Стив Брусатти
Время динозавров
Карьер является слепком древней экосистемы, одной из первых пустынь, в которой могли жить динозавры. Не это ожидала увидеть «Крысиная стая». Когда юные выскочки начали раскопки в середине 2000-х гг., общепринято было считать, что динозавры завоевали пустыни вскоре после появления в позднем триасе. Другие ученые собрали огромное количество окаменелостей аналогичного возраста в Нью-Мексико, Аризоне и Техасе, которые, по-видимому, принадлежали более чем дюжине видов динозавров, от больших и малых хищников до разнообразных растительноядных, предков трицератопса и утконосых динозавров. Казалось, динозавры были повсюду. Но не в карьере Хейдена. Там были чудовищные земноводные, родственные нашим португальским метопозаврам, примитивные крокодилы и их длинномордые и бронированные родственники, тощие рептилии с короткими ногами под названием ванкливеи, похожие на чешуйчатых такс, и забавные маленькие рептилии под названием дрепанозавры, которые висели на деревьях, как хамелеоны. Вот кого было много в карьере. Но не динозавров. «Крысиной стае» попалось только три типа динозавров: быстрый хищник, очень похожий на целофизиса Болдуина, еще одно быстрое плотоядное под названием тава и несколько более крупный и мощный мясоед чиндезавр, близкий родственник аргентинского герреразавра. Каждый из них был представлен лишь несколькими окаменелостями.
Это оказалось большим сюрпризом. Динозавры редко встречались в тропических пустынях позднего триаса, да и то попадались только хищники. Не было ни растительноядных динозавров, ни предков длинношеих, которые были так распространены во влажных зонах, ни птицетазовых предков трицератопса. Была лишь жалкая группка динозавров, окруженная всевозможными более крупными, злыми, многочисленными и разнообразными животными.
Как же тогда понимать десятки видов триасовых динозавров, которых другие ученые собрали со всего американского Юго-Запада? Ирмис, Несбитт, Смит и Тернер внимательно изучили все данные, которые смогли найти, отправившись в каждый провинциальный музей, где хранились окаменелости. Оказалось, что большинство образцов были отдельными зубами и осколками костей – не лучшая основа для выделения новых видов. Но в шок повергло их не это. Чем больше находок попадалось в карьере Хейдена, тем яснее было, на что смотреть. Они научились инстинктивно отличать динозавра от крокодила или земноводного. После нескольких моментов озарения они поняли: большинство якобы остатков динозавров, собранных другими учеными, на самом деле были вовсе не динозаврами, а примитивными динозавроморфовыми родственниками динозавров, а иногда и ранними крокодилами, которые только внешне походили на динозавров.
Таким образом, динозавры не только редко встречались в позднетриасовых пустынях, они еще и жили бок о бок со своими архаичными родственниками, представителями тех же групп животных, которые оставляли крошечные следы в Польше почти 40 млн лет назад. Это было то еще потрясение. Раньше почти все думали, что примитивные динозавроморфы были неинтересными предковыми видами, единственное предназначение которых – дать жизнь могучим динозаврам. Сделав это, они могли спокойно идти вымирать. И вот они тут как тут, по всей позднетриасовой Северной Америке: например, новый вид, дромомерон, размером с пуделя, которого нашли в Хейденском карьере, жил рядом с настоящими динозаврами примерно 20 млн лет.
Вероятно, единственным, кого эти выводы не удивили, был юноша, аргентинец по имени Мартин Эзкурра. Независимо от четырех американских студентов Мартин усомнился в определении некоторых предполагаемых североамериканских «динозавров», собранных старшим поколением палеонтологов, но у него не было ресурсов для изучения, потому что он был из Южной Америки и все еще учил английский.
Ах да, еще Мартин был подростком.
Тем не менее у него был доступ к огромным коллекциям динозавров Исчигуаласто на родине благодаря щедрости Рикардо Мартинеса и других кураторов, которые положительно отреагировали на необычную просьбу старшеклассника, желающего посетить их музеи. Мартин собрал фотографии многих непонятных североамериканских экземпляров, внимательно сравнил их с аргентинскими динозаврами и увидел ключевые различия. В частности, один североамериканский род, стройных хищник под названием эуцелофизис, которого считали тероподом, на самом деле был примитивным динозавроморфом. Мартин опубликовал этот результат в научном журнале в 2006 г., за год до того, как Ирмис, Несбитт, Смит и Тернер опубликовали свои первые выводы. Ему только-только исполнилось 17 лет.
