На сушу: как водоросли колонизировали мир

А в конце силура – 427–419 млн лет назад – миру явились первые несомненные растения. Несомненные, но не настоящие – в том смысле, что непохожие на современные, ведь у них еще не было ни корней, ни листьев. Взять хотя бы куксонию (род вымерших примитивных растений), что вырастала не более 5 см в высоту, с ветвящимися стеблями-рогатками с круглыми бляшками (спорангиями – органами, производящими споры) на концах. Этой малютке приходилось выживать на голом песке и камнях, ведь и почвы тогда еще не было. Редуценты, которые ее создают, – в первую очередь грибы – тогда еще тоже жили по большей части в воде, да и что им было перерабатывать на суше?

Но от воды первые растения отходили недалеко, произрастая лишь во влажных низинах и фактически отмирая в засушливый период. Между тем, их становилось все больше – началась в буквальном смысле борьба за место под солнцем. Отодвинуться от живительной влаги – не вариант, выход один – тянуться вверх. Но как, если ты представляешь собой хилую веточку – ни опоры, ни гидравлики, чтобы поднять спасительную воду к кроне? И тогда растения научились убивать часть своих клеток и изобрели прочные высокие трубы – сосуды. А примерно 411 млн лет назад «додумались» и до корней.

Так представляют леса Девонского периода Иллюстрация: Mikko H. Kriek naturedocumentaries.

Ведь грунт в те времена был подвижный, а воды в нем не было совсем (даже в самой жаркой современной пустыне влаги несравнимо больше, чем в «почве» тех лет). Растениям приходилось бурить безжизненный песок, цепляясь за него всеми правдами и неправдами, и буквально «прошивать» неустойчивый грунт своими корнями. Со временем получалась настоящая «армированная» земля (кстати, французский садовник Жозев Монье подсмотрел принцип открытого им железобетона именно у растений). Так со временем появлялись стабильные морские берега, которые больше не обрушивались в воду, и – самое главное – нормальные реки. Отныне они не растекались по всей поверхности суши, а формировали устойчивые русла. Это значит, что растениям можно было уходить в глубь континентов, без оглядки на океаны и моря.

А вот листья (а вы знали, что по-научному их называют макрофиллы?) получились в результате сильного разрастания стеблей около 380 млн лет назад. С их помощью стало еще удобнее получать «вкусный» солнечный свет. Постепенно растения расселились по всей планете и стали новой геологической силой, которая оказалась способна преобразовать Землю не хуже вулканов! Миллионы лет растения поглощали углекислый газ и выделяли кислород в атмосферу, подготавливая среду обитания для нас.

Но – экая наглость! – на сушу снова вышли не мы, а пауки, многоножки, ракоскорпионы и прочая членистоногая нечисть, устремившаяся прочь от водных хищников и учуявшая кислород. Кстати, из-за его избытка в атмосфере (растения постарались на славу) ткани этих существ снабжались кислородом лучше, чем сегодня, поэтому членистоногие начали расти как на дрожжах. Чего только стоит жившая от 303 до 298 млн лет назад меганевра – стрекоза, достигавшая в размахе крыльев 65 см, или гигантская многоножка артроплевра, выраставшая до 2,5 м в длину. И хотя исполинами членистоногие стали позже, даже некрупная жужжащая братия явно привлекала на сушу наших непосредственных предков – рыб.

Между тем, растения продолжали шагать по планете, превращаясь из папоротников-кустов в папоротники-деревья и давая всему живому драгоценную тень. Но вот беда – леса разрастались, а редуценты не могли за ними угнаться. В итоге множество древесины в буквальном смысле валялось без дела – немногочисленные тогда еще грибы и бактерии просто не успевали ее перерабатывать. Деревья падали в водоемы, образуя запруды и болота. Рыбам становилось тесно, душно и грустно. Тем более что эти водоемы в жарком климате девона (419–358 млн лет назад) то и дело пересыхали, да и корни растений еще не успели основательно укрепить берега – вода нередко уходила в песок.

А если влага и оставалась, то в теплой воде, которая плохо растворяет кислород, рыбы начинали задыхаться и потихоньку умирать, еще больше засоряя водоемы. Радости выжившим это не прибавляло. Нужно было срочно что-то предпринимать – и они предприняли: изобрели легкие. А как же жабры? Они, видимо, оставались на месте (ведь рано или поздно водоемы все равно наполнялись водой), хотя есть мнение, что легкие могли возникнуть и на основе жабр. Тогда же появилась и шея – чтобы не только дышать над водой, но и хватать на лету вкусных насекомых. Их обилие на суше было еще одной из причин того, почему наших водолюбивых предков поманила муза дальних странствий.

Но главное достижение девонских рыб… ноги. Точнее, их зачатки. Нашими предками были лопастеперые (или, как их раньше называли, кистеперые) – крупнейшие хищники мелких пресных водоемов. Их родовое название говорит за себя: плавники стали длиннее и толще, чем у других «нормальных» рыб. Такие новшества лопастеперым понадобились, чтобы шлепать по илистому дну, перешагивая плауны и хвощи, ведь в болоте особо не поплаваешь. Именно в те далекие времена и сформировалась наша походка с поочередной перестановкой конечностей, то есть вовсе не для того, чтобы ходить по суше, а чтобы шагать сквозь болотную растительность.

