Текст книги "Новая история происхождения жизни на Земле"

Автор книги: Джозеф Киршвинк

Соавторы: Питер Уорд
сообщить о нарушении

Текущая страница: 28 (всего у книги 31 страниц)

Поскольку птицы обладали способностью быстро перемещаться, в том числе летать, то логично было бы предположить, что их шансы на выживаемость гораздо выше, чем у нелетающих животных. К сожалению, птицы, чьи кости легкие трубчатые, оставляют меньше окаменелостей, так что собрать образцы бывает нелегко. Но благодаря упорству исследователей у нас теперь есть достаточно материала, чтобы, по крайней мере, образованная часть публики могла представить себе судьбу птиц в эпоху перехода от мезозоя к кайнозою, прочитав те страницы геологической летописи, которые выжжены падением астероида.

К концу мелового периода время существования птиц на планете превышало временной интервал от столкновения Земли с Чуксулубом и до наших дней.

Великое разнообразие птиц

Временные интервалы развития видового разнообразия птиц можно изучать с помощью не только ископаемых, но и анализа ДНК. В первом десятилетии XXI века было проведено несколько независимых исследований ДНК современных видов[242]242
  P. Ericson et al. «Diversification of Neoaves: Integration of Molecular Sequence Data and Fossils,» Biology Letters 2, no.4 (2006): 543–47; см. также. W. Brown et al., «Nuclear DNA Does Not Reconcile „Rocks“ and „Clocks“ in Neoaves: A Comment on Ericson et al.,» Biology Letters 3, no. 3 (2007): 257–20; A. Suh et al., «Mesozoic Retroposons Reveal Parrots as the Closest Living Relatives of Passerine Birds,» Nature Communications 2, no. 8 (2011).


[Закрыть], и в результате появилось некоторое число версий «эволюционного дерева» птиц (предположительно произошедших от выживших в мел-палеогеновой катастрофе древних форм). Новые версии генеалогического дерева птиц преподнесли ученым сюрпризы. Например, ближайшими родственниками обычных пресноводных ныряющих птиц-поганок оказались… фламинго! Колибри – особая форма козодоев, а соколы по происхождению ближе певчим птицам, а не прочим хищникам типа орлов. И хотя уже одни эти факты весьма неожиданны, существует кое-что еще более поразительное.

Представьте себе, новая модель происхождения видов птиц помещает отряд тинамуобразных на одну ветвь с нелетающими – страусами, эму и киви. Важность этого открытия в том, что, оказывается, неспособность к полету развивалась у этой генеалогической ветви дважды, либо тинаму заново обрели способность летать, хотя произошли от нелетающих предков. И еще: новое «дерево» демонстрирует близкородственные отношения между воробьиными (самым крупным отрядом среди всех птиц) и попугаями. При этом, несмотря на все эти удивительные открытия, до сих пор не выяснено, когда же произошло разделение птиц на два основных подкласса: бескилевых и новонёбных.

Несколько основных современных групп настоящих птиц, как выяснилось совсем недавно, возникли в конце мелового периода. Эти сведения были получены в результате изучения останков ископаемого вегавис, найденных на острове Вега у берегов Антарктиды. Настоящие птицы разделились на бескилевых (тинаму, киви, страусы, эму) и новонёбных (все остальные птицы). Момент возникновения первичного разнообразия новонёбных также не определен. Наиболее правдоподобным является предположение, что первоначальное разделение настоящих птиц произошло перед мел-палеогеновым вымиранием. Но верно ли это предположение? И если да, то насколько раньше вымирания? Выше мы уже упоминали о группе специалистов (к ним относится, например, Алан Федуччиа), уверенных, что современные птицы появились только после мел-палеогеновой катастрофы. Также существуют теории, согласно которым под сомнение ставится факт распространения новонёбных до и после гибели других динозавров.

Таким образом, новые образцы с острова Вега стали решающим событием. Вега – маленький островок к северу от острова Джеймс Росс, на котором до этого также нашли останки птиц, послужившие важным ключом к пониманию эволюции птиц. Находки на острове Вега дали первое свидетельство того, что современные птицы существовали в конце мелового периода одновременно с не-птичьими динозаврами.

Наконец, еще один вопрос уже долгие годы мучает палеонтологов. В середине кайнозоя птицы снова попытались стать гигантскими хищными динозаврами. Самой знаменитой из таких попыток были «ужасные птицы», о численности которых можно судить по сведениям, приведенным ниже. Разумеется, существовала жесткая конкуренция между такими птицами и новыми тогда группами предков современных хищных млекопитающих – псовых, кошачьих, медвежьих, куньих.

