Была ли суша заселена хоть какими-то организмами? Вполне возможно: современные бактерии обитают на суше весьма успешно. Но на древних (до образования Паннотии) материках и суперконтинентах они были беззащитны перед ультрафиолетовым излучением Солнца. В океан, особенно оледеневший, ультрафиолетовые лучи проникают куда меньше.
Накопление кислорода в атмосфере привело к тому, что появился так называемый озоновый слой, защищающий поверхность планеты от ультрафиолетового излучения и приводящий к снижению парникового эффекта. Быть может, заселение суши до образования Паннотии не произошло именно из-за слабости озонового слоя. А на рубеже венда и кембрия сошлось одно к одному: и суша, и озон, и влажность, и потепление.
б. Жизнь на суше
Первыми на сушу выбрались, судя по всему, растения – это если не считать бактерий. Ну, то есть как «выбрались»… Скорее оказались там отнюдь не добровольно. При движении литосферных плит, равно как и при поднятии и понижении уровня океана, обширные пространства то заливались морем, то вновь осушались, и этот процесс длился тысячелетиями. Учтем еще и то, что вокруг суши обычно есть заметные области мелководья, хорошо прогреваемые и аэрируемые. Многоклеточные водоросли (может, зеленые, а может, и харовые) заполоняли мелководные участки, а вскоре оказывались почти на суше: из-за понижения уровня океана или повышения уровня материков эти мелководья осушались, сначала частично, а потом и полностью.
В отличие от животных, растения не могут убежать от осушения; им приходилось как-то выживать. Большинство видов, скорее всего, погибали, но некоторые ухитрялись выжить, постепенно приспосабливаясь к довольно тяжелым и требовательным условиям суши. Ризоиды, которые у водорослей просто прикрепляют их ко дну, постепенно приспособились поднимать воду из влажного грунта (почвой это еще трудно назвать), развились проводящие ткани, появились еще некоторые приспособления, обсуждать которые мы не будем.
Наиболее сложным для первых почти наземных растений было приспособиться размножаться на суше. Ведь как хорошо в воде: выбросил кучу половых клеток в воду, они сами приплывут куда надо с небольшой, но не равной нулю вероятностью. А если снабдить их каким-нибудь хемотаксисом15, то получится и вовсе относительно надежный и экономный механизм. А по воздуху так не подвигаешься (до пыльцы оставались еще сотни миллионов лет). Те группы растений, которые заселяли сушу в раннем палеозое (примерно от 540 до 250 млн лет назад) – псилофиты, плауны, мхи, хвощи и папоротники – нуждаются для размножения в жидкой воде. Это весьма интересный сюжет, но мы, увы, оставим его в стороне. Важно лишь, что во влажном и заметно более теплом, чем до палеозоя, климате эти растения не просто прижились, а образовали гигантские по высоте и площади леса. Биомассы здесь было так много, что даже за сотни миллионов лет животные не смогли ее съесть, и часть отложилась в конце палеозоя в виде каменного угля – возвращаться в круговорот этот углерод стал, только когда мы начали этим углем отапливаться.
Экосистемы на нашей планете проявляют тенденцию к сбалансированности: если есть какой-то ресурс (в данном случае растительная биомасса), должен появиться кто-то, кто будет его есть. В палеозое со сбалансированностью экосистем было сложно, пока из океана на сушу вслед за растениями не полезли членистоногие. Как только они освоили новую среду обитания, переполненную растительной пищей, возникло удивительное многообразие наземных форм. Одни полуметровые стрекозы чего стоят! Но у членистоногих (а на суше еще до насекомых появились многоножки, пауки и т. п.) обнаружились сложности со снабжением тканей кислородом, и это оказалось существенным ограничением: слишком крупные будут страдать от недостатка кислорода. Крупный мозг, вроде нашего, при этом невозможен именно из-за своей потребности в энергии (и кислороде, соответственно). К тому же экосистемы из растений, членистоногих и бактерий (без них никак невозможно) все еще не достигали баланса продукции и потребления биомассы… Место было свободно.
