Борис Александрович Трофимов

Трофимов Борис Александрович

ВЫХОД НА СУШУ

 Толчок к изменению организма был даваем всегда внешними условиями.

В. О. Ковалевский.

ПИОНЕРЫ СУШИ

Появление рыб было событием огромной важности. Ведь именно от них в дальнейшем путем последовательного развития произошли земноводные, пресмыкающиеся, птицы, звери и, наконец, сам человек.Но, пожалуй, не менее важным событием надо считать развитие наземных организмов и прежде всего наземных растений и позвоночных животных.Когда, как и почему это произошло?

Вода и суша — две основные среды жизни, через которые совершалось ее историческое развитие от низших организмов к высшим. В истории растительного и животного мира хорошо наблюдается этот постепенный переход от водной среды к наземной путем приобретения соответствующих приспособлений.Если взять основные типы растений и животных, то они

образуют как бы лестницу. Нижние ступени ее, на которых стоят водоросли, мхи, различные беспозвоночные и низшие позвоночные животные, опущены в воду, а верхние, на которых стоят высшие споровые и цветковые растения, насекомые, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие, выходят на сушу, далеко от воды.Изучая эту лестницу, можно наблюдать постепенное нарастание приспособлений от водного типа к наземному. Это развитие шло сложными и запутанными путями, которые дали большое разнообразие форм, особенно в животном мире. В основании животного мира мы имеем много древних типов, которые приурочены к древним формам водного существования. Простейшие, кишечнополостные, черви, моллюски, мшанки, отчасти иглокожие — это «водоросли» животного мира. Большинство представителей этих групп не вышло на сушу, а жизнь в воде наложила на них отпечаток простоты и слабой специализации строения.Многие считают, что в допалеозойское время поверхность суши представляла сплошную безжизненную пустыню — панэремию (от греческих слов «пан» — весь, всеобщий — и «эремия» — пустыня).Однако взгляд этот едва ли верен. Мы знаем, что в протерозойских морях жили радиолярии, губки, черви, членистоногие, многочисленные водоросли. Более того, древнейшие следы жизни на Земле известны с самого начала геологической истории, с архейской эры. На Украине, например, многие отложения этого возраста составляют метаморфизированные осадочные породы — глины мергели, известняки и графитовые сланцы, — которые имеют органическое происхождение. Вполне вероятно, следовательно, что жизнь в те отдаленные времена была на суше, в пресных водах. Здесь обитали многочисленные организмы: бактерии, синезеленые водоросли, зеленые водоросли, низшие грибы; из животных — корненожки, жгутиковые, ресничатые инфузории и низшие беспозвоночные.Их можно по праву назвать пионерами жизни на суше. Так как не было высших растений и животных, то низшие организмы могли достигать массового развития.Однако настоящее освоение суши разнообразными растениями и животными произошло в палеозойскую эру.В первой половине палеозойской эры на Земле существовали три больших материка. Очертания их были очень далеки от современных.Огромный материк простирался в северной половине земного шара на месте современной Северной Америки и Гренландии. К востоку от него находился другой менее крупный материк. Он занимал территорию Восточной Европы; на месте Азии был архипелаг крупных островов. На юге — от Южной Америки через Африку до Австралии — простирался большой материк — «Гондвана».Климат был теплый. Материки имели плоский, однообразный рельеф. Поэтому воды океанов нередко затопляли низины суши, образуя неглубокие моря, лагуны, которые много раз мелели, пересыхали, а потом снова наполнялись водой. Особенно резко это происходило в силурийском периоде, когда в результате сильных горообразовательных процессов лик Земли претерпевал большие изменения. В нескольких местах земная кора поднялась вверх. Обнажились от воды значительные участки морского дна. Это повело к расширению суши, вместе с тем образовались древние горы — в Скандинавии, Гренландии, Ирландии, в Северной Африке, в Сибири. И, естественно, что все эти перемены сильно повлияли на развитие жизни. Оказавшись вдали от воды, первые наземные растения стали приспосабливаться к новым условиям существования. Таким образом, сама природа как бы заставляла некоторые виды водных растений — зеленых водорослей — приспосабливаться к жизни вне воды. В периоды мелководий, засух некоторые из таких водных растений выживали и, очевидно, главным образом те, у которых лучше развивались корни. Проходили тысячелетия, и водоросли постепенно расселились в прибрежной полосе суши, дав начало наземному растительному миру.