Эволюция больших нелетающих птиц (бескилевых), существующих сегодня, – страусов, нанду, казуаров и других – всегда представлялась возвратом к двуногим формам динозавров. Но поскольку такие птицы, естественно, не могли прыгать с острова на остров или пересекать большие водные пространства, как это делают летающие птицы, то давно устоялось мнение, что все группы нелетающих птиц возникли независимо друг от друга. Так как большинство таких птиц обитают сегодня на южных материках, которые в мезозойскую эру были объединены в один суперконтинент, то подразумевается, что страусы Африки, нанду Южной Америки и казуары Австралии возникли в результате раскола Гондваны. Однако одним из многочисленных сюрпризов ДНК-анализа оказалось то, что эти нелетающие бескилевые птицы на самом деле развились как отдельные группы не после, а до того, как потеряли способность к полету[243]243
  K. J. Mitchell et al., «Ancient DNA Reveals Elephant Birds and Kiwi Are Sister Taxa and Clarifies Ratite Bird Evolution,» Science 344, no. 6186 (2014): 898–900.


[Закрыть].

Африка и Мадагаскар – одни из первых областей Гондваны, отделившиеся от основного суперконтинента, поэтому можно было предположить, что ранняя изоляция этих участков суши приведет эволюцию к созданию самых древних бескилевых – африканских страусов и слоновых птиц Мадагаскара. Из-за близости Мадагаскара к Африке казалось вероятным, что страусы и слоновые птицы должны быть близкородственными, но при этом сильно отличаться от прочих нелетающих бескилевых, включая нанду и новозеландских моа (последние, так же как и существующие сегодня киви, развивались в собственной изоляции). Но, как уже упоминалось, изучение ДНК дало неожиданные результаты.

Мадагаскарские слоновые птицы оказались ближе к новозеландским моа и киви, чем к африканским страусам. Эти данные подтверждают гипотезу, что группа, в которую входили слоновые птицы и их новозеландские родичи, обрела генетическую самостоятельность до того, как потеряла способность к полету.

Ныне живущие бескилевые являются единственными крупными динозавроподобными птицами прошлого. Самые большие сухопутные птицы, на сегодняшний день вымершие, демонстрировали возврат к строению тела, характерному для двуногих плотоядных динозавров мезозоя. Известные под научным названием «фороракосы» («ужасные птицы»), эти существа появились в Южной Америке примерно 60 млн лет назад и исчезли около 2 млн лет назад, в период первого плейстоценового наступления ледников. Некоторые из этих птиц перебрались в Северную Америку, а в Южной они оставались главными хищниками в течение почти всего кайнозоя В современности нет существ, подобных фороракосам, и это прекрасно.

Новые сведения, полученные в 2010 году методами компьютерной томографии, помогли нам по-новому увидеть жизнь и гибель этих существ. Исследование показывает, что большие клювы этих чудовищ были полыми, что стало для ученых полной неожиданностью. Такой клюв должен быть хрупким и слабым, его легко сломать боковым воздействием. Скорее всего, они использовали клюв как топор, а настигая жертву, полагались на свои мощные лапы с огромными когтями.

Как и у большинства нелетающих птиц, крылышки у фороракосов были маленькие и короткие, но лапы – длинные, сильные, с когтистыми пальцами. Мускулатура лап позволяла развивать большую скорость при беге. Было установлено, что некоторые виды «ужасных птиц» могли бегать со скоростью 112 км/ч по плоской местности, а в южноамериканской пампе таких мест полно. В беге они могли бы соперничать, скажем, с гепардами. Сочетание высокой скорости передвижения, большого клюва и жутких когтей на мощных лапах делали фороракосов более чем успешными хищниками.

Из всех птиц фороракосы имели самый большой мозг, а отсюда напрашиваются неприятные выводы. Недавно стали известны результаты наблюдений над интеллектом африканских серых попугаев: нейрофизиологи и психологи считают, что мы серьезно недооцениваем разумность птиц. Хотя специалисты признают наличие когнитивных способностей у приматов, птицы в целом – и фороракосы, возможно, тоже – являются одними из самых разумных живых существ, когда-либо живших на нашей планете.

Глава 19
Появление человека и десятое массовое вымирание:
2,5 миллиона лет назад – современность

Было время, когда на страницах некоторых книг высказывались предположения, что мир, возможно, вступает в эпоху еще одного массового вымирания (в двух книгах соавтора данного сочинения Питера Уорда также можно обнаружить подобные утверждения, см., например, Rivers in Time («Реки времени»))[244]244
  P. Ward, Rivers in Time (New York: Columbia University Press, 2000).


