«Костные рыбы появляются в пресноводных отложениях девона сразу в виде многочисленных форм» (академик И. Шмальгаузен).
Вот эти-то пресноводные костные рыбы нас сейчас особенно интересуют, ибо от них произошли первые четвероногие обитатели суши.
Рыбы, жившие 400–350 миллионов лет назад в реках и озерах, дышали и жабрами и легкими. Оттого и назвали их двоякодышащими. Без легких они бы задохнулись в затхлой, бедной кислородом воде первобытных озер.
Одни из них зубами-жерновами жевали растения (так называемые настоящие двоякодышащие). Другие, кистеперые, ели всех, кого могли поймать. Нападали из засады и, хватая добычу, отравляли ее ядом. Он стекал из нёбной железы вниз по канальцам на зубах. (Если только ихтиологи не ошиблись, решив, что межчелюстная железа кистеперых рыб была ядовитой.)
Позднее кистеперые рыбы из группы целакантов переселились опять в море. Но им там не повезло: они неожиданно вымерли (все, кроме знаменитой латимерии, открытие которой недавно наделало столько шуму).
Кистеперых, которые сохранили верность пресным водам, ожидало великое будущее: им было суждено породить ихтиостегов — прямых предков всех четвероногих и пернатых обитателей суши.
У древних рыб с легкими были удивительные лапоподобные плавники с членистым скелетом, похожим на кисть, очень подвижные и мускулистые. На этих плавниках они ползали по дну. Наверное, вылезали и на берег, чтобы спокойно здесь подышать и отдохнуть. (Суша в ту пору была пустынна — идеальное место для ищущих уединения.) Постепенно плавники-ходули превратились в настоящие лапы. Рыбы вышли из воды и стали жить на суше.
Но какая же причина побудила рыб, которые, надо полагать, чувствовали себя в воде совсем неплохо, покинуть родную стихию? Недостаток кислорода?
Нет, кислорода хватало. Когда в затхлой воде его становилось мало, они могли подняться на поверхность и дышать чистым воздухом. Итак, недостаток кислорода в воде не мог служить причиной, заставившей рыб переменить место жительства.
Может быть, их выгнал на сушу голод?
Тоже нет, потому что суша в то время была более пустынна и беднее пищей, чем моря и озера.
Может быть, опасность?
Нет, и не опасность, так как кистеперые рыбы были самыми крупными и сильными хищниками в озерах той эпохи.
Стремление остаться в воде — вот что побудило покинуть воду! Это звучит парадоксально, но именно к такому заключению пришли ученые, внимательно исследовав возможные причины. В ту далекую эпоху неглубокие сухопутные водоемы часто пересыхали. Озера превращались в болота, а те в лужи. Наконец, под палящими лучами солнца высыхали и лужи. Кистеперые рыбы, которые на своих удивительных плавниках умели неплохо ползать по дну, чтобы не погибнуть, должны были искать новые убежища, новые лужи, наполненные водой.
В поисках воды рыбам приходилось проползать по берегу значительные расстояния. И выживали те, кто хорошо ползал, кто лучше мог приспособиться к сухопутному образу жизни. Так постепенно благодаря суровому отбору рыбы, искавшие воду, обрели новую родину. Они стали обитателями двух стихий — воды и суши. Произошли земноводные животные, или амфибии, а от них — пресмыкающиеся, затем млекопитающие и птицы. И наконец, по планете зашагал человек! Тут мы слишком забежали вперед. Пока из гигантской «лягушки» получился человек, прошло без малого 400 миллионов лет. Так что последуем по порядку. На очереди у нас амфибии.
Но, прежде чем пойдет о них рассказ, попытаемся найти ответ на такой кардинальный вопрос: какие кормовые ресурсы лежат в основе жизни на Земле?
Чем кормятся хищники, понятно и без лишних слов. Также ясно, чем сыты травоядные животные — их жертвы. Но ведь ни те, ни другие не создают из неорганических веществ органические, а лишь поедают последние в готовом виде. Так кто же наполняет органической продукцией кормушки для всех представителей животного царства?
