Станислав Дробышевский
Палеонтология антрополога. Три эры под одной обложкой
Ордовикские мечехвосты приобрели довольно странный вид: голова Girardevia musculus была сильно вытянута вперёд, а Chasmataspis laurenci имел нестандартно длинное брюшко.
В дарривильском веке среднего ордовика из мечехвостоподобных тварей выделяется важная группа – ракоскорпионы Eurypterida. Древнейший известный представитель Pentecopterus decorahensis из Айовы уже достигал 1,7 м – близко к абсолютному рекорду членистоногих. Живший несколько позже, но в конце того же века английский Brachyopterus stubblefieldi был длиной всего десяток сантиметров без учёта заднего пятисантиметрового шипа. Различия этих животных не ограничиваются размерами, они относятся к разным семействам, так что истоки группы, очевидно, заметно более древние. В конце ордовика ракоскорпионы становятся ещё разнообразнее; особенно впечатляет семидесятисантиметровый Megalograptus ohioensis с гигантскими шипами на мощных растопыренных передних ходильных конечностях и футуристическим «хвостом».
Enoploura popei
Продолжался, особенно во второй половине периода, расцвет иглокожих Echinodermata: по дну расползлись морские лилии Crinoidea, морские ежи Echinoidea, морские звёзды Asteroidea и офиуры Ophiuroidea, а также странные кракозябры, например, шаровики Cystoidea (например, Echinoencrinites senckenbergii), асимметричные Carpoidea на тонких ножках (Dendrocystoides scoticus; позднеордовикский Enoploura popei даже реконструировался наподобие бронированной рыбки с членистыми усиками и тонким хвостиком), непонятные Edrioasteroidea (они же Thecoidea; например, Cyathocystis plautinae в виде пятигранного кубка), промежуточные между ежами и голотуриями Ophiocistia (или Ophiocistioidea; Volchovia mobilis выглядела как плоская каска с фестончатыми краями, из-под которой на реконструкциях изображают четыре раза по четыре щупальца), а также Somasteroidea (Villebrunaster thorali был похож на раскатанную катком пятилучевую звезду), совмещающие признаки ежей, звёзд и офиур.
Маленькая тонкость
Настоящие специалисты по иглокожим никогда не скажут «морские лилии расползлись», так как морские лилии имеют упрощённую амбулакральную систему и в большинстве ведут прикреплённый образ жизни. Также, ужасно противозаконно говорить «Carpoidea на тонких ножках», ведь, во-первых, в некоторых классификациях Carpoidea разделяются на несколько классов, а во-вторых, стебель – это не ножка и уж тем более не хвостик в анатомическом смысле, спецы-то знают толк в амбулакральных ножках. У ботаников же будет своя точка зрения на то, что такое настоящий стебель. Но, как часто бывает, в обычной речи, вне специальных статей, существуют синонимы и образные выражения; если Вы хотите, чтобы Вас поняли, не надо стесняться говорить по-человечески.
А где же люди? Первые рыбообразные
Многочисленные виды появились и среди полухордовых граптолитов, и среди хордовых конодонтов. В Южной Африке нашёлся уникальный отпечаток щетинистозубого конодонтоносителя Promissum pulchrum, благодаря которому мы знаем, что это существо было похоже на сорокасантиметрового червяка с довольно крупными глазами, по крайней мере, глазные мышцы у него были знатные. Сравнение конодонтов с современными рыбообразными приводит к мысли, что конодонты могли быть более продвинутыми, чем нынешние миксины и миноги. Правда, ответ зависит от того, являются ли «примитивные» черты современных бесчелюстных правда таковыми или же они вторично упрощены из-за полупаразитического образа жизни.
Некоторые конодонты – ордовикские Panderodus и Dapsilodus и силурийские Parapanderodus и Decoriconus – могли быть ядовитыми. По крайней мере, вдоль их длинных и острых зубов тянутся характерные бороздки, удивительно похожие на такие же на зубах современных щетинкочелюстных, по которым течёт яд тетродотоксин, ядовитых рыб-собачек Meiacanthus grammistes (внешне милых жёлто-чёрных полосатых лапочек, но с ужасающими нижними клыками; между прочим, родственников илистых прыгунов), ящериц ядозубов Heloderma suspectum и разнообразных ядовитых змей.