[Закрыть]. В книге Ричарда Лики The Sixth Extinction («Шестое вымирание»[245]245
  R. Leakey and R. Lewin, The Sixth Extinction (Norwell, MA: Anchor Press, 1996).


[Закрыть]) было представлено подробное описание пяти «великих массовых вымираний» (о которых мы уже рассказали выше), в результате каждого из которых погибало более 50 % всех существовавших в соответствующий период видов: ордовикское, девонское, пермское, триасовое и мел-палеогеновое. В нашей новой истории развития жизни на Земле мы берем на себя смелость утверждать, что всего произошло 10 крупных массовых вымираний, масштабы которых позволяют отделить их от малых вымираний, например, от события гибели видов в период позднепалеоценового термического максимума или нескольких случаев частичной гибели видов в юрском или меловом периодах. Итак, 10 крупных массовых вымираний:

1. Кислородная катастрофа. Это событие, возможно, было самым опустошительным, если говорить о процентном соотношении погибших и выживших видов – отдельно и таксономическими группами. Кислород оказался смертельно ядовитым почти для всех видов микроорганизмов в соответствующий период времени. Если учесть, что это событие отчасти совпало с первым периодом «Земли-снежка», то становится понятно, насколько оно было ужасным. Представьте, что вы идете по улице, и вдруг воздухом становится невозможно дышать. Воздух есть, но он совсем другой! Вот что испытали те водные организмы, которые создали жизнь на Земле. Океан вдруг наполнился кислородом.

2. Серия вымираний в криогении. Период последовательных событий «Земли-снежка» в позднем протерозое. Океан и сушу сковал толстый грязный лед. Фотосинтез почти прекратился. Богатая и разнообразная жизнь на суше и в море (причем в море намного богаче и разнообразнее) погибла. Это был удар не просто по разнообразию видов, но по самой биомассе.

3. Вымирание в позднем эдиакарии. Погибали строматолиты, цианобактериальные маты и, в особенности, вендобионта – «эдиакарский сад». Его населяли прожорливые и, что главное, способные к самостоятельному передвижению животные, которые ели все подряд на своем пути, внося страх и смуту в экосистемы малоподвижных микроорганизмов, покрывавших дно океана и поверхность суши.

4. Вымирание в позднем кембрии – кембрийский положительный сдвиг изотопа углерода. Гибель большинства трилобитов, многих видов «странных чудес» из сланцев Бёрджесс и пр. Очень важно помнить, что впоследствии полностью поменялись морфологические типы трилобитов, которые эволюционировали из форм с примитивными глазами и сегментацией, не позволяющей сворачиваться в шар и тем самым спасаться от хищников. В результате этого события пострадали первые по-настоящему крупные подвижные и покрытые панцирем плотоядные организмы – головоногие наутилоиды. Также имели место заметные химические изменения.

5. Ордовикское массовое вымирание. Глобальное вымирание тропических видов. Было вызвано похолоданием и, возможно, изменением уровня моря.

6. Девонское массовое вымирание. Придонные организмы и другие обитатели моря. Было ли это первым парниковым вымиранием?

7. Пермское массовое вымирание. Парниковое массовое вымирание на суше и в морях.

8. Триасовое массовое вымирание. Парниковое массовое вымирание на суше и в морях.

9. Мел-палеогеновое массовое вымирание. Гибель видов в результате парникового эффекта и столкновения Земли с крупным космическим объектом.

10. Плейстоцен-голоценовое массовое вымирание. Началось примерно 2,5 млн лет назад и продолжается до сих пор. Причины – климатические изменения и антропогенные факторы.

Последний пункт должен вызывать у нас наибольшее беспокойство. Другие случаи вымираний, особенно парниковые, должны были нас испугать, но этого не произошло, вероятно, оттого, что они были очень и очень длительными. Медленная гибель, и… коснулась она не нас. Мы довольно устойчивы к вымираниям. Мы выживем. Но будем ли счастливы? На опустевшей планете? Окруженные одомашненными животными и растениями, чьи «прыгающие» гены перемещаются как им вздумается и вполне могут запустить еще один непредсказуемый кембрийский взрыв.

На пути к десятому вымиранию

В 2010 году в США из Эфиопии прибыл один из самых знаменитых музейных экспонатов – ископаемые останки первого гоминида по имени Люси[246]246
  «Lucy's Legacy: The Hidden Treasures of Ethiopia,» Houston Museum of Natural Science, 2009.