Все организмы, живя, питаясь и умирая, приводят в движение гигантский «маховик» круговорота жизни и смерти. У «колеса» три фазы вращения. В каждой из них роль главного двигателя выполняет особая группа живых созданий. В первой — продуценты, во второй — консументы, в третьей — редуценты. В первой фазе из воздуха и солей земли создается органическое вещество, во второй — оно преобразуется в новые формы; в третьей — распадаясь, вновь возвращается в землю и воздух.
Продуценты у нас растения, только они наделены волшебным хлорофиллом, способным консервировать солнечную энергию в белках, сахарах и жирах, создавая их из воды и углекислого газа и других веществ, добытых из почвы. Сахар растения растворяют в своих соках, а кислород выделяют в атмосферу (если растение сухопутное) или в воду (если оно водное). Эти интимнейшие процессы созидания протекают в крупинках хлорофилла, наполняющих все зеленые ткани растений.
Все органические вещества, изготовленные растениями, Тимирязев называл концентратами солнечной энергии, или, попросту говоря, солнечными консервами.
Животные питаются уже готовыми продуктами, синтезированными растениями. Их, животных, называют поэтому консументами — пожирателями. Животные, кстати сказать, и дышат кислородом, который выделяют при фотосинтезе растения. Когда-то, на заре жизни, до того, как разрослись на Земле леса, в атмосфере почти не было кислорода, и тогда на планете, надо полагать, очень трудно дышалось. Это растения напустили под голубой купол животворный газ. Они и сейчас продолжают пополнять его запасы. Ночью (в темноте) хлорофилл не работает, кислорода в воздухе меньше, а углекислого газа больше, чем днем.
Животные тоже не остаются, так сказать, в долгу перед зелеными кормильцами: когда дышат, выделяют в воздух и воду (если живут в море) много углекислого газа, растения, как известно, им питаются. А после смерти своей консументы оставляют продуцентам бесценное наследство — полные питательных веществ трупы.
Тут за них принимаются редуценты — бактерии: разлагают на составные части, которые затем легко усваивают из земли, воды и воздуха растения, вновь создавая из них сложные органические продукты. «Колесо жизни» совершает полный оборот.
Чтобы полнее была картина развития животных, посмотрим, как параллельно с ними шло возникновение, усложнение и совершенствование продуцентов.
Зеленое одеяние планеты
Водоросли (их 18 тысяч видов) — самые примитивные и древние из растений. Они бывают одноклеточные, микроскопические, и многоклеточные, очень крупные, порой метров до 70 длиной. Все многоклеточные водоросли — растения талломические. Они сложены из одного нерасчлененного куска плоти — таллома, который, правда, нередко бывает причудливо рассечен. Но на нем никогда не развиваются ни цветы, ни настоящие листья, ветки и корни. Размножаются водоросли спорами, то есть неоплодотворенными «семенами».
Из спор развиваются маленькие растеньица — детища «непорочного зачатия». Одни из них развивают яйцеклетки, другие подвижные сперматозоиды, которые устремляются к яйцеклеткам. Они сливаются, и из оплодотворенной яйцеклетки вырастает сама водоросль. Высшие же, цветковые, растения развиваются из семян, оплодотворенных еще в цветках. Они, следовательно, размножаются после оплодотворения, а водоросли до него.
В этом главное отличие семени от споры.
У мхов есть уже стебли и листья, а у папоротников корни, но нет ни цветков, ни семян. Мхи и папоротники тоже размножаются спорами.
Хвойные деревья представляют следующую ступень развития растительного царства: у них есть уже семена, но нет плодов. Поэтому и называют их голосемянными: ведь семена хвойных деревьев не покрыты мякотью и оболочками плодов, лежат открыто — «голыми».
И наконец, покрытосемянные, или цветковые, растения своими совершенными формами венчают растительное царство, как человек завершает развитие животного мира.
В докембрии сформировались основные структуры растений: целлюлозная клеточная оболочка и хлорофилл, осуществляющий фотосинтез. В переходный период от предкембрия к кембрию значительных изменений в составе флоры не произошло. Только в самом кембрии, в ордовике, богато развились в морях всевозможные водоросли — одноклеточные и многоклеточные: зеленые, бурые, красные. Иных растений природа тогда еще не знала.