В ордовике набирали обороты бесчелюстные рыбы Agnatha и конкретно панцирные Ostracodermi. Всех их объединяет отсутствие челюстей, парных плавников, а также наличие полноценных зубов и чешуи по всему телу, головного мозга, глаз, боковой линии и хрящевого скелета вместе с хордой. У многих голова была покрыта мощным панцирем. Систематика их спорна и запутана, но в первом приближении всех бесчелюстных можно разделить на парноноздрёвых Diplorhina (или Pteraspidomorpha) и непарноноздрёвых Monorhina (или Cephalaspidomorpha). Среди первых самые известные и богатые группы – Thelodonti и Heterostraci; среди вторых – Osteostraci и Anaspida, а также современные круглоротые миноги и миксины. Под вопросом находятся Galeaspida, причисляемые то к одним, то к другим; были и другие группы спорного положения. В ордовике всё это богатство находилось лишь в проекте.
Маленькая тонкость
Систематика бесчелюстных запутана, существует масса взаимоисключающих вариантов комбинации классов, подклассов и отрядов. Важный альтернативный вышепредставленному делит общий класс Agnatha на пять групп подклассов: первая включает лишь Thelodonti, вторая – Osteostracomorphi (костнощитковые Osteostraci, Galeaspida и Pituriaspida), третья – Anaspidomorphi (бесщитковые Anaspida и миноги Petromyzontida), четвёртая – Heterostracomorphi (разнощитковые Heterostraci, включая примитивных Arandaspida и Astraspida), а также пятая – миксины Myxinoidea, которые в таком случае оказываются не слишком-то близкими родичами миног. Между прочим, настоящие палеонтологи очень остро реагируют, когда бесчелюстных называют «рыбами», ведь с точки зрения систематики это разница бытового и научного языков.
С конца кембрия в ранний и средний ордовик переходят гетеростраки Anatolepis heintzi. Удивительна стабильность этого рода на протяжении десятков миллионов лет. В раннем ордовике Австралии найдена чешуя Porophoraspis crenulata, в Австралии, Боливии, Аргентине и Аравии – почти целые слепки тел Sacabambaspis janvieri длиной аж 25 см, со своеобразным хвостовым плавником. В среднем ордовике австралийский Arandaspis prionotolepis достигал 15 см; в позднем его сменяют американские Astraspis desiderata и A. splendens, Eriptychius americanus и E. orvigi. Всё тело гетеростраков было покрыто множеством мелких чешуек, которые с возрастом могли сливаться в единый спинной щит. Чешуйки сделаны из множества слоёв, совсем как зубы акул: снаружи дентин, а иногда даже эмаль (точно как в наших зубах), внутри – костная ткань аспидин. Пупырышки от отдельных чешуек иногда выглядели очень красиво, неспроста «Astraspis» переводится как «звёздный щит». Все эти рыбки имели круглый или овальный рот, которым отцеживали муть на дне, так что, по сути, представляли собой плавающие на мелководье пылесосы.
Arandaspis prionotolepis
Одними из самых древних и примитивных были раннеордовикские телодонты Palaeodus и Archodus из Ленинградской области, хотя они известны по единичным находкам кожных чешуй; в среднем и позднем ордовике телодонтов становится больше – Sandivia из Коми и Stroinolepis с Северной Земли. Галеаспиды в силуре были немногочисленны: головной щит Singaleaspis закруглённо-вытянутой формой похож на панцирь трилобита с огромной непарной ноздрёй по центру, ведущей в парные носовые мешки. Остеостраки достоверно в ордовике неизвестны, но в Колорадо найдены отдельные чешуйки, которые могли им принадлежать.
Как вы там, потомки?