в. Хордовые
Если вы плаваете в море и ваша плотность близка к плотности воды, вы можете быть совершенно мягкотелым, как медуза. Но если вам не нравится, когда от вас откусывают здоровенные куски (а кому это понравится?), вам понадобятся защитные структуры. Лучше – броня, но сойдет и хитиновый панцирь. Вдобавок ползать по дну без какого бы то ни было скелета можно, но неудобно. Уже во время вендского взрыва (продолжившегося в первом периоде палеозоя, кембрии) появились животные, ухитрившиеся соединить «техническое решение» обеих этих задач в одном.
Кольчатые черви, а потом и произошедшие от них членистоногие, обзавелись хитиновым панцирем. Этот местами твердый, а местами гибкий наружный скелет и защищает их, и служит местом прикрепления мышц. Правда, при увеличении размеров он оказывается слишком тяжелым: жюльверновские гигантские ракообразные тратили бы на движение слишком много энергии. Некоторые беспозвоночные, кстати, предпочли броню подвижности, как брюхоногие и двустворчатые моллюски. Некоторые, как головоногие, пошли другим путем (и этот сюжет тоже оставим в стороне).
В удивительном многообразии морских беспозвоночных встречались странные существа, чьи непосредственные потомки составляют сейчас кишечнодышащих, полухордовых, погонофор, щетинкочелюстных и еще некоторые малоизвестные экзотические группы. Сюда же относятся, насколько можно судить, и иглокожие. Некоторые из их общих предков стали родоначальниками новой группы животных – хордовых16.
По не вполне ясным причинам эти существа перевернулись на спину, то есть стали передвигаться по дну брюшной стороной вверх; сверху у них оказалась и нервная система. По результату это было важнейшее преобразование – наш крупный мозг начинал свою эволюцию именно отсюда. Не менее важно, что эти существа приспособились двигаться при помощи хвоста – это оказалось отнюдь не лишнее украшение. Кроме того, наличествующая у некоторых беспозвоночных длинная штуковина, вроде вытянутой продольной мышцы кольчатых червей, у наших предков превратилась в напоминающий хрящи плотный тяж – хорду. Впрочем, из чего и как образовалась хорда – вопрос, на который еще нет однозначного ответа. Важно, что она образовалась: иначе что бы мы делали без межпозвонковых дисков, в которые она превратилась у нас?
Новые особенности строения тела, как оказалось, были удачным приобретением. Во-первых, хорда и то, во что она превратилась впоследствии, не накладывают ограничений на рост (при твердом панцире для роста приходится линять, сбрасывая панцирь). Во-вторых, она не слишком много весит, но дает хорошую опору для мышц – движение хвоста становится очень эффективным способом локомоции. Трубчатая нервная система на спинной стороне тоже оказалась весьма перспективной конструкцией.
Заметим еще, что развитие зародышей хордовых – весьма занимательный процесс! – характеризуется целым рядом любопытных новшеств, от обсуждения которых мы с некоторым трудом воздержимся. Обратим, однако, внимание лишь на то, что в ранней эволюции хордовых трижды произошло полное удвоение всего генома. Точнее говоря, это произошло дважды у ранних хордовых, а потом еще раз у ранних рыб. Быть может, при делении клеток зародыша что-то пошло не так – это вполне может служить причиной удвоения генома. У ранних хордовых оказалось по нескольку копий всех их генов; это дало возможность использовать эти как-бы-лишние копии для регуляции многих процессов, в первую очередь – сложного развития зародыша. Кроме того, эти полногеномные копии предоставляют обширное поле для изменчивости, а также для усложнения и анатомии, и развития.
Общий предок всех хордовых существовал не позднее 500 млн лет назад, а скорее всего – и раньше (точность датировок ископаемых неидеальна, но это не влияет на адекватность выводов). Из современных животных больше всего на него похож ланцетник, небольшое (длиной в ладонь) донное существо, проводящее большую часть жизни, зарывшись в грунт и питающееся тем, что можно найти на дне. Не слишком аппетитная пища, признаться.