Суша была пустынна и безрадостна. Голые скалы возносили к небу свои острые вершины. В низинах ветер, вздымая тучи пыли, крутил их вихрем, перекатывал красные пески, нагромождая из них многометровой высоты дюны. Безотрадная картина…
Никто не жужжал, не квакал, не крякал и прочее. Никто на брюхе, представьте себе, не ползал. Никто зубы не скалил, потому что зубов тогда ни у кого еще и было.
Но берега морей уже пахли гниением и йодом: разлагались здесь водоросли, выброшенные штормом. Волны порой подползали к ним, шипя пеной, и откатывались.
Эти влажные морские отбросы и перекинули сходни из моря на сушу, по которым первые растения выбрались из морского рассола на чистый воздух (чистым, впрочем, он был лишь относительно: в атмосфере накопилось мало кислорода, и дышалось тогда на суше тяжело).
Уже в эпоху кембрия, как полагают некоторые ученые, простейшие растения и плесневые грибы могли поселиться на литорали (в зоне отливов и приливов). Но убедительных доказательств этому нет.
В конце силура растения, возможно, уже распространились «на значительные поверхности суши и поднялись к водоразделам». Сырые низины сплошь покрывали зеленые ковры мхов. Но это все только предполагается. Более осторожные ученые держатся того мнения, что верхнем силуре на богатых влагой местах зеленели лишь первые сухопутные растения — псилофиты. У них были не корни, а только корневища, горизонтально располагавшиеся в почве. Вильчато-ветвящиеся стебли росли в высоту примерно сантиметров на 25 и были сплошь покрыты чешуйчатыми «листочками» (у большинства псилофитов).
«Органы плодоношения их помещались на концах ветвей и больше всего напоминали спороносные коробочки мхов» (академик В. Комаров).
Предками их были водоросли. А сами псилофиты породили затем растения следующих веков (но только не мхи, они, как полагают, тоже произошли от водорослей, но своим особым путем).
Девон называют царством псилофитов. Преобразовались они в самые разнообразные формы. И подросли — до метра в высоту. Появились папоротники, первые хвощи, первобытные плауны, мхи, сингиллярии. А в конце девона — и древовидные растения, например циклостигмы. Они возносили свои вильчато-ветвящиеся кроны на восемь метров над землей.
Академик В. Комаров пишет, что в верхнем девоне возвышались над низкорослыми папоротниками и псилофитами чешуедревы (лепидодендроны) и кордаиты.
Но более новые палеонтологические издания утверждают, что настоящие кордаиты и лепидодендроны процветали на Земле в более поздние времена.
Каменноугольный период, или карбон. Это, в сущности, первая эпоха в истории Земли, когда на ней зазеленели леса из настоящих деревьев. В девоне рост самых высоких растений не превышал восьми метров. А в карбоне же были настоящие гиганты — деревья высотой до 30 метров. Например, лепидодендроны и кордаиты. Толщина их стволов порой превышала два метра. У первых, лепидодендронов, интересен был ствол: весь в рубцах от опавших листьев, чешуйчатый (отсюда и произошло их название: по-гречески «лепис» — чешуя, а «дендрон» — дерево). По мере роста лепидодендрона его кора разрасталась в толщину (а не сбрасывалась, как у современных растений). Ее пронизывала сеть воздухоносных каналов. Листья, на которых располагались органы размножения — спорангии, — были собраны в большие «шишки».
Кордаиты наряду с семенными папоротниками были первыми голосемянными растениями и, очевидно, предками всех хвойных деревьев. Их прямые стволы несли пышные кроны из длинных (до полуметра и больше «ланцетовидных» или «лопатовидных» листьев. Размножались кордаиты уже не спорами, как растения минувших веков, а семенами. Те развивались в особых органах — стробилах, собранных в сережки, — первые модели в эволюционных поисках настоящих цветков.
В конце следующего периода — пермского — все кордаиты вымерли. А еще раньше, до пышного расцвета кордаитов, исчезли и все псилофиты. Но появились удивительные деревья — гинкго, герои японских и китайских легенд и сказаний.
