но совпали не полностью. Но даже если бы и совпали, увидеть здесь причинно-следственную связь было бы слишком большой натяжкой, явной подтасовкой фактов. Кости китов и впрямь рассказывают истории, но истории эти не всегда предсказуемы и ясны.
Такие находки я складываю на специальную полку с костями китов у себя в голове. Трудно сказать, как именно организована эта ментальная библиотека, но я ускользаю туда всякий раз, когда вижу осколок китовой кости, будь то в экспедиции или в музейном хранилище. Чем мельче осколок, тем занятнее. Я осторожно беру его в руки, провожу пальцами по трещинкам, ямочками и изгибам, словно ощупываю взглядом очертания. И тут же просматриваю свою ментальную картотеку, чтобы максимально точно определить: осколок с левой или с правой стороны? Он симметричный, то есть располагался на главной оси скелета? Он от черепа или откуда-то пониже шеи? Есть ли следы зубов падальщиков? Признаки патологии?
У меня в голове есть карточки для каждого бугорка и отверстия на поверхности кости. Потребовались годы, чтобы создать эту ментальную картотеку, долгие часы рядом со скелетами, когда я снова и снова вертел в руках каждую косточку и заучивал наизусть каждый изгиб. Хотя иметь под рукой стопку реальной литературы тоже не помешает, потому что вы, конечно, не первый, кто взял китовую кость в руки и спросил: как ты здесь оказалась? Из какой ты части скелета? Что случилось с твоим хозяином? В этой погоне за ответами в экспедициях или среди музейных хранилищ есть подлинный азарт, и, к счастью, моя ментальная библиотека всегда со мной. Впрочем, в погоне может принять участие кто угодно – сыщики-любители порой раскрывают самые глухие дела.
Единственная загвоздка: едва ли вы найдете ответы на все вопросы. Как и в случае с другими позвоночными, окаменелые скелеты китов обычно весьма неполные, потому что тот органический «клей», который соединяет кости, – связки, волокна, хрящи и мышцы – быстро разлагается и его разносят волны, падальщики и время. Наши знания о большинстве видов ископаемых китов основаны на изломанных черепах, в которых каким-то чудом уцелели уникальные диагностические признаки. Для некоторых периодов времени и частей света все, что у нас есть из летописи окаменелостей, уместится на одном столе. Эти фрагменты костей – черепа, зубы, позвонки, кости конечностей – иногда выглядят как небрежно перемешанный пазл, для которого еще не отыскали недостающие кусочки. А еще лучше – крышку от коробки, на которой изображен древний кит.
Такая ситуация – обычное дело для большинства ископаемых китов первой фазы их эволюционной истории, той, что проходила на суше. У нас нет полных скелетов пакицета, амбулоцета, ремингтоноцета и большинства близких родичей майацета, да и скелет самого майацета не полон: мы не знаем, как выглядит его хвост целиком[71]. Переход в воду явно помогает сохраняться в веках. Возможно, увеличение размера от майацета до гораздо более крупных китов, таких как базилозавр, частично способствует тому, что мы чаще находим более полные скелеты полностью водных китов (их кости становятся больше по размеру, но количество уменьшается, ведь исчезают парные кости ног и ступней). В итоге мы не до конца понимаем, как именно киты перешли от передвижения с помощью задних конечностей к перемещению с помощью хвоста. Существует пробел в летописи окаменелостей между последними полуводными и первыми полностью водными китами[72]. Чтобы заполнить картину, потребуется провести еще много экспедиций в нужных местах с породами подходящего возраста и… очень много удачи.
