Текст книги "История Земли"

Автор книги: Ричард Фостер Флинт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 26 страниц)

Морские рептилии

При изучении жизни в мезозое едва ли не сильнее всего поражает то, что почти половина всех известных видов рептилий жила не на суше, а в воде, в реках, эстуариях и даже в море. Мы уже отмечали, что в мезозое на континентах широко распространились мелководные моря, поэтому для водных животных не было недостатка в жизненном пространстве.

В мезозойских слоях встречается большое количество ископаемых рептилий, приспособленных для жизни в воде. Этот факт может означать только то, что некоторые рептилии вернулись обратно в море, на родину, где когда-то давно появились предки динозавров – рыбы. Этот факт требует некоторого объяснения, поскольку на первый взгляд здесь происходил регресс. Но мы не можем считать возвращение рептилий в море шагом назад с эволюционной точки зрения только на том основании, что девонские рыбы вышли из моря на сушу и развились в рептилий, пройдя стадию амфибий. Напротив, это положение иллюстрирует принцип, согласно которому каждая активно развивающаяся группа организмов стремится занять все разновидности среды, в которых она может существовать. В действительности перемещение рептилий в море не слишком отличается от заселения амфибиями рек и озер в позднекамен-ноугольное время (фото 38). В воде имелась пища и конкуренция была не слишком жестокой, поэтому сначала амфибии, а затем рептилии переселились в воду. Уже перед концом палеозоя некоторые рептилии стали водными обитателями и начали приспосабливаться к новому образу жизни. Эта адаптация шла в основном по пути усовершенствования способа передвижения в водной среде. Конечно, рептилии продолжали дышать воздухом так же, как дышит воздухом современный кит, млекопитающее, хотя и сходное по форме тела с рыбой. Более того, мезозойские морские рептилии развились не из какой-либо одной наземной рептилии, которая приняла решение уйти обратно в воду. Ископаемые скелеты неоспоримо свидетельствуют о том, что они имели различных предков и появились в различное время. Тем самым ископаемые остатки показывают, насколько разнообразным был отклик организмов на изменение условий среды, в результате которого создалось обширное пространство, изобилующее пищей и пригодное для заселения.

Обширная информация была получена при изучении ископаемых остатков, содержащихся в морских аргиллитах и меловых известняках; в этих тонкообломочных породах сохраняются не только кости, но также отпечатки кожи и чешуи. За исключением наиболее мелких и примитивных видов, большинство морских рептилий было хищниками и принадлежало к трем главный группам: их-тиозавры, плезиозавры и мозазавры. Кратко характеризуя их, мы должны в первую очередь отметить, что ихтиозавры приобрели сходную с рыбами удлиненную форму (рис. 50) и были превосходно приспособлены к быстрому плаванию в погоне за рыбой или головоногими моллюсками. Эти животные, достигавшие 9 метров в длину, имели голую кожу, спинной плавник и хвост, как у рыбы, а их четыре конечности превратились в подобие тюленьих ласт и использовались для управления движением тела при плавании. Все пальцы в этих ластах были тесно соединены, и для увеличения прочности в них существовали дополнительные кости. Большие глаза ихтиозавров были приспособлены для того, чтобы хорошо видеть в воде. У них даже появилось одно очень существенное усовершенствование процесса размножения. Будучи животными, которые дышали воздухом, но жили в морской воде, они не могли откладывать яйца. Поэтому у ихтиозавров появился способ размножения, при котором зародыш развивался внутри тела матери и, достигая зрелости, рождался живым. Они стали живородящими. Этот факт устанавливается находками превосходно сохранившихся остатков самок ихтиозавров с полностью сформировавшимися детенышами внутри их тела, число детенышей достигает семи.