Трудно сказать, почему динозаврам никак не удавалось освоить пустыни, в то время как многие другие животные, в том числе их предки-динозавроморфы, лучше переносили жару. Чтобы разобраться в сути вопроса, «Крысиная стая» обратилась к квалифицированному геологу Джессике Уайтсайд, которая также принимала участие и в наших раскопках в Португалии. Джессика – маэстро по части чтения геологических отложений. Лучше всех моих знакомых она умеет взглянуть на последовательность горных пород и сказать, сколько им лет, каковы были условия их формирования, насколько было жарко и даже сколько выпадало осадков. Дайте ей погулять по местам раскопок, и она вернется с целым рассказом о том, как в далеком прошлом изменялся климат, менялась погода, внезапно появлялись и так же внезапно исчезали те или иные виды животных.
В Гост-Ранч шестое чувство подсказало Джессике, что у животных из карьера Хейден жизнь была непростой. Местность вокруг них не была пустыней все время, напротив, климат резко менялся в зависимости от сезона. Большую часть года там было совершенно сухо, а потом становилось прохладно и влажно – Джессика и «Крысиная стая» назвали это явление гиперсезонностью. Во всем виноват углекислый газ. Расчеты Джессики показывают, что во времена существования животных из Хейденского карьера в тропических районах Пангеи на каждый миллион молекул воздуха приходилось около 2500 молекул углекислого газа – в шесть с лишним раз больше углекислого газа, чем сегодня. Пусть эта информация уляжется – вспомните, как быстро повышается температура сегодня и как мы обеспокоены будущим изменением климата, хотя в современной атмосфере углекислого газа гораздо меньше. Высокая концентрация углекислого газа в позднем триасе запустила цепную реакцию – огромные колебания температуры и осадков: то бушующие пожары, то проливные дожди. В таких условиях стабильные растительные сообщества формируются с трудом.
Это была хаотичная, непредсказуемая, неустойчивая часть Пангеи. Не все животные справляются с такими условиями одинаково хорошо. Похоже, динозавры как-то справлялись, но не процветали. Небольшие хищные тероподы выживали, но крупные, быстрорастущие поедатели растений, которым нужна более стабильная диета, не смогли. Даже через 20 млн лет после своего появления, даже после того, как они захватили нишу крупных растительноядных во влажных экосистемах и начали завоевывать жаркие тропики, динозавры все еще испытывали на себе влияние тяжелой переменчивой погоды.
Если бы вы стояли на безопасном возвышении во время наводнения в позднем триасе и смотрели, как вышедшая из берегов река несет мимо животных, остатки которых сохранятся в карьере Хейдена, вам было бы трудно отличить одно животное от другого. Конечно, гигантских суперсаламандр или странных хамелеоноподобных рептилий узнать легко. Но вы не отличили бы динозавров вроде целофизиса и чиндезавра от крокодилов и их родственников. Даже если бы можно было увидеть этих животных в живой природе, как они питаются, бегают и взаимодействуют друг с другом, все равно возникли бы сложности.
Почему возникла эта путаница? По той же причине, по какой прежние палеонтологи, работавшие на юго-западе США, так часто принимали окаменелости крокодилов за динозавров и по которой другие ученые в Европе и Южной Америке допускали ту же ошибку. В позднем триасе было много животных, которые по внешнему виду и поведению очень, очень походили на динозавров. На языке эволюционной биологии это называется конвергенцией: разные типы животных становятся похожими, потому что живут в похожих условиях и ведут похожий образ жизни. Вот почему и у птиц, и у летучих мышей есть крылья – они летают. Вот почему и змеи, и черви, которые ползают в подземных норах, имеют длинные тонкие тела и безноги.
Конвергенция между динозаврами и крокодилами удивляет, даже поражает. Аллигаторы в дельте Миссисипи и нильские крокодилы, может, и кажутся смутно доисторическими, но они ничуть не похожи на тираннозавра или бронтозавра. Однако в позднем триасе крокодилы были совсем другими.
Напомним, и динозавры, и крокодилы относятся к архозаврам – крупной группе рептилий, которые передвигаются вертикально. Они пережили расцвет после пермского массового вымирания и продолжили процветать, потому что передвигались намного быстрее и эффективнее, чем другие животные, широко расставлявшие лапы. В раннем триасе архозавры разделились на две крупные ветви: авеметатарзалии, от которых произошли динозавроморфы и динозавры, и псевдозухии, породившие крокодилов. Во время головокружительного всплеска эволюции после вымирания псевдозухии также породили ряд других подгрупп, которые развивались в триасе, а потом вымерли. Так как сегодня их нет – в отличие от крокодилов и динозавров (в облике птиц), – эти группы в основном забыты и считаются диковинкой из далекого прошлого, эволюционными неудачниками, которые никогда не поднимались на вершину. Однако этот стереотип ошибочен, потому что большую часть триаса эти крокодилоподобные архозавры процветали.
