От икринки до лягушки.
Возможно, появление или увеличение количества хищных рыб заставило многих обитателей водоемов искать спасения на суше, где хищников тогда не было. Может быть, выход на сушу происходил потому, что увеличивалось "население" водоемов, усиливалась конкуренция и все труднее становилось добывать пищу, а на суше в это время появлялось все больше и больше насекомых. Но так или иначе, а кистеперые рыбы в конце концов выбрались на сушу. Произошло это более 300 миллионов лет назад, на стыке девона и каменноугольного периода.
Конечно, первые поселенцы суши были мало похожи на современных амфибий. Примерно сто пятьдесят миллионов лет изменялись, приспосабливались к новым условиям существования, совершенствовались животные. Потом изменения стали все менее заметны и все менее существенны, а затем и вовсе прекратились. Так что некоторые земноводные, жившие 80–00 миллионов лет назад, уже почти совсем не отличались от современных.
Появление амфибий - первых сухопутных позвоночных - стало поворотным пунктом в истории животного мира нашей планеты. Можно сказать, что земноводные в буквальном смысле открыли Землю и тем самым открыли огромные возможности для эволюционных изменений животных. И действительно, в относительно короткий для истории Земли отрезок - всего в 50 миллионов лет - появились рептилии, еще миллионов через 100–150 - млекопитающие и птицы. Животный мир планеты развивался, совершенствовался, а первопроходцы суши - во всяком случае, многие из них - по-прежнему оставались полуводными-полусухопутными животными. Такими они дожили и до наших дней, имея много общего с рыбами, с одной стороны, и с наземными позвоночными животными - с другой.
Правда, немало ученых придерживается мнения, будто, "перестав быть рыбами", амфибии потеряли очень важное преимущество. "Среди ученых бытует представление о том, что в интеллектуальном отношении амфибии - существа примитивные, гораздо более "глупые", чем их предшественники рыбы. По всей вероятности, подобное суждение ошибочно, - пишет доктор биологических наук Б. Сергеев. - Во всяком случае, развитие головного мозга амфибий свидетельствует о значительном прогрессивном шаге вперед по сравнению с рыбами". Очевидно, это так и есть. Но этого мало: амфибии "усовершенствовали" оставшиеся от рыб признаки, смогли их как-то приспособить к новой среде обитания, сделать максимально полезными для себя.
Один из основных признаков рыб - отсутствие постоянной температуры тела, полная зависимость от окружающей среды. В водоемах, как правило, перепады температуры не превышают 25–30 градусов, да и то до 30 градусов вода нагревается довольно редко (ниже нуля, как известно, ее температура не опускается - тогда вода уже перестает быть водой). На суше же морозы в 45–50 и жара в 40–45 градусов не так уж редки, и температурные колебания в 100 и более градусов - вполне реальное явление. Это сезонные колебания. Но ведь и суточные перепады температуры бывают весьма значительны - до 60 градусов, причем, в отличие от перепадов температуры в воде, на суше они не плавные, а часто очень резкие и скачкообразные. От перепадов температуры в той или иной степени страдают все животные. В том числе и теплокровные. Но им все-таки гораздо легче. Земноводные же, расставшись с водой и став сухопутными животными, не приобрели необходимого теплообмена, сохранили "рыбью кровь", то есть остались полностью зависимыми от окружающей среды, от ее температуры. И тем не менее амфибии не погибают на суше - они сумели приспособиться к таким, казалось бы, совершенно неприемлемым для них условиям, "нашли способы" не замерзать, не погибать от жары и потери влаги. Об этом мы еще поговорим, а сейчас вспомним такую "мелочь", как слюноотделение - не очень эстетичную, но очень важную черту.
С выходом на сушу пища земноводных мало изменилась: и в воде они, в основном, были хищниками - питались мелкими животными, и на суше продолжали питаться мелкими беспозвоночными и насекомыми, проглатывать их, как и рыбы, целиком. Поэтому зубы земноводных (у тех, которые их имеют) похожи на рыбьи и служат, как и рыбам, не для разжевывания или разгрызания, а лишь для удерживания добычи. Однако рыбы могут глотать все, что им подходит, не смачивая добычу слюной (в воде-то она зачем?). Наземным же животным смачивать пищу необходимо, иначе они ее просто не смогут проглотить. Поэтому у всех сухопутных животных имеются слюнные железы. У земноводных, во всяком случае у тех, кто прочно связан с сушей, тоже появились такие железы. Это - важное приобретение. Однако природа как будто ни на минуту не забывала о том, что амфибии - не настоящие сухопутные существа. А раз так, то и слюнные железы у них не "настоящие", не такие, как у остальных: они лишь смачивают пищу, но не способствуют пищеварению, как у других животных.