Хороший палеонтолог может многое узнать и по осколкам костей, а иногда нам просто везет. Есть места – или времена, ведь палеонтологи учитывают и точки пространства, и время, – где летопись ископаемых содержит остатки сотен и даже тысяч особей. Эти богатые ископаемыми районы называют костеносными местонахождениями. Когда я оказываюсь в таких местах, моя ментальная библиотека оказывает очень кстати – она помогает отличить обломок кости кита от костей других животных. В самых плотных местонахождениях кости китов перемешаны с костями других вымерших морских млекопитающих, птиц, черепах и акул в слое толщиной всего в несколько сантиметров. На другом конце спектра есть местонахождения, в которых полные китовые скелеты разбросаны на нескольких квадратных километрах. Определение костеносного местонахождения в основном связано с тем, что части скелета сосредоточены в одном слое породы[73]. Отыскав местонахождение, палеонтологи и геологи выясняют, какой период времени в нем запечатлен: это может быть миллион лет, а может – всего лишь один день, в который случилось наводнение.
В 1920-х гг. один из моих предшественников в Смитсоновском институте Ремингтон Келлогг понял, что склоны горы Шарктус в предгорьях Центральной долины хранят множество костей китов, в основном идентифицируемых по изломанным черепам и отдельным ушным костям[74]. Кости, образующие внешнее, среднее и внутреннее ухо, – одни из наиболее минерализованных костей у любого млекопитающего[75]. Это помогает слышать под водой – и сохраниться в палеонтологической летописи. Акустически изолированные ушные кости, о которых мы говорили в связи с черепом дельфина-афалины, попадаются во всех временах – не только во время костей с холма Шарктус, но и еще дальше, в эпоху пакицета.
Кости с холма Шарктус позволили Келлоггу описать и дать названия 12 ранее неизвестным видам ископаемых китов, среди которых были вымершие усатые киты, ранние кашалоты, океанические дельфины и дальние родственники речных дельфинов. На этом этапе эволюции киты уже умели фильтровать пищу через китовый ус или эхолоцировать – сухопутные киты давно вымерли, но уже жили морские коровы – странные, похожие на гиппопотамов травоядные под названием десмостилии, – древние тюлени и древние моржи[76].
Местонахождение Шарктус-Хилл представляет собой рыжевато-коричневый каменистый слой толщиной всего в несколько сантиметров, набитый обломками костей и занимающий примерно 20 кв. км к северо-востоку от Бейкерсфилда. Это место впервые показал мне Джим, когда мы начали учиться в аспирантуре, хотя его больше интересовали ископаемые морские черепахи[77]. В конце концов я сосредоточился на определении точного возраста костеносного пласта и на том, как вообще появился этот плотный каменистый слой, полный кусочков костей и случайных частей скелета. Контекст – это все, без него нечего и пытаться ответить на более серьезные экологические вопросы о прошлом.
По сути, это местонахождение сотни тысяч лет было просто открытым участком морского дна, на котором скапливались твердые остатки миоценовых китов, морских черепах, акул и других животных: они тонули, а более легкие осадки уносило течение. Таким образом, в нескольких сантиметрах породы спрессован интервал времени от 16 до 15 млн лет назад[78] – не так уж много для геолога, но гораздо больше времени существования нашего собственного вида. Видимо, этого промежутка оказалось достаточно, чтобы в этой местности скопились остатки всех видов вымерших китов и других позвоночных, которые жили в окрестностях этой части Калифорнии, когда Центральная долина еще была заливом, открывающимся в Тихий океан. Выяснить, сколько здесь всего было видов ископаемых китов, присвоить им всем научные названия и понять эволюционные связи между ними – работа непростая, и она еще продолжается, поскольку скелетного материала слишком мало, чтобы с уверенностью выделять новые виды. (Келлогг использовал ушные кости для выделения большинства видов, что странно, учитывая, насколько они ограничены для видоспецифичной идентификации.) Такая работа отнимает много времени и сил, ведь нужно бесконечно измерять и сравнивать осколки костей друг с другом. Много раз оставалось только сказать: «Это что-то новое, и ему стоит дать название, но пока кто-нибудь не найдет хороший череп, больше ничего сказать нельзя».