Рис. 50. Четыре группы животных, которые приобрели обтекаемую форму тела в результате приспособления к жизни в воде: А. рептилия, Б. рыба, В. птица, Г. млекопитающее. Первоначально они имели различный облик, но в ходе эволюции приобрели внешнее сходство

Вторая группа включает плезиозавров, которые в отличие от рыбообразных ихтиозавров сохранили исходную форму тела рептилий, достигая 7,5-12 метров в длину. Если бы не хвост, плезиозавр походил бы на гигантского лебедя. Конечно, предком плезиозавра была совсем не та наземная рептилия, которая дала начало ихтиозаврам. Ноги у плезиозавров превратились в длинные плавники, а голова, посаженная на длинной шее, была снабжена острыми зубами, которые смыкались и надежно удерживали самую скользкую рыбу. Такие зубы исключали пережевывание; плезиозавр заглатывал добычу целиком и затем измельчал ее в желудке с помощью камешков. О рационе плезиозавров можно судить на примере содержимого желудка одного из них, который, по-видимому, погиб прежде, чем камни в его желудке успели измельчить проглоченную им пищу в должной степени. Было установлено, что содержавшиеся в желудке кости и обломки раковин принадлежат рыбам, летающим рептилиям и головоногим, которые проглатывались целиком, вместе с раковиной.

Третья группа морских рептилий получила название мозазавров, потому что они впервые были обнаружены вблизи реки Мозель, в северо-восточной Франции. Их можно было бы назвать "запоздалыми", потому что они появились тольдо в позднеме-ловое время, когда ихтиозавры заселяли моря уже в продолжение почти 150 миллионов лет. Предками мозазавров были скорее ящерицы, чем динозавры. Длина их достигала 9 метров, они имели чешуйчатую кожу, а челюсти у них были устроены таким образом, что они могли широко открывать рот, как змеи.

Обтекаемое тело как приспособление к условиям жизни в водной среде встречается не только у ихтиозавров и мозазавров. То же самое можно видеть у целого ряда животных, живших и раньше, и позже мезозоя, и в мезозое (рис. 50).

Рептилии в воздухе

История расцвета рептилий в мезозое не заканчивается тем, что изложено выше. Рептилии не только распространились на суше и заполнили моря, они также поднялись в воздух, следуя сразу по двум линиям эволюции. Они научились летать и как рептилии, и кроме того, двигаясь совсем по другому пути развития, они научились летать и как птицы. Насколько можно судить по ископаемым остаткам, настоящие летающие рептилии были не такими многочисленными, как морские. Однако они были первыми животными, поднявшимися в воздух после насекомых, сделавших это еще в девонское время. Естественно, что воздушная среда труднее для завоевания и более опасна, чем море. Для того чтобы двигаться в воздухе или хотя бы пассивно парить, требуются более специализированные приспособления, большая энергия и мастерство (под которым мы подразумеваем подвижность и быструю реакцию), чем для передвижения в воде. В основном именно поэтому человек построил корабли задолго до аэропланов. Промежуток между этими изобретениями человека составил около нескольких тысяч лет. А между возникновением рептилий в позднекаменноугольное время и их проникновением в воздух (юрское время) прошло около 80 миллионов лет.

Мы многое знаем о строении и облике летающих рептилий благодаря тому, что в южной части Германии [ФРГ, Бавария. – Ред.] широко распространены осадочные породы необычного типа. Эти породы представляют собой пласты известняка позднеюрского возраста, настолько тонкозернистого, что он применялся для гравировки иллюстраций для книг (до того, как для этой цели стали использовать стальные и медные пластинки) и за это получил название литографского камня. Необыкновенно тонкозернистый состав этих известняков заставляет предполагать, что они отлагались в мелководных лагунах, защищенных от волнения открытого моря песчаными барами или коралловыми рифами. Рыхлые отложения на дне лагун сохраняли отпечатки даже мельчайших деталей растений или тел животных, которые опускались на дно и заносились илом. В результате литографский камень славится содержащимися в нем ископаемыми остатками растений, беспозвоночных, рыб и рептилий.