Силурийский, ракоскорпион эвриптерус

У всех наземных растений тело расчленено на части — на стебель, листья и корни. Корень нужен наземному растению для прикрепления и для добывания из почвы воды и солей. Водоросли в корнях не нуждаются — они впитывают соли прямо из воды. Лист нужен наземному растению для питания, улавливания солнечных лучей, так как в нем концентрируется много хлорофилла, стебель — для поддержки листьев и для связи их с корнями.Для наземных растений имеется два способа размножения — половой и бесполый. Половой способ состоит в соединении (слиянии) двух половых клеток, мужской и женской, и в образовании семян. При бесполом размножении в растении возникают споры, прорастание которых и дает начало новому растению. При этом происходит чередование половых и бесполых способов размножения. По мере приспособления растений к наземному существованию у них все больше сокращалось половое размножение, которое связано с водой (оплодотворение у мхов, папоротников может происходить только в воде), и развивалось бесполое.Советские ученые А. Н. Криштофовичи С. Н. Наумова установили, что первые наземные растения появились около 409 миллионов лет назад. Они жили по берегам морей и других водоемов. Первые наземные растения были небольшими, высотой в среднем около четверти метра, и обладали слаба развитой корневой системой. По своему строению эти растения были похожи на мхи и отчасти на водоросли. Их назвали псилофитами, то есть «голыми», или «лысыми» растениями, так как листьев у них не было. Их тело, подобно водорослям, не расчленено еще на основные органы. Вместо корней у них своеобразные подземные одноклеточные выросты — ризоиды. Наиболее древние псилофиты были лишены и стебля. Размножались псилофиты при помощи спор, помещавшихся на концах ветви в спорангиях. Часть псилофитов были болотными растениями, тогда как другие были настоящими обитателями суши, достигая подчас значительных размеров — 3 метров высоты. Псилофиты были недолговечной группой. Они известны только в силурийском и главным образом в девонском периоде. Последнее время некоторые ученые стали к ним относить два рода современных тропических растений — псилотов. От псилофитов или близких к ним растений возникали хвощевые, плауновые и папоротникообразные растения. Приблизительно в одно и то же время с псилофитами возникли мхи и грибы, тоже тесно примыкающие к водорослям, но приспособившиеся в значительной мере к жизни на суше.Вслед за растениями на сушу начали переселяться и животные — сначала беспозвоночные, а потом и позвоночные.Первыми из воды выбрались, по-видимому, кольчатые черви (предки современных дождевых червей), моллюски, а также предки пауков и насекомых — животных, которые во взрослом состоянии дышат трахеями — сложной системой трубок, пронизывающих все тело. Некоторые беспозвоночные того времени, например ракоскорпионы, достигали в длину 3 метров.

ПЕРВЫЕ ЧЕТВЕРОНОГИЕ

Потомки мохоподобных псилофитов — плауновые, хвощевые и папоротникообразные растения, — распространяясь в глубь материков, густыми лесами раскинулись на суше. Этому способствовал наступивший сырой и теплый, как бы оранжерейный, климат — климат непрерывного лета.Величественны и мрачны были древние леса. Гигантские древовидные хвощи и плауны, достигавшие 30 метров в высоту, стояли

вплотную друг к другу, погруженные в болотную почву.Подлесье составляли мелкие хвощи, папоротники и возникшие от них предки хвойных — голосеменные растения. Из скоплений остатков древней растительности в пластах земной коры сформировались впоследствии мощные залежи каменного угля. Недаром один из периодов палеозойской эры назван каменноугольным. Именно тогда образовались мощные отложения угля в Донбассе, Подмосковном бассейне, в Кузбассе и на Урале.Таким образом, растения успешно распространялись на суше. Но не менее интенсивно развивались и представители животного мира.Изменившиеся условия повели прежде всего к тому, что некоторые древние беспозвоночные животные стали вымирать, уже давно исчезли археоциаты, в девоне вымерли трилобиты, древние кораллы и другие беспозвоночные. Зато на смену им пришли более приспособленные к изменившимся условиям организмы. Возникли новые формы водорослей, кораллов, моллюсков, иглокожих животных.

Гигантское стрекозоподобное насекомое каменноугольного периода меганевра

Пышное развитие наземной растительности увеличивало количество кислорода в воздухе, способствовало образованию хороших, богатых питательными веществами почв, особенно в лесах. И не удивительно, что сравнительно скоро жизнь в лесах уже била ключом. Там появились разные пауки, многоножки и их потомки древние насекомые — тараканы, кузнечики. Тогда же возникли первые летающие представители животного мира. Это были поденки и стрекозы. Некоторые стрекозоподобные того времени отличались большими размерами. В размахе крыльев они подчас достигали 75 сантиметров.

