Кости: скрытая жизнь. Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем
Шрифт:
Восторгаясь увиденной окаменелостью, я заметил Дешлеру, что Tiktaalik кардинально изменил наше представление о самом важном поворотном моменте эволюционной истории, когда позвоночные выползли из воды на сушу. Дешлер мог бы похвастаться своей работой в ледяном холоде острова Элсмир, где он откопал этот образец, и последующими кропотливыми часами изучения его секретов в музее, однако вместо этого он задумался и сказал: «Ну как и все остальные окаменелости этого переходного периода». Слегка смущенный несдержанным проявлением своего фанатизма, я понимал, что он прав. Скелет Tiktaalik был лишь символичным олицетворением всех окаменелостей, изменивших наше представление об одном из самых выдающихся моментов нашей истории.
Для выхода позвоночных на сушу требовались огромные экологические перемены. Сушу нужно было подготовить (23). Первыми пришли растения, заняв свое место на древних берегах примерно 475 миллионов лет назад. Их история грандиозна
Рыба, способная проводить больше времени на суше, не только избавилась от угрозы быть съеденной хищными соседями, но и получила возможность пиршествовать в мире, где у нее еще не было конкурентов (25). На берегу был настоящий шведский стол беспозвоночных лакомств, который стоял без дела. Вместе с тем Tiktaalik и родственные ему виды, скорее всего, проводили на берегу не так уж много времени, если вообще туда выбирались. Похожие на саламандру Ichthyostega и Acanthostega могли спокойно перемещаться по суше, но в воде им было гораздо комфортнее. Лишь в период между 360 и 345 миллионами лет назад для позвоночных по-настоящему началась земноводная и сухопутная жизнь. Раньше палеонтологи называли этот период «разрывом Ромера» в часть знаменитого специалиста по ископаемым Альфреда Шервуда Ромера, указавшего на скудное количество окаменелостей, датированных этой важнейшей эпохой. Недавние открытия заполнили этот таинственный промежуток и продемонстрировали фантастическое распространение тетраподов в воде и на суше.
Как заметил Тед Дешлер во время моего визита для встречи с Tiktaalik, настоящее завоевание суши произошло не одновременно с появлением конечностей и пальцев. Рыбы стали земноводными и уютно обосновались на суше лишь миллионы лет спустя, в той главе земной истории, с которой мы только начали знакомство. Думая обо всем этом, я начал смотреть на собственные руки несколько иначе. Их прообразы не были спасительной благодатью для бесстрашной, покрытой чешуей рыбы, боровшейся за каждый вдох под безжалостными лучами солнца. Они появились еще в воде, помогая моим рыбьим предкам пробираться через ил и выскакивать на поверхность, чтобы иногда ухватить лакомый членистоногий кусочек. Но огромные возможности конечности открыли для созданий, вышедших на сушу.
В то время, когда рыбы продолжили бороздить моря, а земноводные обосновались на стыке двух стихий, одна группа позвоночных перебралась на сушу окончательно. Это были амниоты, названные так в честь самодостаточной амниотической (зародышевой) оболочки, позволившей им процветать вдали от влажных берегов. Миллионы лет спустя похожая на ящериц группа заложила основу для нашей с вами ветви генеалогического древа. Это были синапсиды – или, если вам будет угодно, зверообразные, – и хотя приобретенные ими изменения и были куда менее заметными, чем некоторые из уже описанных, они все равно внесли существенный вклад в то, как выглядит наше с вами тело сегодня. Скелет этих наших предков был лишь видоизмененной версией уже обычного рыбьего, однако имеет смысл рассмотреть некоторые добавленные и утраченные детали в период, когда наши предки превратились из похожих на ящериц созданий в мохнатых, напоминающих куницу, звероподобных. Так, например, у вас в глазах нет костей.