Кстати, наш лопастеперый предок жив до сих пор. Точнее, его близкий родственник – целакант, относящийся к лопастеперым рыбам. А ведь до 22 декабря 1938 года полагали, что они приказали долго жить еще 70 млн лет назад! В этот день в ЮАР одну из таких рыб достали из сетей. Весила она 57,5 кг, в длину равнялась 1,5 м, отливала синим цветом и злобно щелкала челюстями, пытаясь укусить ошарашенных рыбаков.

Сегодня целакантов можно встретить не так уж редко – правда, живут они на глубине около 100 м у берегов ЮАР. Но стоят того, чтобы на них посмотреть, ведь движения их плавников точно повторяют движения большинства современных наземных позвоночных, включая нас с вами: сначала двигается пара грудных и брюшных плавников в противопоставленном порядке (то левые, то правые), а затем – правый грудной и левый брюшной. Кстати, именно потому, что наш мозг пытается двигаться, как будто мы четвероногие, мы инстинктивно двигаем руками при ходьбе. Позже лопастеперые научились сгибать эти плавники, и у них появились зоны плеча, предплечья и кисти, бедра, голени и стопы.

Если кистеперая рыба – лишь родственница нашей прабабки, что зашлепала по девонским болотам, то кто же был самой прародительницей? Сказать сложно. В таких случаях обычно находят лишь самых близких пращуров «переходного звена», но, поскольку это звено уж слишком важное – как-никак, предок всех наземных позвоночных, – ученые ищут особенно тщательно.

И бесспорные кандидаты на роль первопредков – так называемые рипидистии. Это самая разнообразная группа лопастеперых рыб, живших в девонскую эпоху. Некоторые из представителей этих животных достигали пяти метров в длину. А вот останки самой древней рипидистии, жившей 409 млн лет назад и не превышавшей в длину 20 см, нашли в Китае и назвали Tungsenia paradoxa. Все потому, что, несмотря на древность, она обладала некоторыми особенностями, которые сближали ее с наземными четвероногими, – увеличенными и удлиненными полушариями конечного мозга. Из этого палеонтологи делают вывод, что приспособления к наземному образу жизни появились еще в водной среде (ведь Tungsenia paradoxa жила не в болотах, а в воде), а позже они просто усилились.

А еще ученым известно, что рыбы пытались освоить сушу не один раз. Об этом свидетельствуют находки, среди которых встречаются рыбы с разным числом зачатков пальцев. Но выжила только одна линия – пятипалая. Доказательство тому – то, что абсолютно у всех наземных четвероногих пятипалые конечности (даже у лягушек, один из пальцев которых попросту редуцирован). Некоторые исследователи, впрочем, считают, что у четвероногих можно разглядеть торчащие уши – точнее, пальцы – каких-то других лопастеперых.

Ясно одно: если бы нашей прабабкой стала Acanthoostega gunnari, этот текст печатали бы не десять, а 16 пальцев, ведь у рыбины было по восемь «пальцев» на каждой передней лапе. Но Tungsenia paradoxa – очень ранняя форма первопредка, которая еще не покидала воду. Прорыв был совершен в среднем и начале позднего девона. И самым известным претендентом на роль пионера суши стал тиктаалик, живший 375 млн лет назад и найденный в 2004 году в Канаде. На языке эксимосов тиктаалик означает «большая пресноводная рыба». Но рыба ли? И да, и нет. Тиктаалик – классическая переходная форма: у него есть жабры и чешуя, как у рыб, но при этом подвижная шея и легкие, как у земноводных.

Тиктаалик прекрасен, но сегодня обнаружена и вся цепочка предков. Начинает ее Kenichthys cambelli – скромная рыбка, жившая 395 млн лет назад, не обладавшая солидными размерами (всего два сантиметра в длину) и без каких-либо зачатков конечностей. За «хвост» ее кусает более нескромный предок – Eusthenopteron: еще один вид лопастеперых рыб, обитавший на территории современной Канады 385 млн лет назад. Он и выглядел внушительнее, и уже отрастил себе короткие конечности-плавники, хотя и не использовал их для ползания. Его догоняет Gogonasus andrewsae, который приобрел внутреннее ухо и еще более удлиненные плавники.

Trinirau clacae, жившая 387 млн лет назад, внешне все еще похожа на рыбу, но по строению конечностей – это, скорее, четвероногое. Panderichthys rhombolepis – уже существо с треугольной головой, конечностями, которые заканчиваются плавниками и рыбьим хвостом. У него уже нет анальных плавников и чешуи на основании плавников, хотя само тело чешуйчатое. А вот Elpistostege watsoni – это фактически тиктаалик, только чуть более ранний, из конца девона.

Следующим звеном между рыбами и рептилиями стал новый класс животных – амфибии, которые все еще были зависимы от воды, но куда меньше, чем рыбы. Первого представителя звена зовут ихтиостегалией – она стала одной из первых позвоночных и отрастила уже настоящие лапы, хотя все еще была не прочь поплавать со своими рыбными предками. Но это – совсем другая история, ведь суша наконец была покорена: оставалось лишь эволюционировать и множиться.