Большинство основных типов поздних триасовых псевдозухий можно найти в карьере Хейдена. Например, фитозавра махэропрозопа, длиннорылого полуводного засадного хищника, чьи кости мы также видели в Португалии. Он был больше моторной лодки и хватал рыбу – или проходящего мимо динозавра – челюстями, усеянными сотнями острых зубов. По соседству с ним жил типоторакс, растительноядное животное, похожее на танк, тело которого покрывала броня, а на шее торчали шипы. Он относится к группе под названием этозавры, чрезвычайно успешным растительноядным среднего уровня, похожим на бронированных анкилозавров, которые появятся через много миллионов лет. Они хорошо рыли землю и, возможно, даже заботились о потомстве, строя и охраняя гнезда. Наконец, были настоящие крокодилы, но не такие, каких мы знаем сегодня. Примитивные триасовые крокодилы – предковые группы, от которых произошли современные виды, – походили на борзых: были примерно того же размера, прямо стояли на четырех лапах, были стройными, как супермодели, и бегали, как чемпионы. Питались они жуками и ящерицами и, конечно, не были высшими хищниками. Этот титул принадлежал райузухиям: свирепым животным, которые вырастали до 7,5 м, больше, чем крупнейшие морские крокодилы сегодня. С одним из них, заврозухом, мы уже познакомились раньше, он царствовал в Исчигуаласто, наводя ужас на первых динозавров. Только представьте немного уменьшенную четвероногую версию тираннозавра с мощным черепом и шеей, зубами длиной с железнодорожный костыль и укусом, ломающим кости.
Еще одного крокодилоподобного архозавра из Гост-Ранч нашли не в самом карьере Хейдена, а в захоронении целофизисов неподалеку. Его обнаружили в 1947 г., в течение первых нескольких недель раскопок, вскоре после того, как Уитакер открыл костеносный слой. Команда Американского музея выкапывала так много скелетов целофизисов, что со временем энтузиазм угас и им стало скучно. Все новые находки стали казаться сплошными целофизисами. Так что они не заметили, что один из найденных скелетов по размеру был примерно как целофизис, таким же стройным и длинноногим, но все-таки отличался – в частности, у него был клюв, а не арсенал острых зубов. Лаборанты в Нью-Йорке тоже ничего не заметили. Они начали было извлекать образец из камня, в котором он был заточен, но приняли его за очередного целофизиса и забросили. Он мог попасть в хранилище вместе с остальными.
Окаменелость лежала в недрах музея до 2004 г., забытая и никому не нужная. Как раз тогда один из четверки из Гост-Ранч, Стерлинг Несбитт, начал аспирантуру в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Поскольку он планировал писать диссертацию о триасовых динозаврах, то пересмотрел все окаменелости, собранные Колбертом, Уитакером и их командами в 1940-х гг. Многие экземпляры все еще были обмазаны гипсом, поэтому им пришлось остаться на полках. Но один кусок камня с 1947 г. был раскрыт и частично препарирован, поэтому Стерлинг смог его изучить. С горящими глазами и энтузиазмом, которого не хватило участникам полевых работ полвека назад, Стерлинг осознал, что перед ним не какой-то типичный целофизис. Он увидел клюв; он разглядел другие пропорции тела и крошечные передние лапы. А потом Стерлинг увидел строение голеностопного сустава, почти идентичное таковому у крокодилов. Перед ним был вообще не динозавр, а один из псевдозухий, которого эволюция сделала похожим на динозавра.
О таких открытиях мечтают все молодые ученые, когда остаются наедине со своими мыслями, копаясь в ящиках музейных хранилищ. Так как Стерлинг открыл животное, он дал ему название и выбрал навевающее воспоминания прозвище Effigia okeeffeae: родовое название – латинское слово, означающее «призрак», намек на «Ранчо призраков», Гост-Ранч, а видовое – дань уважения самому известному жителю ранчо. Эффигия попала на первые полосы: журналистам приглянулось это неуклюжее беззубое древнекрокодиловое существо, притворяющееся динозавром. Стивен Колберт даже посвятил часть своего шоу новому открытию и в шутку посетовал, что эффигию нужно было назвать не в честь художницы-феминистки, а в честь Эдвина Колберта (однофамильца комика). Помню, как смотрел этот эпизод на последнем году бакалавриата, когда начинал планировать аспирантуру, и был в восторге от того, какой эффект может оказать работа молодого выпускника.