Для нас важно обратить внимание лишь на несколько важных вещей. Во-первых, это произошедшее у предков ланцетника двукратное удвоение генома. Во-вторых, это своеобразный способ локомоции при помощи двух групп сегментированных мышц и упругой хорды между ними. Наконец, в-третьих, это трубчатая нервная система на спинной стороне, над хордой, обладающая едва заметным расширением на переднем конце; именно из него впоследствии разовьется крупный мозг, которым мы так гордимся.
Как и любое существо, заполучившее [от Создателя] удачное техническое решение некоторых анатомических задач, общий предок хордовых быстро диверсифицировал свои приспособления и дал немало интереснейших форм, как вымерших, так и выживших. Среди них был донельзя странный подтип оболочников (асцидии, сальпы и проч.), ланцетники и, наконец, позвоночные, а конкретнее – рыбы. У последних вокруг хорды образуются уплотнения (сначала – хрящевые, а потом и костные), и хорда постепенно вытесняется рядом позвонков, образующихся вокруг нее. Впоследствии к позвонкам добавились уплотнения вокруг мозга, из которых постепенно образовался череп. Конструкция оказалась настолько удачной, что целый ряд возникших тогда существ успешно выживает с тех самых пор, чуть ли не полмиллиарда лет: это и круглоротые (миноги и миксины), и хрящевые рыбы – акулы и скаты. Неверно было бы утверждать, что они с тех пор совсем не менялись, но план их строения остается стабильным.
После появления древних позвоночных мы наблюдаем множество существ, необычных с нашей точки зрения, вроде огромных плакодермов (панцирных рыб, живших около 400 млн лет назад) или тех же акул. Для более поздних видов, между прочим, оказались весьма полезными свойственные им кожные пластинки, порой уплотняющиеся до почти костного состояния. Если бы не они, ходить бы нам лысыми, а профессия парикмахера вообще бы не возникла. Да и украсить голову вождя пучком замысловатых перьев тоже не получилось бы… Зато чистить рыбу было бы много проще.
Наибольшее разнообразие мы наблюдаем, однако, у другой группы рыб – костных. Их предки обзавелись жаберными крышками, которые позволяют им дышать независимо от движений всего тела, а также плавательным пузырем, сообщавшим им нулевую или переменную плавучесть (попросту говоря – они не тонут, если не хотят), а еще – две пары плавников. Впрочем, бывали варианты с разным числом плавников, и если бы им сопутствовал успех – быть бы нам шестиногими. Древнейшие костные рыбы появились около 400—430 млн лет назад, а господство в воде завоевали после девонского вымирания, устранившего их основных конкурентов – плакодермов.
г. Хватит плавать, пора ползать: земноводные
Ранние, относительно примитивные, не приспособленные к каким-то конкретным условиям костные рыбы не всегда чувствовали себя как рыба в воде, особенно – до девонского вымирания. Изменения климата и рельефа приводили к тому, что от океана то и дело отделялись неглубокие, часто пересыхающие водоемы; при этом наиболее богатыми оставались прибрежные экосистемы с обширной приливно-отливной зоной. Одним словом, жить на грани воды и суши было порой суровой необходимостью, а порой и неплохим шансом.
В этом переходном состоянии не раз оказывались разные группы рыб; кто-то из них успевал уплыть подальше от сухой и негостеприимной, хотя и богатой суши, а кто-то приспосабливался как мог. На суше для рыб наиболее острыми были, пожалуй, три проблемы: кислород, высыхание и локомоция. Во-первых, получать кислород из воздуха сложнее, чем из воды: для этого требуются специальные приспособления, легкие. У некоторых так называемых двоякодышащих рыб образовались связанные с пищеводом легочные мешки (собственно, это видоизмененный плавательный пузырь) – это сделало их кандидатами на роль общего предка всех наземных позвоночных. Заметим, что некоторые рыбы, как и некоторые земноводные, ухитряются получать достаточно кислорода прямо через влажную кожу; но тут в дело вступает «во-вторых». Во-вторых, в воздухе весьма велика опасность высохнуть – а кому охота ненароком превратиться в воблу? Впрочем, от решения этой проблемы рыбы до поры до времени уклонились: климат был более теплым и влажным, да и в прибрежной полосе влажность в любом случае высока. Позже эта проблема встанет перед земноводными во весь рост – но только позже. Наконец, в-третьих, в воздухе не поплаваешь, да и ползать за счет движения хвоста не очень удобно (хотя некоторые существа вроде безногих амфибий или змей как-то справляются). Кое-кто из современных рыб, как илистый прыгун, могут ползать при помощи передних плавников и даже забираться на деревья (они живут в мангровых зарослях, где деревья растут прямо в приливно-отливной зоне). А появившиеся около 400 млн лет назад (в самом начале эпохи рыб) так называемые кистеперые рыбы обладают плавниками, по строению напоминающими конечности наземных позвоночных. Вдобавок по крайней мере некоторые кистеперые обладали двойным легочно-жаберным дыханием (как двоякодышащие): сегодня именно их считают наиболее вероятным предком наземных позвоночных, а значит – и нас с вами.