Современных бесчелюстных, или круглоротых Agnatha (а современные – это только круглоротые Cyclostomata) иногда разделяют на два класса – непарноноздрёвые Cephalaspidomorphi (ониже Petromyzones, или Petromyzontida) с единственным отрядом миноги Petromyzontiformes и миксины Myxini (Myxinoidea, или Hyperotreti) с единственным отрядом миксины Myxiniformes. Тут стоит сделать важное примечание: все современные бесчелюстные – круглоротые, но большинство ископаемых бесчелюстных – не круглоротые. В сравнении со своими палеозойскими родичами, современные бесчелюстные выглядят сильно специализированными. Например, у них совсем нет чешуи, зато хорошо развиты слизистые железы. Миксины способны самозавязываться склизким узлом, каковая способность пригождается в двух ситуациях. Во-первых, на охоте миксина вцепляется зубами в бок добычи, прогоняет узел через себя, упирается им и так отрывает кусок – челюстей-то нет, просто откусить что-либо невозможно. Во-вторых, если кто-то хочет схватить саму миксину, она повторяет тот же выкрутас, только теперь цель – выскользнуть из лап хищника, чему способствует и масса слизи. Отличная рыбачья игра – «удержи миксину»…
Великая гибкость облегчается почти полным отсутствием скелета. Скелет как бы есть, но представлен лишь хрящевым основанием черепа (подставка под мозги, чтоб не свисали вниз и не болтались попусту; сверху же мозги прикрыты только кожей, благо, она плотная и при небольших размерах твари её вполне достаточно для защиты) и сплошной жаберной решёткой, не подразделённой на дуги (благодаря этому в копчёном виде миноги очень хороши – идеальная сосиска, и кость гарантированно в горле не застрянет, так как костей нет; у миксины и решётки нет, но с миксиной из-за её немеряной слизи проблем больше, но, если не лень чистить, то и она хороша). Вдоль нотохорда (сделанного из множества клеток с вакуолями без мышечных волокон) у миноги расположены верхние дуги позвонков, а у некоторых, далеко не всех, миксин – нижние дуги в хвосте. Парных плавников нет, но в непарных спинном и хвостовом есть опорные хрящевые лучи. Примитивна и пищеварительная система – нет ни челюстей, ни желудка, даже печень у взрослых миног отделяется от кишечника и превращается в гормональную железу. Пищеварение в значительной степени внешнее: подлые тварюки, прицепившись к рыбе, выпускают слюни и переваривают ими мясо жертвы, всасывая получившуюся кашицу. Вот что развито здорово, так это зубы – увеличенный портрет миноги или миксины может соревноваться с любым монстром из ужастиков. У миксины зубы есть не только по бокам языка, один торчит посреди нёба; у миноги они окружают воронку рта. Впрочем, зубы круглоротых роговые, не такие, как у нас, возникли независимо.
В кровеносной системе уникально наличие нервных клеток в сердце у миног (при их мизерном обмене веществ так можно, нейроны не перетрутся вялым миокардом) и три дополнительных «сердца» у миксин – в голове, печени и хвосте (мощности обычного сердца, чтобы кровь могла преодолеть обширные расширения-синусы, не хватает). Оригинально и то, что пол миксин меняется с возрастом: молодые – самцы, а с возрастом они становятся самками; так что феминизм у миксин победил; миноги же после размножения погибают, так что все личинки-пескоройки – сиротки.
Убога нервная система: у аксонов нет миелиновых оболочек, хотя, с другой стороны, имеются все пять отделов головного мозга. Полупаразитический и крайне незамысловатый образ жизни гарантировал простоту органов чувств: носовое отверстие едино, полукружных каналов у миноги только два, а у миксины и вовсе один (выходит, они живут в двухмерном и одномерном мирах?..). Зрение крайне упрощено, глаза находятся под кожей и почти ничего не видят. Правда, в компенсацию у миног есть третий глаз на макушке, а у миксин – и вовсе фоторецепторы вокруг клоаки. Казалось бы, чего там разглядывать? Впрочем, а чего разглядывать, вгрызшись в чужое тело? Миксины не любят смотреть кровавые ужастики, а вот отслеживать подкрадывающуюся к беззащитному заду опасность весьма актуально.