Фото 46 Скелет Rhamphorhynchus, примитивной летающей рептилии, найденный в литографских известняках в Германии

В этих отложениях были найдены многие крылатые рептилии, кроме того, подобные остатки были найдены и в других слоях мезозойского возраста в различных местах. Рассматривая остатки одной из юрских примитивных рептилий, сохранившейся до мельчайших подробностей (фото 46), мы видим, что ее тело приспособилось к полету следующим образом: 1) уменьшился вес; 2) появились "устройства" для управления полетом; 3) был создан механизм для полета. Вот некоторые из этих приспособлений:

1. Малые размеры тела; хотя некоторые летающие рептилии были с индейку, другие были не больше канарейки. Скелет был облегчен благодаря развитию тонких полых костей крыльев, а у некоторых видов и череп имел почти сетчатое строение и состоял из тонких костей.

2. Необычайно, хорошим развитием отличались глаза и часть мозга, управляющая зрением.

3. Наиболее замечательной особенностью были крылья. Глядя на рисунки 51 и 52, мы можем легко себе представить, что четвертый палец на передней конечности, словом "мизинец", – был необычайно удлинен по отношению к остальным. От кончика этого пальца к задней ноге и далее к хвосту протягивалась тонкая перепонка из кожи, образовывавшая крыло.

Рис. 51. Птеранодон (Pteranodon), летающая рептилия с выростом на черепе; он пролетал огромные расстояния над обширными меловыми морями на территории нынешних штатов Канзас и Небраска

Все эти три группы приспособлений, вместе взятые, создавали устройство, которое хотя и неуклюже, но могло летать. Образование крыла, сопровождавшееся усовершенствованием глаза и уменьшением общего веса, сделало возможным полет привело к удивительным пропорциям тела. Например, одна из летающих рептилий с размахом крыльев в 90 сантиметров, согласно расчетам, при жизни весила меньше 450 грамм. Кожа таких рептилий была голая, а челюсти снабжены многочисленными острыми зубами, обычными для рептилий. Вероятно, эти животные, как современные канюки, больше парили, чем летали. Происходя от наземных хищников, они, очевидно, остались плотоядными и, медленно скользя над водой, высматривали морских животных или крупных насекомых. Строение их скеле показывает, что они не могли ходить. Очевидно, они приземлялись не на поверхность земли, а на ветви деревьев или выступы скал на которых висели, как современные летучие мыши.

Рис. 52. Схема сравнения крыла летающей рептилии, летучей мыши и птицы. Все эти крылья появились в различное время. У рептилии все крыло поддерживается только одним пальцем. У летучей мыши внешняя часть крыла усилена четырьмя пальцами. У птицы большая часть крыла поддерживается костями плеча и предплечья, а несущая поверхность образована легкими жесткими перьями. Из всех трех видов такое крыло наиболее соответствует своему назначению

Позже развитие летающих рептилий, остатки которых найдены в отложениях мелководных морей мелового времени, пошло по пути замены зубов длинным клювом, который, конечно, лучше соответствовал их образу жизни. У одного из родов в задней части черепа появился особый выступ, или гребень (рис. 51), который, возможно, уравновешивал длинный клюв и облегчал рептилии маневрирование при ветре. Но главное изменение касалось увеличения площади крыльев, очевидно, чтобы лучше поддерживать тело в воздухе. Одна из летающих рептилий для поддержки тела, которое предположительно весило менее 12 килограммов, имела крылья с размахом 7,5 метра. Такой размах крыльев позволяет считать этих рептилий самыми крупными летающими животными за всю историю существования жизни на Земле. Хотя до самого конца своего расцвета летающие рептилии отличались хрупким сложением, все же они просуществовали более 100 миллионов лет.

Но несмотря на то, что крыло рептилий выполняло свои функции и просуществовало долго, оно было менее удачным приспособлением для полета, чем появившееся независимо от него крыло птицы и позднее млекопитающих – летучих мышей. На рисунке 52 показаны все три крыла, и, как можно видеть, крыло птицы из них самое совершенное.