Панцырная рыба

Вместе с тем интенсивно развивались водные организмы. Уже в девонском периоде широко распространились и очень разнообразно изменились рыбы.У некоторых из них уплотнилась кожа и превратилась в твердый панцырь. Такие панцырные рыбы, естественно, не могли быстро плавать и поэтому большей частью лежали на дне заливов и лагун.Благодаря своему малоподвижному образу жизни панцырные рыбы оказались неспособными к дальнейшему развитию. Обмеление водоема приводило их к массовой гибели, и они все вымерли к концу девонского периода. Интересны акулы геликоприоны, широко распространенные в каменноугольном и пермском периодах. У них передние зубы не выпадали, как у прочих акул, а по мере старения выдвигались вперед и срастались, образуя специальный орган, который торчал наружу и играл, вероятно, роль органа нападения.Количество зубов с возрастом увеличивалось и достигало 130. Тайна зубного аппарата этих акул была впервые разгадана выдающимся геологом А. П. Карпинским.

Австралийская двоякодышащая рыба цератод

Иная судьба ожидала других рыб, широко распространенных в то время, так называемых двоякодышащих и кистеперых. У них были короткие мясистые плавники — два грудных и два брюшных. Эти плавники служили главным образом для ползания по дну водоемов. Но основное отличие таких рыб — это их способность существовать вне воды.Оба эти приспособления давали возможность рыбам обитать в таких водоемах, которые периодически сильно мелели и даже высыхали.Интересно отметить, что двоякодышащие рыбы живут и в наши дни. Они обитают в пересыхающих летом реках Австралии, Африки и Южной Америки. Недавно в Индийском океане у берегов Африки было поймано несколько кистеперых рыб.

Древнейшее наземное позвоночное ихтиостега

Интересно открытие и строение этих рыб. Морские кистеперые рыбы считались вымершими в меловой период, около 60 миллионов лет назад. Но вот в 1938 году у берегов Южной Африки в Индийском океане рыбаки поймали необычную рыбу с плавниками в виде весел. Рыбу назвали латимерией. В 1952 году у берегов архипелага Коморо в Индийском океане на глубине 160 метров еще поймали рыбу, похожую на латимерию. Ее назвали малания. В 1953—1954 годах в том же районе были пойманы еще четыре рыбы. Эти рыбы оказались близкими по строению к кистеперым рыбам целакантам, населявшим моря более 200 миллионов лет назад. Очевидно, они крайне малочисленны и поэтому до 1938 года оставались никому не известными. Они имеют веслообразные грудные и брюшные плавники — основные органы передвижения, в отличие от других рыб, плавающих при помощи изгибаний хвостовой части туловища. Этот способ передвижения ныне живуших кистеперых рыб помогал им жить в изолированных зонах океана на сравнительно большой глубине — от 100 до 400 метров, где они плавают среди подводных скал. Это — хищные рыбы, питающиеся мелкой рыбешкой. Длина их тела колеблется от 1,3 до 1,6 метра, а вес — от 35 до 60 килограммов.Первые четвероногие позвоночные возникли от кистеперых рыб из группы остеолепид. Это произошло следующим образом.В первую половину девонского периода было жарко и влажно. Но затем климат стал изменяться. Проливные дожди сменялись долгими засухами, усыхали водоемы, подобно тому как это происходит сейчас в тропической Африке, Это было время расцвета двоякодышащих и кистеперых рыб, как теперь костистых. Они жили в реках, больших болотах. Во времена больших засух много рыб погибало, но у некоторых стали вырабатываться приспособления к жизни на суше, и они стали все чаще покидать воду. Из многих видов этих рыб лишь одна группа кистеперых — остеолепиды — оказалась наиболее жизнеспособной в новой среде и дала начало наземным четвероногим. Строение парных плавников и жаберного аппарата этих рыб благоприятствовало этому.В жаркое летнее время их жабры плотно прикрывались жаберными крышками и для дыхания использовался плавательный пузырь, имевший сильное разветвление кровеносных сосудов.

Один из поздних стегоцефалов — бентозух

В тех местах, где водоемы мелели и высыхали особенно часто, приспособления рыб к жизни вне воды все более совершенствовались. Жабры уменьшались, а плавательный пузырь усложнялся, разрастался и постепенно превращался в легкие. Вместе с тем у этих кистеперых рыб менялись и плавники. Они становились гибкими, мускулистыми и делались все более удобными для ползания и постепенно превращались в пятипалые ноги. Изменились и другие органы: усложнились сердце, нервная система, органы чувств. Повысилась подвижность головы и всего туловища.

Схема превращения плавника в ногу

В 1949—1951 годах датские палеонтологи сделали очень интересные находки, пролившие свет на древнейшие этапы процесса преобразования рыб в наземных животных. В девонских породах восточной Гренландии этим исследователям удалось обнаружить остатки четвероногих животных, так называемых ихтиостег. Их короткие пятипалые лапы походили скорее на плавники рыб или ласты, а хвостовая часть туловища была покрыта мелкой чешуей. Наконец, череп и позвоночный столб ихтиостег очень походят на череп и позвоночный столб кистеперых рыб, и поэтому, несомненно, ихтиостеги произошли именно от кистеперых рыб.