* * *
В ордовике жизнь уверенно полезла на сушу. В конце среднего ордовика, в дарривильском веке, по ветру Саудовской Аравии летали некие микроспоры, стало быть, наземные растения уже существовали. В самом начале позднего ордовика, в сандбийском веке Омана, росли некие наземные растения, кусочки которых сохранили споры, очень похожие на споры мхов-печёночников Marchantiophyta.
Как вы там, потомки?
Мхи занимают среди растений такое же положение, как и обитающие на них тихоходки и примитивные беспозвоночные – среди животных (одноклеточные водоросли в таком случае будут аналогом простейших, а многоклеточные – губок с кишечнополостными). С одной стороны, они вроде бы уже полноценно многоклеточные и даже имеют какую-никакую анатомию. С другой стороны, они крайне примитивны, водорослевое прошлое очевидно сквозит в их строении и особенно в жизненном цикле. С одной стороны, мхи вроде бы и наземные, с другой – полностью зависят от воды, с третьей – крайне засухоустойчивы. Когда они выходили на сушу, суша была гольной пустыней. Растений вне воды не было, корней не было, почвы не было, дожди и ветры бесконечно перемывали и перевевали песок и камни, берега водоёмов были крайне непостоянны – то всё сносило паводком в воду, то волнами намывало обратно. Не было тени, кроме как под скалами; не было питательных веществ. Первым обитателям суши, привыкшим жить в воде, надо было резко переквалифицироваться в жителей пустыни. И мхи сделали это. Потому-то и поныне они могут высыхать до состояния едва ли не пыли, но мгновенно зеленеть при появлении малейшей влаги. Найдите жарким летним днём большой сухой камень, покрытый высохшим мхом; полежите, вспотемши, на этом камне минуток пять – десять. Когда встанете – на камне останется ваш зелёный силуэт из ожившего мха. Потому-то мхи неистребимы и могут расти хоть в тропиках, хоть в тундре, на камнях и в болоте, там, где все другие растения пасуют. Круче мхов только лишайники – смесь водорослей и грибов, потому что те, вероятно, вышли на сушу ещё раньше.
Жизненный цикл мхов, хотя и чуть более продвинутый, нежели у водорослей, но принципиально такой же. Зелёное растение, которое мы видим по всем углам – это гаметофит, его клетки гаплоидны, то есть имеют лишь один набор хромосом; переводя на наш жизненный цикл, фактически, это многолетний многоклеточный сперматозоид-яйцеклетка. На нём в гаметангиях и образуются, собственно, сперматозоиды и яйцеклетки, причём путём митоза. После слиянияоплодотворения получается новое поколение спорофит, клетки которого диплоидны, то есть содержат двойной набор хромосом. Это аналог нас взрослых, только вот у мхов он не самостоятельный, а выглядит как коробочка на палочке и паразитирует на родительском гаметофите. В коробочке мейозом образуются споры, высыпаются, разлетаются и без всякого слияния прорастают в новый гаплоидный гаметофит.
Расчёты времени генетического расхождения основных линий растений показывают, что мхи вполне могли появиться и в конце кембрия, а сосудистые растения – в конце ордовика. Есть тому и палеонтологические свидетельства. Для среднего ордовика Чехии описаны наземные плауноподобные растения Boiophyton pragense и Krejciella putzkeri; хотя относительно первого из них есть сомнения, что это отпечатки граптолита, второе точно не граптолит. Растения Musciphyton и Hepaticaephyton из ордовика Польши, выделенные в группу Propsilophyta, могли быть либо уже наземными, либо прямыми предками наземных. Наилучшим образом обоснована не только наземность, но и появление сосудистой системы для растения Volkhoviella primitiva из конца среднего ордовика Ленинградской области. На отпечатках, найденных на берегу Волхова, видны ксилема, флоэма и кора, так что волховиелла весьма достоверно относится уже к риниофитам Rhyniophyta. Веточки волховиеллы достигали 20 см и изредка раздваивались. Судя по сопровождающей фауне, они могли расти на мелководье или пляже; тут же по грязи ползали пучеглазые трилобиты Xenasaphus devexus, десятки панцирей которых так и остались лежать в высохших лужах.