[Закрыть]. От Люси мало что осталось, по правде говоря: около 40 % скелета, реконструированный рост – примерно 1 метр. Тем не менее Люси о многом рассказала ученым[247]247
  D. Johanson and M. Edey, Lucy, the Beginnings of Humankind (Granada: St. Albans, 1981); W. L. Jungers, «Lucy’s Length: Stature Reconstruction in Australopithecus afarensis (A. L.288–1) with Implications for Other Small-Bodied Hominids,» American Journal of Physical Anthropology 76, no. 2 (1988): 227–31.


[Закрыть].

Половой диморфизм – термин, означающий, что у вида наблюдаются два разных типа строения тела – мужской и женский. Он, безусловно, относится не только к гоминидам, и больший по размеру представитель двух полов – не обязательно мужская особь. У многих животных, например, некоторых головоногих (но не у наутилусов, что занятно), самки крупнее. Конечно, ведь для производства яиц требуется больший объем тела, чем для выработки мужских половых клеток. У гоминид, однако, начиная с шимпанзе и заканчивая человеком, крупнее самец. Диморфизм у человека хорошо проявляется в цифрах. Например, рост самок (женщин) составляет 90–92 % от роста самцов (мужчин), в зависимости от расы. Вид, к которому относилась Люси, имел другие характеристики.

Люси – не единственный представитель своего вида, известный на текущий момент. Ее вид, австралопитек афарский (Australopithecus afarensis), на сегодняшний день намного лучше изучен по сравнению с тем, что мы знали (или, скорее, не знали) о нем в 1974 году, когда группа Дона Джохансона обнаружила Люси. Среди наиболее свежих находок – скелет самца того же вида, достаточно хорошо сохранившийся, чтобы можно было рассчитать его рост при жизни. Его назвали Кадануумуу, что означает «Большой человек», его рост составлял 1,5 метра. Подбородок Люси оказался бы как раз на уровне его пупка.

Если исходить из того, что Люси и Большой человек относятся к одному виду, то получается, что рост самок этого вида составлял всего 70 % от роста самцов. Из этого можно сделать важные выводы как в поведенческом плане, так и в культурном. В 2012 году антрополог Патриция Крамер из Вашингтонского университета представляла подробный доклад[248]248
  B. Yirka, «Anthropologist Finds Large Differences in Gait of Early Human Ancestors,» Phys.org, 12 ноября, 2012; P. A. Kramer, «Brief Communication: Could Kadanuumuu and Lucy Have Walked Together Comfortably?» American Journal of Physical Anthropology 149 (2012): 616–20; P. A. Kramer and D. Sylvester, «The Energetic Cost of Walking: A Comparison of Predictive Methods,» PLoS One (2011).


[Закрыть] о соотношении скорости ходьбы у мужчин и женщин в зависимости от длины ног. В частности, она сообщила, что оптимальная скорость Большого человека при ходьбе была 4,6 км/ч, а у Люси намного меньше, всего 3,7 км/ч. Чтобы идти в ногу с самцом, самкам приходилось прикладывать очень много усилий, а сбивающееся дыхание, да еще в мире, полном хищников, – не самая лучшая стратегия выживания. Поэтому Крамер предположила, что, как и шимпанзе, самцы и самки гоминид проводили большую часть времени отдельно друг от друга, занимаясь поисками пищи.

Другие африканские находки также внесли изменения в некоторые давно сложившиеся представления. Люси и представители ее вида постоянно изображаются прямоходящими, то есть на двух ногах, на фоне живописных плейстоценовых степей с островками леса. Но однажды были найдены лопатки самки афарского австралопитека (более раннего происхождения, чем останки Люси, – примерно на 100 тысяч лет старше), по которым можно определить, что представители данного вида были, скорее, обитателями деревьев, хотя и хорошо приспособленными к хождению по земле. Вопрос, как много времени проводили наши далекие предки на деревьях, очень бурно обсуждается[249]249
  D. J. Green and Z. Alemseged, «Australopithecus afarensis Scapular Ontogeny, Function, and the Role of Climbing in Human Evolution,» Science 335, no. 6106 (2012): 514–17.


[Закрыть], во многом потому, что до обнаружения этих лопаточных костей никаких оснований предполагать, что данный вид был приспособлен к жизни на деревьях, не существовало. Новые данные заставляют нас думать, что, по-видимому, австралопитеки спустились с деревьев не так рано, как нам бы хотелось считать.