Это меня вдохновило. Раньше я изучал только динозавров, но теперь понял, что эффигия и другие похожие на динозавров псевдозухии были крайне важны для понимания того, как динозавры покорили мир. Я стал читать многие классические работы по палеонтологии динозавров за авторством таких гигантов, как Роберт Бэккер и Алан Чариг, которые многословно провозглашали уникальность динозавров. Дескать, они обладали превосходной скоростью, ловкостью, метаболизмом и интеллектом и вытеснили всех остальных триасовых животных – гигантских саламандр, ранних млекопитающих-синапсид и крокодилоподобных псевдозухий. Динозавры были избранными. Сама судьба предначертала им взять верх над более слабыми видами, превзойти их и основать глобальную империю. Некоторые из этих сочинений вызывают почти религиозное чувство – и неудивительно, ведь Бэккер также выступает как экуменический христианский проповедник и славится зажигательными лекциями, похожими на миссионерские проповеди.
Динозавры, которые обставили всех противников на позднетриасовом поле битвы. Хорошая история, но меня она не убеждала. Новые открытия, похоже, переворачивали ее с ног на голову, и ряд вопросов приводил меня к псевдозухиям. Многие крокодилоподобные архозавры были точными копиями динозавров. А может быть, все было наоборот: это триасовые динозавры пытались походить на псевдозухий? Как бы то ни было, если эти две группы были так похожи, как можно утверждать, что динозавры были высшей расой? Но не только схожесть динозавров и псевдозухий стала стоп-сигналом. В позднем триасе псевдозухий было больше, чем динозавров: больше видов и большее количество самих животных в отдельных экосистемах. Зверинец из Гост-Ранч, в котором жили одновременно фитозавры, этозавры, райузухии, животные вроде эффигии и настоящие крокодилы, не был локальным явлением. Подобные разнообразные сообщества процветали по всему миру.
Но, как часто говорят ученые, когда хотят тонко подколоть друг друга, это объяснение несколько неконкретное. А можно ли численно сравнить, как развивались динозавры и псевдозухии в конце триаса? Как проверить, была ли одна группа более успешной, чем другая, как это менялось со временем? Я погрузился в литературу по статистике, неведомой территории для тех, кто увлечен динозаврами и не очень хорошо знаком с другими областями науки. И не без стыда осознал, что специалисты по палеонтологии беспозвоночных – наши нелюбимые сводные братья, изучающие окаменелые кораллы и моллюсков, у которых даже костей нет, – уже придумали метод 20 лет назад, а мы его проигнорировали. Он называется морфологическим разнообразием.
«Морфологическое разнообразие» звучит как причудливый термин, но по сути это просто мера разнообразия. Разнообразие можно измерять несколькими способами. Первый – посчитать число видов: можно сказать, что Южная Америка более разнообразна, чем Европа, потому что там больше видов животных. Или можно рассчитать разнообразие, исходя из числа особей: насекомые более разнообразны, чем млекопитающие, потому что в любой экосистеме насекомых больше. Морфологическое разнообразие измеряет разнообразие на основе анатомических признаков. По этой логике птицы более разнообразны, чем медузы, потому что у птиц гораздо более сложное тело со множеством разных частей, а медузы – всего лишь мешочки со слизью. Такой способ измерения разнообразия может дать лучшее представление об эволюции, потому что многие аспекты биологии животных, их поведения, диеты, роста и метаболизма завязаны на анатомии. Если вы действительно хотите знать, как меняется группа во времени или как соотносятся две группы, я бы сказал, что морфологическое разнообразие – самый надежный способ это замерить.
Подсчитать количество видов или число особей легко. Нужна только пара глаз и калькулятор. Но как измерить морфологическое разнообразие? Как преобразовать всю сложность тела животного в статистику? Я последовал путем, проторенным палеонтологами беспозвоночных. Делается это примерно так. Сначала я составил список всех триасовых динозавров и псевдозухий, так как именно этих животных я хотел сравнить. Затем я несколько месяцев изучал окаменелости этих видов и составил список из сотен признаков в строении скелета, которые у них различаются. У одних пять пальцев, у других три. Одни ходили на четырех лапах, другие на двух. У одних есть зубы, у других нет. Я закодировал эти признаки в электронной таблице нулями и единицами, как это сделал бы программист. Герреразавр ходил на двух ногах, ставим 0. Заврозух – на четырех, ставим 1. Через почти год работы у меня была база данных с 76 видами триасовых животных, для каждого из которых было выделено 470 скелетных признаков.