Рыбам не нужны подвижные веки и слезные железы, защищающие глаза от засорения и высыхания (опять-таки - они живут в воде!). Наземным позвоночным необходимы. Значит, появились они и у земноводных. Но и тут природа "наложила ограничение": снабдила подвижными веками и слезными железами только взрослых земноводных, да и то лишь тех, кто большую часть жизни проводит на суше.
В чем природа оказалась щедра, так это в наделении земноводных средствами передвижения по земле - конечностями. Правда, среди земноводных есть и безногие, но таких не много. Большинство земноводных получили возможность передвигаться в новых условиях существования с относительным комфортом.
В водной среде двигаться легко - нет шероховатостей и неровностей почвы, нет препятствий. И главное, не требуется никаких усилий, а если и требуются, то минимальные. Достаточно сказать, что удельный вес рыб, имеющих плавательный пузырь, равен единице. Удельный же вес любого существа, живущего на суше, во много раз больше удельного веса воздуха. Поэтому, чтобы передвигаться по земле, нужны не просто конечности, но конечности сильные.
У кистеперых рыб были когда-то парные плавники, внутри которых изначально находился костный стержень, имевший зачаточные элементы костей конечностей. Постепенно скелет этих костных стержней усложнялся, совершенствовался, кости все больше расчленялись на отдельные части, а части эти соединялись между собой суставами. Так как кистеперые рыбы жили в пресных водоемах, то, пользуясь этими плавниками, могли выползать на сушу. (Благодаря высокой влажности воздуха они пользовались кожным дыханием.)
Так в конце концов у земноводных, в которых постепенно превращались кистеперые рыбы, появились ноги, вполне пригодные для передвижения по суше.
Появление конечностей, естественно, привело к изменению всего скелета, к изменению всей мускулатуры. Однако это были хоть и очень важные, но не единственные глобальные изменения. Любые, даже самые совершенные конечности оказались бы бесполезными на суше, если бы животные не научились пользоваться атмосферным кислородом, то есть если бы они не приспособились к дыханию в атмосфере.
У рыб орган дыхания - жабры. В воде они незаменимы, а на суше непригодны. Кислород жабры, наверное, и могли бы извлекать из воздуха - очевидно, приспособиться к этому было бы не так уж и сложно, тем более что воздух содержит гораздо больше кислорода, чем вода (в воздухе на литр приходится 210 кубических сантиметров кислорода, в воде же лишь около 10), - но дело в том, что газообмен между организмом и средой возможен только через водную пленку. В соде для этого, естественно, никакой проблемы не существует, на воздухе возникает серьезная проблема - жабры быстро высыхают. И большинство земноводных "отказались" от жабр, а взамен "приобрели" более подходящий для дыхания на суше "аппарат" - легкие. Однако, снабдив земноводных легкими, природа и тут как бы остановилась на полпути. Если у млекопитающих поверхность легких по отношению к поверхности кожи раз в сто больше, то у земноводных, например у лягушек, - она составляет лишь /3. А у безлегочных саламандр легких вообще нет. Нет и жабр. Плохо, конечно, но дышать-то все-таки нужно.
Природа компенсировала земноводным их примитивные легкие, дав возможность дышать кожей. В жизни земноводных кожное дыхание, то есть получение кислорода через кожу, имеет большое значение. Например, травяная лягушка получает через кожу треть всего необходимого ей кислорода, а прудовая - больше половины. Но чтоб получать таким образом кислород, у этих животных кожа должна быть совершенно голая. Однако голая кожа, удобная для дыхания, может принести много неприятностей. Так, из-за кожного дыхания земноводные и без того теряют много влаги, а из-за голой, ничем не защищенной кожи организм вообще мог бы лишиться влаги. Отсутствие защитного покрова компенсируется в какой-то степени многочисленными железками, постоянно вырабатывающими слизь. Она предохраняет животных от пересыхания и образует необходимую для кожного дыхания, то есть для газообмена, пленку. Слизь содержит и вещества, убивающие вредные микроорганизмы, которые, несомненно, поселились бы на голой коже земноводных.
Кроме того, у многих земноводных есть особые, довольно крупные железки, вырабатывающие защитную (ее называют и ядовитой) жидкость, которая является единственным оружием этих животных. Яд некоторых амфибий, попав в кровь, может вызвать тяжелые отравления. Но происходит это очень редко: у земноводных нет ни ядовитых зубов, ни шипов или какого-то другого оружия, с помощью которого они могли бы ввести яд в кровь своих врагов. Яд земноводных - оборонительное, а не наступательное средство, почувствовать его хищники могут, лишь схватив зубами жабу или саламандру. Но и тогда они отделаются только неприятными ощущениями. И в очень редких случаях, если собака, например, проглотит жабу, она может заболеть, а съев нескольких - погибнуть. Для человека же эти животные практически безопасны.