Как минимум в середине ордовика Пенсильвании уже существовали сухопутные почвы с наземными зелёными водорослями и даже более продвинутыми растениями без корней, изборождённые норками Scoyenia beerboweri – каких-то дождевых червей или членистоногих, возможно – многоножек. В среднем и позднем ордовике Ленинградской области и Норвегии найдены подобные ходы в иле, получившие много названий, из которых самые сухопутные Conichnus conicus. Споры сухопутных растений найдены в отложениях верхнего ордовика и нижнего силура Ирана, Омана, Ливии и Турции.
Возможность для освоения суши создавалась поколениями прибрежных водорослей, грибов и лишайников, своими телами устилавших питательную дорогу сосудистым растениям. Стимулом же для эволюции, как обычно, были климатические пертурбации.
Жизнь потихоньку менялась. И всё было бы просто отлично, но климат портился, пришла пора гондванской гляциоэры, тянувшейся отныне и вплоть до конца перми. Иногда похолодание границы ордовика и силура для простоты называют позднеордовикским-раннесилурийским ледниковым периодом, но, как обычно, в реальности всё интереснее.
В ордовике заметно сократился вулканизм, отчего снизилось и выделение углекислого газа; одновременно эрозия поднимающихся Аппалач изолировала этот же газ, так что его общий уровень в атмосфере заметно упал. Как обычно бывает в таких ситуациях, парниковый эффект ослаб, что привело к остыванию планеты. С другой стороны, снижение концентрации углекислого газа отрицательно сказалось на интенсивности фотосинтеза и, стало быть, продуктивности экосистем. Не исключено, что свою лепту в похолодание привнесла и бомбардировка планеты осколками крупного астероида 466 млн. л.н., следы чего обнаружены на севере Европы.
Работа над ошибками
Впрочем, всё не так просто: из-за уменьшения массы воды в океане давление на океаническую кору снижалось, и та поднималась; ледники же намерзали на континентальную кору, отчего та погружалась. В итоге колебания уровня моря были не так велики, как получится, если просто вычесть из океана замороженные кубометры.
Катийский век и катийская гляциоэпоха начались как минимум из трёх оледенений 453 млн л. н. Ледники покрыли Центральную Африку и Бразилию, вся тропическая фауна вымерла, в частности сильно пострадали морские лилии. Кроме охлаждения океанских вод, следствием, как обычно, был уход массы воды в ледники, отчего уровень океана падал.
Так или иначе, шельфы мелели, вода становилась более солёной.
445 млн л. н. с началом хирнантского века стартовала и хирнантская гляциоэпоха, включающая минимум пять оледенений, доходивших до 30° северной широты (сейчас это широта Калифорнии, Флориды, дельты Нила и юга Японии). Впрочем, главные континенты в то время лежали на юге; ледники покрыли всю Африку с Аравией и большую часть Южной Америки. По некоторым подсчётам, уровень моря упал от 100 до 240 м. Следствием стало хирнантское вымирание из двух эпизодов. Особенно пострадали тепло-мелководные шельфовые фауны, вымерли 28 % семейств морских животных, в том числе многие наутилоидеи, большинство граптолитов, рифообразующих организмов и трилобитов. Для последних это было самое мощное вымирание за всю историю группы. В Северной Америке, несмотря на то, что она лежала на экваторе, родов трилобитов стало меньше в три раза; полностью исчезли мелкие трилобиты, способные плавать в толще воды. На 75–80 % вымерли конодонты, на 70 % – кораллы, в том числе табуляты, втрое сократилось число видов акритарх. Общие потери в конце ордовика составили 60–85 % видов. Конечно, в эволюции нет худа без добра: на смену мерзлявым тропическим формам заступили холодолюбивые, типа вездесущих трилобитов Mucronaspis и брахиопод Hirnantia, которых уже ничего не брало.