Строго говоря, перед начавшими осваивать сушу позвоночными стоит еще одна непростая задача: размножение. Здесь невозможно, как какая-нибудь треска, выметывать в воду несметные полчища икринок: они засохнут прежде, чем их успеют сожрать первые попавшиеся насекомые. Но эту проблему выползавшие на сушу рыбы, как и их потомки – земноводные, решать не стали; они просто уходят для размножения в воду. Настоящую независимость от породившего жизнь океана обрели уже совсем другие существа, о которых речь впереди.
От земноводных же нам в первую очередь досталось то, что несколько расплывчато называют «план строения четвероногих»: тело, состоящее из туловища, головы и хвоста, две (и именно две) пары конечностей, зубы и весь челюстной аппарат, легкие, кожные уплотнения и множество иных особенностей внешнего и внутреннего строения, да и кое-что из поведенческих феноменов.
Казалось бы, при таком «плане строения» можно было бы сотворить человека из жабы (порой кажется, что так и было…)? Все же, полагаю, кое-чего не доставало, по крайней мере, с человеческой точки зрения. У земноводных слишком маломощный мозг: едва ли он способен обеспечить такую затратную для «вычислительных» ресурсов вещь, как социальность. К тому же, чтобы земноводные могли «плодиться, размножаться и наполнять землю», вместо земли желательно было иметь болото с гарантированной влажностью, что при неустойчивом климате нашей планеты, похоже, затруднительно.
Относительно «плана строения четвероногих» уместно задать себе вопрос: а так ли был важен этот план? Иногда, когда нужно нести несколько сумок и держать телефон и комар кусает в спину, невольно пожалеешь, что нашими предками не стали рыбы вроде латимерии с семью (!) плавниками, в том числе на спине… Был ли образ четвероногого задан с самого начала или особенности анатомии были неважны, лишь бы получилось достаточно мозговитое социальное существо? Очевидно же, что выражение «образ и подобие Божие» едва ли имеет отношение к анатомии… На мой вкус – а ответ на этот вопрос, несомненно, дело вкуса – заданность плана строения заранее менее вероятна, и Создатель воспользовался тем, что получилось и оказалось достаточно успешным. Быть может, на других планетах все могло быть иначе… Отсюда следует предположение, что история развития жизни на Земле имеет значение, потому что ее исход (в виде появления наших непосредственных предков) не был предопределен в анатомическом смысле. Был ли результат эволюции предопределен в отношении когнитивных способностей и поведения – еще один вопрос без ответа. Иными словами, достаточно ли появления многоклеточных, чтобы быть уверенным, что рано или поздно подходящее для гоминизации (превращения в человека) существо появится? Однозначного ответа на этот вопрос у меня, конечно, нет. Может быть, в разговоре о земноводных, которым явно не хватает разнообразия и эврибионтности, задавать этот вопрос вообще преждевременно. Однако не вредно иметь в виду, что мы созданы, быть может, из далеко не идеального материала, и слова «венец творения» отнюдь не означают «самое прекрасное и совершенное существо во вселенной». У нас и в самом деле есть ограничения и недостатки, которые мы призваны преодолевать.