После того как нудный и кропотливый сбор данных завершился, пришло время математики. Следующим шагом было построить так называемую матрицу расстояний. Она представляет в численном виде, насколько каждый вид отличается от любого другого, на основе базы данных анатомических признаков. Если у двух видов совпадают все признаки, то расстояние между ними равно 0. Они идентичны. Если два других вида вовсе не имеют общих признаков, расстояние между ними равно 1. Они полностью разные. Для промежуточных случаев предположим, что у герреразавра и заврозуха 100 признаков совпадают, а 370 других отличаются. Расстояние между ними будет 0,79: 370 признаков, по которым они отличаются, делим на 470 – общее количество рассматриваемых признаков. Чтобы нагляднее представить, вспомните таблицы в дорожном атласе, на которых указано расстояние между разными городами. Чикаго находится в 300 км от Индианаполиса. Индианаполис – в 2700 км от Финикса. Финикс – в 2900 км от Чикаго. Эта таблица и есть матрица расстояний.
Вот что интересно насчет матрицы расстояний в атласе. Можно взять таблицу расстояний между городами, ввести ее в программу статистики, запустить так называемый многомерный анализ, и программа «выплюнет» график. Каждый город будет точкой на графике, и расстояние между точками будет идеально соответствовать таблице. Другими словами, график – это карта, географически точная карта со всеми городами в правильных местах и на правильном расстоянии друг от друга. А что, если ввести матрицу расстояний, которая содержит различия в скелетах триасовых динозавров и псевдозухий? Программа статистики тоже создаст график, в котором каждый вид представлен точкой, – этот график называется морфопространством. Но на самом деле это просто карта. Она наглядно показывает распространение анатомического разнообразия среди рассматриваемых животных. У близких друг к другу видов и скелеты похожи, так же как Чикаго и Индианаполис сравнительно близки географически. У двух видов в дальних углах графика анатомия сильно отличается, как большее расстояние между Чикаго и Финиксом.
Эта карта триасовых динозавров и псевдозухий позволяет замерить морфологическое разнообразие. Можно сгруппировать животных на графике в соответствии с тем, к какой группе они относятся – к динозаврам или псевдозухиям, – и рассчитать, кто занимает большую часть карты и потому более анатомически разнообразен. Аналогично можно сгруппировать животных, скажем, из среднего триаса по сравнению с поздним триасом и посмотреть, были ли динозавры или псевдозухии более или менее анатомически разнообразными по ходу триаса. Так мы и сделали и получили потрясающий результат, который опубликовали в 2008 г. в статье, ставшей большим шагом для моей карьеры. На всем протяжении триаса псевдозухии были значительно более морфологически разнообразны, чем динозавры. Они заполнили большую площадь карты, то есть у них был больший диапазон анатомических признаков, а значит, они экспериментировали с большим количеством диет, видов поведения и образов жизни. Со временем обе группы становились все более разнообразными, но псевдозухии всегда опережали динозавров. Динозавры отнюдь не были более сильными воинами, победившими конкурентов, напротив, соперники из крокодиловой линии архозавров затмевали их все те 30 млн лет, которые эти животные сосуществовали в триасе.
Вернемся обратно в крошечную пушистую шкурку наших триасовых предков-млекопитающих, оглядывающих пангейский пейзаж в конце триаса, 201 млн лет назад. Вы увидите динозавров, но они будут не везде, где-то, возможно, вы вообще их не увидите. Они были относительно разнообразны во влажных регионах, где протозавроподы достигали размера жирафов и были самыми распространенными растительноядными, а хищники-тероподы и растительно- или всеядные птицетазовые были гораздо мельче и встречались реже. В более засушливых зонах водились только мелкие хищники, а крупные хищники и растительноядные животные не могли переносить гиперсезонность и мегамуссоны. Ни один динозавр даже не приближался по размеру к бронтозавру или тираннозавру, на всем суперконтиненте их держали в ежовых рукавицах более разнообразные и успешные конкуренты-псевдозухии. В то время вы бы решили, что динозавры были маргинальной группой. Они справлялись нормально, но не лучше, чем многие другие животные. Если вы азартный человек, то, вероятно, поставили бы на то, что не динозавры, а кто-то другой, скорее всего крокодилоподобные архозавры, в итоге возьмет верх, достигнет огромных размеров и захватит мир.
Даже через 30 млн лет после появления динозавров им только предстояло совершить глобальный переворот.