Итак, железы земноводных выделяют жидкость различного назначения. Именно выделяют, а не производят. Но ведь работают железы достаточно интенсивно, особенно в жаркую и сухую погоду, когда испарение активно и влаги требуется много. Откуда же она берется? Оказывается, запас жидкости имеется в теле самого земноводного, точнее в специальных лимфатических мешках, расположенных под кожей. Поэтому и кожа у земноводных прикреплена к телу не как у всех животных, а лишь в отдельных местах. Все остальное пространство между телом и кожей занято лимфатической жидкостью. Но тогда может возникнуть другой вопрос: откуда жидкость попадает в эти полости?
И тут мы сталкиваемся с еще одним оригинальным приспособлением земноводных к жизни на суше: способностью впитывать жидкость кожей и пополнять запасы этой жидкости. Причем пополняют земноводные свои запасы при каждом удобном случае - в лужах и на росистой траве, в водоемах и во время дождя. Однако жидкость, находящаяся под кожей и выделяемая затем железками, лишь в какой-то степени предохраняет животных от неблагоприятного влияния окружающей среды. Поэтому большинство наземных амфибий не переносят сухости, избегают прямых солнечных лучей и в жаркое время предпочитают светлую часть суток проводить в убежищах или затемненных местах: от влажности воздуха земноводные зависят не меньше, а иногда и больше, чем от его температуры.
Но еще больше от окружающей среды - от температуры и влажности - зависят яички земноводных, или, как их часто называют, икра.
4. Почему они …водные?
Время, проводимое многими взрослыми амфибиями в воде, их непосредственная связь с ней, приспособления, имеющиеся у них для жизни в водной стихии, - все это дает основания считать их не только сухопутными, но и водными животными. Однако амфибии связаны с водой гораздо прочнее: вода не просто удобна или подходяща для них - она им необходима. И в первую очередь из-за некоторых особенностей строения и развития их икринок или яичек.
Яйца откладывают не только земноводные. И насекомые, и рептилии, и птицы тоже откладывают яйца. Чтоб из яйца появилось молодое животное или личинка, нужен целый ряд условий, в частности определенная температура. Но при этом большинство яиц (в том числе и яйца многих насекомых) не страшатся высыхания - они покрыты оболочкой.
Среди рыб девона были и так называемые кистеперые.
Икра рыб такой оболочки не имеет. Но рыбы постоянно живут в воде, так что их икринкам, естественно, высыхание не угрожает. (Катастрофы - например, выбрасывание икры на берег, высыхание водоемов и тому подобное в расчет принимать не будем.)
У земноводных все не так, как у других животных. Если взрослые, живущие на суше, приспособились к воздушной среде обитания, то яйца их остались такими, как в те времена, когда земноводные не покидали еще своей родной стихии: они совершенно не защищены от высыхания. И многие земноводные в определенное время возвращаются в водоемы, даже если находятся от них на значительном расстоянии, даже если им самим вода не так уж и нужна. Они будто знают, что только в воде может быть продолжен род.
Земноводные достаточно разные, и количество икринок, и сама икра, и процесс икрометания у них не одинаков. Одни откладывают всего несколько (в лучшем случае, несколько десятков) икринок, другие - тысячи; одни остаются в воде очень недолго, другие - недели и даже месяцы; одни - те, у кого икринок много, - бросают их на произвол судьбы, другие более или менее заботятся о ней, например прячут где-нибудь под камешками. Но, как правило, на этом забота родителей о своем потомстве заканчивается. Остальное произойдет само собой, тем более что в воде икринки достаточно хорошо приспособлены для "самостоятельности".
Если внимательно рассмотреть такую икринку, можно легко заметить, что состоит она из двух половинок - светлой и темной. Светлая всегда внизу, и если попытаться перевернуть икринку, она вскоре займет прежнее положение - как игрушка ванька-встанька. Внизу - желток, он - тяжелее. Темное пятно предохраняет икринки от действия ультрафиолета и в то же время помогает аккумулировать солнечные лучи, а это особенно важно для жителей умеренного климата (в жарких странах, где нет необходимости в этом, икра лежит на дне). Слизь, окружающая обычно яички, тоже помогает их развитию или просто предохраняет от механических повреждений. Микроводоросли, привлекаемые слизью и поселяющиеся на ней (вот почему многие икринки кажутся зеленоватыми), служат пищей головастику в первое время после его появления на свет.