Келлогг закончил работу в Шарктус-Хилл после завершения работы над диссертацией и получил назначение в Смитсоновский институт в Вашингтоне, где заинтересовался более полными окаменелостями ископаемых китов[79], которые относились к раннему периоду китовой эволюции. К 1930-м гг. Смитсоновский институт располагал крупнейшей в мире коллекцией окаменелостей древних китов, хотя это не были сухопутные киты вроде пакицета, чьи окаменелости найдут только через полвека. Нет, вместо этого шкаф за шкафом в музее занимали кости базилозавра и прочих первых полностью водных китов – более чем достаточно, чтобы смонтировать полные скелеты для выставочных залов, и вполне достаточно, чтобы кое-что узнать о том, какими были эти вымершие киты.
Базилозавр нисколько не похож на современного кита – даже сказать, что он его чем-то напоминает, можно разве что из жалости. У него была вытянутая зубастая морда, как у гигантского морского леопарда, только ноздри были расположены не на ее окончании, а примерно посредине. В отличие от большинства современных китов, у него была выраженная шея. Хотя его пальцы и передние лапы, скорее всего, были обернуты в плоть и образовывали плавник, он мог сгибать передние лапы в локте, чего не может ни один нынешний кит. Примечательнее всего было его длинное извивающееся тело, причем большая часть длины приходилась на хвост[80]. У базилозавра, вероятно, был хвостовой плавник, но остались у него и карикатурно крошечные задние конечности. То были рудиментарные остатки, наследство его сухопутных предков, как уже говорилось, они не могли выдержать огромный вес базилозавра (около 6 т на суше[81]). Иными словами, базилозавр был полностью водным животным, всю жизнь проводившим под водой.
Келлогг мало что знал об этих крошечных задних конечностях – при всем богатстве собраний Смитсоновского института там имелся только таз и одна бедренная кость базилозавра. А как насчет ступней? Пальцев ног? Ответить на эти вопросы в итоге помогли скелеты, найденные в Египте, на другом конце света от Соединенных Штатов, и спустя много лет после смерти Келлогга.
Начиная с XIX в. палеонтологи знали, что те же самые горные породы, из которых строили египетские пирамиды, содержат окаменелости морских животных, в том числе ископаемых китов. Эти богатые ископаемыми породы выходят на поверхность почти в 200 км к юго-западу от Каира, а самое обширное обнажение находится в Фаюмской низменности, в местечке Вади-аль-Хитан, что в вольном переводе означает «Долина китов». К концу XX в. поиски в этом районе позволили составить список видов, включающий десять различных ранних китов, а также ряд древних морских коров, приматов и древнейших родственников слонов[82]. Вади-аль-Хитан, однако, получил название благодаря ископаемым китам, особенно базилозаврам, чьи скелеты сотнями разбросаны по многокилометровым пустынным просторам. Эти скелеты происходят из костеносных слоев, но не таких, как в Шарктус-Хилле. В Вади-аль-Хитане на площади примерно в 250 кв. км разбросано более 300 скелетов ранних китов, в том числе первые найденные полные скелеты базилозавра с черепами, передними лапами, грудными клетками, хвостовыми позвонками, задними лапами и всем остальным, вплоть до четырех неповрежденных крошечных пальцев задних лап. Для чего эти лапы были нужны в жизни, кроме как напоминать о четвероногих предках, остается неясным. (Некоторые ученые предполагают, что они как-то применялись при спаривании, особенно учитывая чрезвычайно змееподобный вид животного.)
Полные скелеты базилозавра дают массу данных о его поведении. Как и некоторые его предшественники, базилозавр имел акустически изолированное внутреннее ухо, что позволяло ему направленно слышать под водой, но ему не хватало анатомического пространства для размещения органа эхолокации на морде. (Поэтому базилозавр слышал только низкочастотные звуки, но не ультразвуковые, которые современные зубатые киты используют для эхолокации.) Судя по окаменелому содержимому желудка, он питался рыбой. Зубы базилозавра могли разгрызать кости, а сила укуса превышала таковую у любого другого млекопитающего, вымершего или современного, включая гиен[83]. Следы укусов на черепах других, более мелких ранних китов с Фаюмской низменности позволяют предположить, что базилозавр питался другими китами, как это в наше время делают косатки[84]. С одним существенным отличием: базилозавр разгрызал добычу, тогда как косатки вцепляются в нее и отрывают куски плоти, часто нападая совместно. Сегодня нельзя сказать, собирались ли базилозавры в стаи – по окаменелостям сложно судить о таком поведении.