Птицы

В юрское время у рептилий, живших по берегам теплых морей, существовали различные виды полета. Мы уже видели, что несколько видов наземных рептилий поднялись в воздух, используя для этого только что описанные кожистые крылья. Но один из видов пошел еще дальше. В одном из карьеров при разработке литографского камня в середине XIX в. был найден ископаемый скелет рептилии, размером не больше вороны, имевшей большие глаза, зубы, как у рептилий, и пальцы с когтями на передних конечностях. Поразительно, что при этом были обнаружены очень четкие отпечатки перьев, крепившихся к предплечью и к позвонкам длинного хвоста. Это, несомненно, была птица. Она получила родовое имя археоптерикс (Archaeopteiyx) («древнее крыло») и видовое название Uthographica по названию горной породы (фото 47). В том же самом слое были обнаружены еще два ископаемых скелета и отдельный отпечаток пера.

Фото 47. Археоптерикс (Archaeopteryx), древнейшая известная нам птица, сидит на ветке хвойного дерева, собираясь съесть пойманную ящерицу. На переднем плане справа – цикадовые растения; сзади – хвойные деревья и еще одна такая же птица. Реконструкция

Конечно, эти находки представляли необычайный интерес и потому были тщательно изучены. Результаты исследований могут быть, очевидно, сведены к следующему: археоптерикс по своим основным чертам – летающая рептилия, но так как, по определению, птицы имеют перья, а рептилии – нет, то ее можно отнести к птицам. Особенности строения археоптерикса позволяют уверенно сказать, что эта древнейшая из известных нам птиц произошла от жившей на земле двуногой рептилии. Наличие перьев убедительно свидетельствует о том, что она имела теплую кровь, потому что одной из основных функций перьев является термоизоляция. У многих птиц кровь даже теплее, чем у человека. Их перьевой покров и высокая двигательная активность позволяют им поддерживать нормальную температуру тела около 39,5° С.

Перья состоят из того же прочного рогового вещества, что и чешуя. Некоторые ученые предполагают, что небольшая рептилия, которая была предком этих примитивных птиц, имела чешую и что сначала чешуйки стали волнистыми по краям, возможно, потому, что такая форма предохраняла кожу от перегрева солнечными лучами. Волнистые края оказались полезны и в другом отношении, поскольку они уменьшали потерю телом тепла, и постепенно эти чешуйки превратились в перья. Жесткость и небольшой вес вещества перьев сделал их идеальным приспособлением для полета.

Хотя первая птица и имела перья, она, как и ее родственники – летающие рептилии с кожистыми крыльями, летала плохо. Ее строение указывает на то,что птица, вероятно, была хорошо приспособлена к планирующему полету. Возможно, она жила на суше и, будучи хищником, питалась или мелкими животными, или падалью. То, что ее остатки были найдены в морских известняках, свидетельствует лишь о том, что отдельные экземпляры были унесены в море ветром или течением и погребены в мягком донном иле. Хрупкие тела птиц, погибших на суше, просто не сохранились.

К меловому периоду неуклюжесть полета у птиц исчезла и многие из них вместо зубов обзавелись клювом. Некоторые птицы приспособились к жизни на воде. Примером является весьма походившая на гагару плавающая и ныряющая птица гесперорнис (Hesperornis) (рис. 50), длина которой была около двух метров и которая все еще обладала зубами и крыльями, хотя и не такими сильными и меньшего размера, чем у летающих птиц. Существование птиц, которые почти покинули воздушную среду, перейдя к плаванию, свидетельствует о том, что на ранних этапах развития птицы охотились на рыбу так же, как это постоянно делали рептилии с начала мезозойской эры.

Конец огромных рептилий

Окончание мелового периода, означавшее конец всей мезозойской эры, можно назвать «кризисом» в истории биосферы, потому что в это время произошло вымирание многих групп животных. Наиболее заметный урон понесли рептилии. Вымерли все динозавры, все летающие рептилии и все морские рептилии, за исключением морских черепах; выжили и продолжили линию рептилий только ящерицы, змеи и черепахи. Из беспозвоночных исчезли большинство головоногих, в том числе все белемниты, а также некоторые линии морских двустворчатых моллюсков и улиток.