Время расцвета гинкговых деревьев — юрский и первая половина мелового периода мезозойской эры. В конце мелового периода по непонятной причине гинкговые деревья быстро стали вымирать. До наших дней уцелел лишь один вид. О нем пойдет рассказ в следующей главе.
В одно время с гинкго или немногим позже начали свою эволюцию хвойные деревья. В пермском периоде они, очень похожие на наши сосны и ели, уже составляли основную массу тогдашних лесов.
Каменноугольный период палеозоя свое название получил от огромных толщ каменного угля, в его отложениях и слоях.
«Пласты каменного угля произошли благодаря обугливанию остатков растений, целыми массами погребенных в наносах. В одних случаях материалом для образования углей служили скопления водорослей, в других — скопления спор или иных мелких частей растений, в третьих — стволы, ветви и листья крупных растений.
Ткани растений медленно теряют часть составляющих их соединений, выделяемых в газообразном состоянии, часть же, и особенно углерод, прессуется тяжесть навалившихся на них осадков и превращается в каменный уголь…
В Америке на Кап-Бретоне найдены в одном из каменноугольных бассейнов 59 ископаемых лесов, расположенных один над другим. Правда, что и общая мощность каменноугольных отложений в этом месте достигает 560 метров» (академик В. Комаров).
Под словом «обугливание» здесь понимается не сгорание, а химические процессы, приводящие к потере мертвыми растениями таких составляющих их элементов, как водород, кислород, азот. И тем самым повышается концентрация углерода («обугливание»). Возьмем для примера свежую древесину: в ней 50 процентов углерода. В торфе же, в котором процесс «обугливания» только начинается, 59 процентов этого элемента. В буром угле — его уже 69, в каменном, черном, — 82, а в антраците — 95 процентов. Значит, антрацит «обуглен» почти до предела.
Теперь заглянем немного вперед: из палеозоя в мезозой а точнее — в его меловой период. И тут увидим начало, затем (в кайнозое) пышный расцвет цветов, почувствуем чарующий их аромат. Украшенные цветками деревья, кустарники и травы начали свой старт в меловом периоде и продолжают победный марш по планете. Где ныне пребывают папоротники, хвощи и плауны? В очень немногих местах. Только хвойные деревья могут в определенных климатах и экологических зонах составить конкуренцию цветковым растениям. Коренное изменение флоры Земли решительно повлияло и на ее фауну.
Еще раз о гинкго
В Никитском ботаническом саду, в Крыму, растет дерево гинкго. Его листья похожи на маленькие веера и торчат пучками из морщинистого побега, как иглы у сосны. И жилки у листьев не сетчатые, как у всех наших деревьев, а веером разбегаются от черешка, словно лучи от солнца, и нигде друг с другом не переплетаются.
Гинкго в тенистом парке среди магнолий и кленов! Что бы вы почувствовали, если бы в зоопарке в одном вольере со слоном увидели вдруг… живого динозавра?
Когда я смотрю на гинкго, странные картины представляются мне…
Я вижу болото. И туман над ним. Огромный «дракон», круша хвощи, грузно тащит по трясине многотонное тело. Ноги у дракона толстые, как кряжистые дубы. Хвост-анаконда извивается в мутной жиже. Крылатая тень скользнула над топью, дракон проводил ее безразличным взглядом сытого великана.
А посмотреть было на что: над болотом летел крокодил!
Много их, разных «крокодилов», больших и малых (иные с дрозда, а иные и с планер!), парило тогда в воздухе. То были первые на земле авиаторы (позвоночные).
В мезозойскую эру, в которую мы скоро направим наше повествование, всюду на земле: и на суше, и в море, и в воздухе — жили страшные ящеры. В морях плавали ихтиозавры, мезозавры, плезиозавры. Бронтозавры и диплодоки бродили по болотам. А в небесах парили птеродактили. И всюду по берегам озер и болот, в которых резвились динозавры, росли гинкго. «Летающие крокодилы» отдыхали на их ветвях. Ящеры-вегетарианцы лениво жевали их листья. Задрав к небу змеиные головы, глотали «орехи» гинкго.