Через какое-то время - у одних это дни, недели, у других месяцы - из икринок появляются на свет личинки.
И вот мы подошли к другому глобальному признаку (первый - развитие яйца только в воде), отличающему земноводных от всех других позвоночных, - к личинкам.
У всех позвоночных животных - будь то рыбы или рептилии, птицы или млекопитающие - детеныши так или иначе похожи на родителей. Голенькие или беспомощные, слабенькие или недоразвитые - они все-таки определенная копия своих родителей. У земноводных дети и родители не имеют ничего общего. Поэтому головастика лягушки, например, нельзя назвать ее детенышем - это ее личинка. Личинка будет находиться определенное время в воде, будет расти и лишь потом начнет превращаться в подобие своих родителей. Головастику лягушки предстоит совершить до тридцати очень важных изменений, прежде чем он станет лягушкой, точнее, лягушачьим детенышем. А затем, уже похожий во всем на родителей, он будет еще год-два расти, прежде чем станет взрослой лягушкой.
Личинки разных амфибий, естественно, ведут себя по-разному. Например, головастики лягушки - вегетарианцы, питаются водорослями, личинки тритонов - хищники, но в принципе со всеми происходит одно и то же: постепенно у них исчезают жабры, у бесхвостых амфибий - еще и хвост, меняется система кровообращения, появляются легкие, конечности. У разных земноводных это происходит в разные сроки: у одних - в течение двух-трех недель, у других в течение нескольких месяцев, а бывает, что им и этого срока мало и полное превращение происходит только на следующий год. Личинками они перезимуют в водоеме и только через год станут похожими на своих родителей. Такое развитие ученые называют метаморфозным. Свойствен метаморфоз лишь "двоякодышащим", то есть земноводным, или амфибиям, и происходит он только в воде.
Обычно в природе далеко не все и далеко не всегда укладывается в определенную схему. Есть исключения, хотя они, как и всякие исключения, обычно подтверждают правила. Но в развитии земноводных исключений так много, что они как бы не подтверждают, а опровергают правило. А так как исключения обычно запоминаются скорее, чем явления типические, то, пользуясь ими, вроде бы легко опровергнуть все сказанное выше: совсем, мол, не обязательно икра должна находиться в воде, не все личинки развиваются в водной стихии, да и вообще не все земноводные проходят стадию личинок, не всем свойствен метаморфизм. А раз так, то, может быть, все сказанное - не главные признаки земноводных? Или наоборот: те животные, поведение или развитие которых не соответствует приведенной схеме, - не земноводные?
Тут стоит разобраться.
Действительно, если внимательно просмотреть список земноводных, то среди них окажется немало таких, которые не откладывают икру в воду. Таковы почти все безногие земноводные, так называемые червяги. Немало таких и среди хвостатых и бесхвостых амфибий, которые тоже вроде бы научились обходиться без воды. Но так ли это?
Начнем с червяг. Эти земноводные, похожие на змей или больших червей, проводят основную часть жизни в земляных норках, в которых достаточно влажно. Поэтому сами они не опасаются высыхания. Но яичкам этой влажности, видимо, недостаточно, и червяги обвивают своим телом кладку, постоянно увлажняя яички слизью. Так же оберегает яички от высыхания вторая по величине на нашей планете (до метра в длину) амфибия амфиума. Она живет на юго-востоке США в болотах, стоячих водах, ее можно встретить и просто в канавах по обочинам дорог. Если амфибии - "оригиналы" среди других животных, то амфиума - "оригинал" среди амфибий. У нее вообще все не так, как у других земноводных. Амфибии живут постоянно на суше, но яички, как мы знаем, все равно откладывают в воду. А амфиума наоборот: постоянно живет в воде - даже жабры у нее есть, - а вот яички, крупные, до сантиметра в диаметре, откладывает на суше. Казалось бы, этот факт опровергает все наши утверждения. Но, во-первых, амфиума всегда откладывает яички в достаточно влажном месте, а во-вторых, в течение пяти месяцев не покидает их; обвившись вокруг кладки, самка постоянно увлажняет яйца обильно выделяющейся слизью. Так что влаги яичкам достаточно. Что же касается причины такого необычного поведения, то она заключается в недостатке в стоячих водах кислорода, который совершенно необходим для развития яиц земноводных. Не случайно же гигантская саламандра - самая крупная на земле амфибия, достигающая 160 сантиметров, - не только откладывает яйца на суше, устраивая для этого норки, не только увлажняет их своей слизью, но и постоянно обмахивает хвостом, чтобы увеличить приток свежего воздуха (этим занимается обычно самец, который заботится о потомстве).