Вымирание носило выборочный характер, потому что млекопитающие и наземные растения были им мало затронуты или совсем не затронуты, а рыбы и многие беспозвоночные полностью уцелели. Поэтому попытки приписать это вымирание какой-либо одной причине оказались неудачными. Пока время основных событий в истории Земли не было установлено с помощью радиометрического датирования, конец мезозоя обычно именовался временем "великого вымирания". Однако сейчас мы сознаем, что это выражение не соответствует истине. По крайней мере два обстоятельства свидетельствуют о том, что вымирание не носило характера катастрофы, уничтожившей все живое.

Во-первых, оно было избирательным, затрагивая одни виды и щадя другие. Кроме того, оно не было ограничено каким-либо одним видом природной среды, охватывая сушу, море и воздух. Во-вторых, хотя наиболее заметным было вымирание видов в конце мелового периода, оно заняло в целом значительный промежуток времени. В частности, различные группы рептилий вымирали в отдельные моменты времени в течение всего мезозоя. Поэтому, какова бы ни была причина этого явления, очевидно, она не вызвала "внезапного" истребления видов, по крайней мере в том смысле этого слова, в каком мы применяем его к событиям истории человеческого общества. Даже наиболее ярко выраженное вымирание, происходившее в конце мелового периода, вероятно, тянулось несколько миллионов лет.

Рассматривая геологические данные, говорящие о том, что происходило в конце мелового периода, мы видим, что континенты в целом стали выше. В то же время и, возможно, главным образом в результате этого поднятия сократились площади обширных мелководных морей на континентах и исчезли болотистые низменности, располагавшиеся по берегам этих морей. Кроме того, понизилась температура, частично благодаря поднятию и сокращению площади морей.

Мы должны признать, что действительная причина вымирания до сих пор не установлена. Ранее выдвигавшиеся объяснения – болезнь, недостаток пищи и самое туманное – "потеря жизненной силы" – совершенно не в состоянии объяснить, почему произошло выборочное исчезновение некоторых из обитателей суши, моря и воздуха, а не полное вымирание обитателей какой-либо одной среды. Представляется, что млекопитающие вышли из этой катастрофы целыми и невредимыми.

Недавно было выдвинуто предположение, что конец мезозоя ознаменовался серией обращений магнитного поля Земли (описанных в шестой главе) и что эти обращения могли каким-либо образом повлиять на биосферу, например путем изменения интенсивности радиации, поступающей на земную поверхность. Против этого выдвигались возражения, но, возможно, сейчас еще слишком рано оценивать все "за" и все "против". Достаточно сказать, что вымирание, которым ознаменовался конец "века динозавров", до сих пор представляет собой одну из величайших загадок, связанных с историей жизни на Земле.

Литература

Augusta Josef, Burian Zdenek. 1961, Prehistoric reptiles and birds: Paul Hamlyn, London.

Colbert E. H., 1951, The dinosaur book: NcGraw-Hill Book Co., Inc., New York.

Colbert. E. H., 1961, Dinosaurs. Their discovery and their world: E. P. Dutton &Co.. Inc., New York.

Fentоn C.L., Fentоn M. A., 1958, The fossil book: Doubleday & Co.. New York, p. 329-374.

Кurten Bjorn, 1968, The age of the dinosaurs: Weidenfeld and Nicolson, London. (Paperback.)

Swintоn W. E., 1958, Fossil birds: British Museum (Natural History), London.

Swintоn W. E.. 1970, The dinosaurs: Wiley-Interscience, New York.