Богатые ископаемыми скалы Вади-аль-Хитана – это древние береговые линии, образовавшиеся во время регулярных подъемов и понижений уровня моря в конце эоцена, примерно 40–35 млн лет назад[85]. Базилозавр, вероятно, обитал в этих лагунах (и уж точно оказался в них захоронен). Также вероятно, что его образ жизни не слишком отличался от жизни многих современных дельфинов, он хорошо себя чувствовал и у берега, и в открытом море. К концу эоцена, когда базилозавры вымерли, уже появились последующие ветви генеалогического древа китов, они в конце концов привели к формированию современных видов. Хотя запас окаменелостей самых ранних китов, обладавших эхолокацией и фильтрацией корма, и невелик, мы подозреваем, что они походили на базилозавра – полностью водные, хотя менее змееподобные, поменьше размером, пока лишь тени тех левиафанов, в которых они превратятся спустя десятки миллионов лет.
Вот такими были ископаемые киты с ногами. Но что побудило их вернуться в воду? Этот вопрос подводит нас к пробелу между первой и второй фазами эволюции китов – пробелу, до сих пор зияющему в генеалогическом древе между ветвями, ведущими к майацету и базилозавру. Примерно за 10 млн лет киты превратились из четвероногого пакицета в нечто вроде базилозавра. Где-то внутри этого промежутка (скорее всего, во второй половине) киты ходили и плавали примерно в равной пропорции, лапы у них были короткие, а ноздри все больше сдвигались назад вдоль морды. В какой-то момент одно поколение китов так и не вышло из воды обратно на сушу, и их потомки породили синих китов, горбачей, кашалотов, дельфинов и всех прочих современных китообразных (и многих вымерших вроде миоценовых находок Келлогга).
Поиск истинных причин, особенно в эволюционных науках, редко заканчивается столь же убедительными ответами, как поиск закономерностей и их данных. Понять «как» гораздо легче, чем «почему». Есть множество объяснений возвращения китов в воду: чтобы избежать хищников на суше, воспользоваться большим количеством пищи в море, захватить новые места обитания, пустовавшие без крупных морских хищников после вымирания гигантских морских рептилий в конце мелового периода. Любое из этих объяснений выглядит правдоподобно, но их трудно проверить. Возможно, когда-нибудь мы сможем превратить их в нормальные проверяемые гипотезы, может, при помощи геологического контекста ранних китов и сравнения их остеологии с остеологией морских рептилий, а может, при помощи какого-нибудь новейшего аналитического инструмента. Одно можно сказать наверняка: чем больше окаменелостей – тем лучше, так что стоит продолжать искать.
Каждый найденный кусочек окаменелой кости может быть неизвестным ученым, но не все они ценны. Каждый раз нужно заново решать, стоит ли собирать данные конкретные окаменелости. Все дело в поставленных вопросах и в том, поможет ли находка на них ответить. Костеносные местонахождения похожи на тайники с уликами: они полны зацепок либо из-за плотности находок, как в Шарктус-Хилле, либо из-за полноты образцов, как в Вади-аль-Хитане. Одна ископаемая находка говорит нам о конкретной особи, но она также является слепком реального экологического взаимодействия, затерянного в геологическом времени. Это важная деталь из далекого прошлого, особенно если мы хотим узнать не только о биологии или эволюционных отношениях вымерших организмов, но и о пищевых сетях и экосистемах, в которых они жили миллионы лет назад. Искать такие палеонтологические тайники очень интересно, а порой даже чересчур, в чем мне совсем скоро предстояло убедиться.