Конечно, не всем хватает нормальных причин вымирания, некоторые не могут представить себе глобальных событий без бадабума. Согласно вымыслам любителей голливудских спецэффектов, дело было в гамма-лучевом ударе по Земле из-за взрыва гиперновой звезды, отчего озоновый слой истончился вдвое, а ужасная радиация выкосила жизнь на мелководье. Версия впечатляющая, слов нет, только вот вымирание было не одномоментным, а растянулось на десять миллионов лет.
Спустя каких-то 3–5 миллионов лет после вымирания начался новый рост разнообразия, но это уже был ранний лландовери, уже силур…
* * *
Ордовик – суровая рабочая эпоха, в которую не было изобретено чего-то принципиально нового, но были доведены до ума достижения кембрия. Наши предки окончательно закрепили чешую и зубы, головной мозг и глаза, сердце и хрящевой скелет, идея потерять эти свойства, как сделали ранее оболочники, уже не казалась такой уж классной. Во всё более ухудшающихся условиях эволюция набирала устойчивость. В то же время лишайники и мхи начали подготавливать почву – в самом буквальном смысле – для выхода наших предков на сушу. Этот неспешный процесс длился и весь следующий период, но начало было положено именно в ордовике.
Альтернативы
Трудно сказать, кто был главным антагонистом наших рыбообразных предков – трилобиты, аномалокариды или наутилоидеи. Но развитие чешуи и даже монолитной брони говорит само за себя. Тут наших пращуров ждала эволюционная западня: они рисковали превратиться в полный аналог беспозвоночных с внешним панцирем – экзоскелетом. Хорда и зачаточные хрящевые череп и позвоночник не так уж нужны, когда тело запаковано в твёрдую коробочку; у миксин скелет, в общем-то, пропал и без всяких коробочек. Панцирные бесчелюстные рыбы могли окончательно уйти в специализацию бронированных донных глотателей грязи. При таком образе жизни не нужны плавники и сложная нервная система, а тяжесть экзоскелета не дала бы им вырасти больше трети метра. Ещё чуть-чуть – и наш путь прервался бы, толком не начавшись; так бы до скончания времён деградировавшие рыбы и дрались с трилобитами за самый вкусный ил. Показательно, что чуть позже ровно в ту же ловушку попались ещё одни панцирные рыбы, только теперь уже челюстные.
С другой стороны, неплохие шансы были у других существ. Наутилоидеи – шустрые, очень крупные – могли бы окончательно захватить планету. Многочисленные ловкие щупальца – то, что надо для возникновения трудовой деятельности. Ещё рывок – и в морях возникла бы цивилизация головоногих. Наутилоидеям не повезло; видимо, внешняя раковина ставила слишком много ограничений и обеспечивала слишком хорошую защиту (неспроста большинство современных головоногих от неё отказались), крупные размеры тоже гарантировали безопасность, а стало быть – не было потребности преодолевать сложности и прокачивать интеллект. Другая проблема головоногих – необщительность; впрочем, индивидуализм был присущ и палеозойским хордовым, эта беда точно преодолима. Судя по современным осьминогам, запросто могла возникнуть и забота о потомстве, хотя до воспитания даже у самых продвинутых видов так и не дошло. Кроме прочего, развитие мозга у головоногих шло другим путём, чем у нас. Главной причиной увеличения головных ганглиев было усложнение зрения; по сути, мозг головоногих – это приложение к глазам, в отличие от нашей ситуации, когда глаза – приложение к мозгу (который у нас – приложение к носу). В общем-то, почему бы не развивать мышление на основе зрительного анализатора, тогда появились бы у разумных наутилусов гениальные художники, но именно наутилоидеи в этом отношении были весьма несовершенны. Как уже говорилось, они и до сих пор обходятся без роговицы и хрусталика, тем более что ведут ночной образ жизни, да ещё могут опускаться в тёмные глубины на сотни метров, что уж говорить о палеозойских плавающих рожках из-под мороженого.