Глава пятнадцатая. Млекопитающие

Как было сказано выше, шкала геологического летосчисления была построена на основе ископаемых остатков. Фанерозой, часть этой шкалы, охарактеризованная многочисленными ископаемыми, которые легко было обнаружить, логически подразделяется на три крупных раздела: палеозой («эра древней жизни»), мезозой («эра средней жизни») и кайнозой («эра новой жизни»). Слово «жизнь» в каждом из этих названий подчеркивает тот факт, что эти подразделения основаны на содержащихся в горных породах ископаемых остатках организмов. В течение кайнозоя господствующими были млекопитающие, мезозоя – рептилии. Основой такого различия является изменение природных условий на континентах и в морях, вызванное главным образом расширением морского дна и движениями континентов. Северная Америка в кайнозойскую эру очень сильно отличалась от того континента, который существовал в мезозое, а изменение условий жизни вызвало эволюцию и возникновение новых форм жизни. Историю млекопитающих лучше всего начать с рассмотрения современных нам млекопитающих, чтобы лучше понять пройденный ими путь эволюции, который привел их к современному состоянию.

Мы уже говорили, что характерными особенностями млекопитающих являются молочные железы для вскармливания детенышей, теплая кровь (что фактически означает постоянную температуру тела днем и ночью), волосяной покров, служащий для термоизоляции, четырехкамерное сердце, дифференцированные зубы, служащие для откусывания и жевания, и хорошо развитый мозг. Эти черты общие для всех млекопитающих. По особенностям же процесса размножения млекопитающие подразделяются на три группы.

1. Наиболее примитивные – однопроходные, потому что они откладывают яйца (хотя и вскармливают детенышей молоком); они отличаются также некоторыми особенностями анатомии, которые в ископаемых остатках не устанавливаются. Сейчас их существует только два рода – утконос с клювом, как у утки, и австралийская ехидна (Отряд однопроходные объединяет два семейства: Tachyglossidae (ехидны) и Ornithorhynchidae (утконосы). В составе семейства ехидны – два рода, утконосов – один род. – Прим. ред). Оба эти рода очень хорошо приспособлены к определенному образу жизни и ограничены в распространении Австралией, где, по-видимому, конкуренция слабее, чем в других частях света, что и создает предпосылки для выживания самых примитивных животных. Поскольку ископаемые однопроходные встречаются только в Австралии, возможно, что в других местах они никогда не существовали.

2. Промежуточную группу образуют сумчатые, из которых, пожалуй, наиболее общеизвестны кенгуру. Детеныши у кенгуру рождаются живыми, они очень слабо развиты; новорожденный кенгуру гложет иметь длину до трех сантиметров. Детеныши заползают в сумку матери и в течение долгого времени питаются там молоком, пока не вырастут в несколько раз больше (по сравнению с размером, который они имели при рождении) и смогут выйти из сумки и кормиться самостоятельно. Сейчас сумчатые живут главным образом в Австралии; к ним относятся кенгуру, "медведи" коала и вомбаты. Единственное сумчатое, сохранившееся в Северной Америке, – опоссум, – по-видимому, приспособилось к конкуренции, живя на деревьях. Размножение у сумчатых более безопасно, чем откладывание яиц, потому что развивающиеся детеныш постоянно находится под защитой матери. Но еще более усовершенствовала этот процесс третья группа млекопитающих.

3. Наиболее развиты плацентарные млекопитающие, названные так потому, что у них есть плацента – орган, находящийся внутри матки и напоминающий мембрану, пронизанную многочисленными кровеносными сосудами. Через плаценту эмбрион получает питательные вещества и кислород, и через нее же происходит удаление углекислого газа и отходов. Все это устройство (рис. 53) напоминает амниотическое яйцо (рис. 43), от которого оно, очевидно, и произошло. Но плацента дает млекопитающим преимущества не только по сравнению с яйцекладущими животными, но и по сравнению с сумчатыми. Эмбрион, развитие которого регулируется плацентой, может находиться в матке до своего полного и окончательного развития. Детеныш плацентарных млекопитающих, по крайней мере у большинства родов, после того, как он родится, довольно скоро может заботиться сам о себе. Плацента внесла существенное усовершенствование в процесс размножения.

Рис. 53. Основные черты зародыша и матки у плацентарных млекопитающих (сравните с рис. 43). На ранних стадиях зародыш питается желтком, который затем исчезает. Зародыш получает питательные вещества и кислород и выделяет углекислый газ и отходы через плаценту. Направление этого обмена показано стрелками