Хотя гоминиды – относительно новые обитатели Земли, в целом наш отряд – приматы – появился уже в меловом периоде. Наш предок пургаториус, на счастье, пережил мел-палеогеновое массовое вымирание. Некоторые из самых ранних приматов относились к лемурам. Более развитые приматы – первые настоящие антропоиды (к которым сегодня также относятся человекообразные обезьяны и человек) – появляются в геологических отложениях в Азии, датированных 45 млн лет назад. Самый древний представитель настоящих антропоидов, названный «эосимия», был обнаружен в Китае.

Приблизительно 34 млн лет назад появились более умные, крупные и, вероятно, более агрессивные обезьяны. Одна из них – катопитек – имела размер черепа, как у современной маленькой обезьянки, относительно плоскую морду (лицо), и это был первый представитель приматов, строение зубов которого совпадало с тем, что мы видим у современного человека: два резца, один клык, два премоляра и три моляра с каждой стороны челюсти. Теперь мы имеем хорошее представление о нашем собственном генеалогическом древе, а именно о том, где и когда впервые появились «люди» – о зарождении африканских австралопитеков.

Палеоантропологи проделали огромную работу, пытаясь выяснить, где и когда возник наш вид. Семейство гоминид, к которому относится человек, вероятно, появилось 5–6 млн лет назад. С той поры в нашем семействе развились девять видов, хотя это число спорно, поскольку со временем обнаруживаются новые кости и возникают новые интерпретации.

Самым важным для нас потомком древних гоминид является первый представитель нашего рода Homo («человек») – вид, названный «человек умелый» (Homo habilis) за его способность использовать различные орудия. Возраст его останков – 2,5 млн лет. От этого существа примерно 1,5 млн лет назад произошел «человек прямоходящий» (Homo erectus), а от него – наш вид, «человек разумный» (Homo sapiens). Наш вид мог произойти либо непосредственно от «человека прямоходящего» около 200 тысяч лет назад, либо через переходную форму «человек гейдельбергский» (Homo heidelbergensis). Далее в нашем виде развились несколько самостоятельных разновидностей.

Одни ученые считают, что неандертальцы – разновидность, другие утверждают, что это – отдельный вид «человек неандертальский» (Homo neanderthalensis). Анализ ДНК неандертальцев является по-настоящему интригующей областью новейших палеоантропологических исследований. В частности, последние данные свидетельствуют[250]250
  J. P. Noonan, «Neanderthal Genomics and the Evolution of Modem Humans,» Genome Res. 20, no. 5 (2010): 547–53.


[Закрыть], что генеалогические ветви современного человека и неандертальца разошлись до возникновения современных людей и нашей существующей сегодня ДНК Неандертальцы не являются ни нашими предками, ни нашими потомками, но и они, и мы произошли от общего вымершего предка, который отличался от обоих видов[251]251
  K. Prufer et al., «The Complete Genome Sequence of a Neanderthal from the Altliai Mountains,» Nature 505, no. 7451 (2014): 43–49.


[Закрыть].

Формирование нового вида рода «человек» происходило, когда небольшая группа гоминид оказывалась по каким-то причинам отделенной на несколько поколений от общей популяции. В 1960–1970-х годах существовало мнение, что современный человек появился в результате одновременной эволюции параллельно существующих на разных континентах популяций – разные группы «человека прямоходящего» развились в «человека разумного» независимо друг от друга в различных частях планеты. Сегодня эта теория выглядит просто забавной.

Геологическая летопись говорит, что самый древний представитель нашего вида – его часто называют «современный», чтобы отличить от более древних форм «человека разумного», – жил 195 тысяч лет назад на территории современной Эфиопии. Неизвестно, да и неважно, являются ли останки этого первого современного человека «местными» по происхождению или он случайно забрел туда из реального места своего возникновения. Очень скоро компания наших предков распространилась из Эфиопии до самых дальних южных районов африканского континента, а потом и на север, проложив себе в дальнейшем путь из Африки в Евразию. Так современные люди расселились по всему земному шару[252]252
  P. Mellars, «Why Did Modem Human Populations Disperse from Africa ca. 60,000 Years Ago?» Proceedings of the National Academy of Sciences 103, no. 25 (2006): 9381–86.


[Закрыть], отделившись от других видов своего рода, и приспособились к самым разнообразным условиям существования. Жители северных широт, где мало солнца и много снега, обладают качествами, как физиологическими, так и психологическими, которые значительно отличаются от качеств людей африканских равнин. Количество людей увеличивается и эволюционирует, приобретая новые качества и разновидности, и все это – в рамках одного вида.