Расцвет звероподобных пришелся на пермский период, где-то между 298 и 252 миллионами лет назад. В этот период жил диметродон – животное с парусом на спине, которое часто путают с динозавром, однако на самом деле оно гораздо ближе по родству к нам с вами, – а также другие удивительные существа. У многих в наследство от предков-рептилий остались склеротикальные кольца – связанные между собой кости вокруг глазных яблок. Они были у диметродона и у клыкастого, похожего на свинью дицинодонта, и у саблезубых горгонопсов. Даже у группы, отделившейся в итоге от млекопитающих-цинодонтов, появлялись отдельные особи со склеротикальными кольцами в глазах. На заре же семейства цинодонтов, к которым мы с вами принадлежим – если не боитесь сломать себе язык научной терминологией, то официально они называются «пробаиногнатусы», – кости в глазах были утрачены (26). Объяснением
Большинство из цинодонтов, напоминающих куницу, были относительно небольшими по сравнению с другими предками млекопитающих. Их череп составлял примерно десять сантиметров в длину, а тело по размеру было примерно как у современной лисицы. При столь малых габаритах глаза не нуждаются в особой поддержке. У больших глаз возникают трудности с так называемой аккомодацией – определенная группа мышц, напрягаясь и расслабляясь, позволяет глазу настраиваться на различную глубину резкости, чтобы сохранять остроту зрения. У рыбоподобных морских рептилий, ихтиозавров – глубоководных существ, плывущих в темноте в поисках кальмаров, – были огромные глаза с не менее впечатляющими склеротикальными кольцами, которые помогали им не терять свою добычу из фокуса в сумрачной толще воды. У маленьких животных с глазами поменьше подобных ограничений не было. Цинодонты, поедающие насекомых, еще меньше нуждались бы в таких костях, если бы они были преимущественно активны ночью или в сумерках, когда нет необходимости видеть все, что происходит вокруг. Не то чтобы подобные особенности способствовали этой утрате. В настоящее время существуют небольшие рептилии и птицы, у которых по-прежнему есть склеротикальные кольца. Уменьшение размера млекопитающих и их предков, возможно, позволило глазам наших прародителей размягчиться. А с учетом того, что кости имеют склонность ломаться, это, пожалуй, к лучшему. Я рад, что мне никогда не придется обращаться в травмпункт из-за перелома глаза.
Глазные кости стали не единственной утратой в этот период нашей истории. Судя по обнаруженным окаменелостям, наши предки тогда избавились еще и от ребер на животе, при этом общее количество отходящих от спины ребер уменьшилось еще до появления первых настоящих млекопитающих. Основание нашего корпуса досталось нам от мохнатого сопящего цинодонта. Причем дыхание, пожалуй, стало критически важным фактором. Помните диметродона и других похожих на ящериц предков млекопитающих? Скорее всего, они дышали не с помощью диафрагмы, а закачивали в легкие воздух, активно двигая ребрами, как это делают ящерицы. Кроме того, они даже перемещались, подобно ящерицам, переваливаясь из стороны в сторону всем телом. Это, должно быть, значительно ограничивало способность диметродона и его сородичей дышать на бегу и затрудняло ловлю и поедание добычи. Когда же наши предки-цинодонты и родственные им виды отказались от переваливающейся походки, подняв свои тела выше над землей и начав двигать ими во время ходьбы главным образом вверх-вниз, что мы по-прежнему наблюдаем у млекопитающих, открылись новые эволюционные возможности. Цинодонты больше не нуждались в ребрах для защиты живота от жесткой земли, равно как и в гибких ребрах, способных сдавливать внутренности. Их грудная клетка стала жесткой опорой, а дыхательные движения взяли на себя ткани, расположенные внутри ее. Наши цинодонты были прирожденными бегунами.
Все эти движения и встряски также привели к появлению у первых зверей одной из самых странных костей во всем нашем скелете. Я имею в виду коленную чашечку – закругленную кость, расположенную в месте соединения голени и бедра. Особенным ее делает тот факт, что коленная чашечка является так называемой сесамовидной костью – то есть костью, растущей внутри сухожилий. Между вашими коленными чашечками и остальным скелетом нет жесткого крепления. Они удерживаются между вашими квадрицепсами и надколенными сухожилиями, прямо над местом, где встречаются бедренная и большая берцовая кости. Когда вы появились на свет, ваши коленные чашечки были сухожилиями, однако уже к трем годам полностью окостенели.
Мы не единственные существа с коленными чашечками. Надколенники как минимум однажды возникали в ходе эволюции у птиц, многократно появлялись у ящериц и млекопитающих, причем практически все эти виды обзавелись ими в Юрский период. А все потому, что надколенник весьма полезен в быту. Будь то у птицы, кошки или у нас с вами, эта необычная кость может выступать в качестве рычага, поддерживающего вес животного, когда оно стоит или двигается. Кроме того, эта кость помогает держать ноги прямо, коленные чашечки являются частью опорно-двигательного аппарата у лошадей и других животных, позволяя держать колени в согнутом состоянии неподвижно. Нам практически ничего не известно о том, какую функцию выполняли коленные чашечки, когда они только появились в ходе эволюции, ведь и удерживающие кость сухожилия, и сама кость были тогда гораздо тоньше и еще не до конца сформировались. Возможно, все дело попросту в преодолении определенного порога, когда особи, которым посчастливилось стать обладателями сесамовидных костей в коленном суставе, оказались лучше приспособлены справляться с нагрузкой при беге, а также, по счастливому стечению обстоятельств, оставили после себя больше потомков, продолживших их начинание. Никто не знает этого наверняка, однако коленные чашечки запросто могли стать еще одной счастливой случайностью, которая помогла собрать нас в известном нам виде.