«Птичья гипотеза» Острома стала фактически переоткрытием динозавров, вызвавшим кипучую палеонтологическую активность, которую даже называют «динозавровым ренессансом»: ученые бросились с новым энтузиазмом откапывать этих ускоренных, птицеподобных ящеров. Лично для меня интереснее даже не столько тот факт, что динозавры – это птицы, сколько тот факт, что птицы – это динозавры. С того момента, как я это окончательно усвоил, я стал по-другому смотреть на орлов, попугаев, скворцов, ворон. Мне приятно думать, что красочный, причудливый, музыкальный, воздушный мир этих необычайных существ дает нам возможность вдохнуть мезозойский воздух, одним глазом взглянуть на утерянное, но, несомненно, столь же красочное и бесконечно разнообразное прошлое. За это я благодарен тому тесному сплетению науки и фантазии, которое представляет собой искусство палеореконструкции.
Ну а что же «Парк Юрского периода»? Забавно, что в 1993 г. фильм шел в ногу с прогрессивной наукой и именно тем покорил сердца целого поколения. Но к 2019 г. «Парк» разросся до франшизы индустриальных масштабов, и стандарты зрелищности возобладали над научностью. «Научные» динозавры с каждым годом все больше и больше напоминают гигантских злобных птиц. Но тираннозавр-трясогузка и зубастые страусы выглядят, увы, не так брутально, как змеекожий ящер, так что продюсеры фильма остаются верными этому устаревшему образу двуногой ящерицы. Хотя, по-моему, с перьями было бы куда интереснее.
Итак, в пожарищах Великого вымирания гибнет палеозойская мегафауна. Среди жертв – родственные нам синапсиды– Мономашичи, первые настоящие крупные хищники и травоядные суши. Хрупкий природный баланс, поддерживающий амбициозное существование этих огромных, энергетически дорогостоящих животных, нарушается легче всего. Им не хватает еды, воды, кислорода. Они уступают место видам мелким, неприхотливым, простым, всеядным.
Среди горстки выживших Мономашичей оказываются листрозавры, похожие на инопланетных свиней48, 49. Они получают неожиданное распространение на первых этапах постапокалипсиса. Как мыши по заброшенному чердаку, эти тупорылые существа снуют по выжженной земле, вдыхая жидкий вулканический воздух в разросшиеся легкие. Судя по необычной форме их черепа («листрозавр» означает «лопатоящер»), они хорошо рыли землю и, возможно, даже жили в тоннелях, как кроты50. Интересно, что если в карбоне листрозавры были размером примерно с крупную свинью и весили около 200 кг, то в триасовый период, после Вымирания, они уменьшились до размеров средней собаки и стали размножаться в более юном возрасте51.
Такая миниатюризация, или «лилипут-эффект», отражает общую стратегию видов, которым удалось пережить пермскую катастрофу. Это стратегия сокращения расходов. В условиях конца света, когда ресурсов мало, а шансы внезапно умереть велики, большое долгоживущее тело – слишком большая роскошь для генов, путешествующих с ним сквозь поколения. Выживают те, кто снижает стоимость организма и ускоряет процесс его воспроизведения.
Для нас этот «лилипут-эффект» имеет значение, потому что, помимо листрозавров, схожим образом изменилась еще одна выжившая группа Мономашичей – цинодонты52. А это – наши прямые предки53.
Цинодонты, или «собакозубые», напоминающие страшноватых больших крыс, тоже существенно уменьшились в размерах в результате Великого вымирания. Как мы вскоре увидим, эта изначально вынужденная мера в конечном итоге окажется одним из принципиальных условий, определивших наше происхождение. Среди цинодонтов ближе к концу мезозоя возникнут млекопитающие (также известные под простым, красивым и древним названием «звери»). После вымирания крупных динозавров они взойдут на вершину пищевой пирамиды и останутся там до наших дней.
Но пока крысоподобные цинодонты вместе с вездесущими лопатомордыми листрозаврами остаются жалкой тенью былого величия синапсид, Мономашичей. На фоне пепелища оживает другая ветвь эволюционного древа амниот – зауропсиды, Ольговичи, и главную роль среди них получает до сих пор малозаметная группа архозавров. К ним относятся и небесные птерозавры, и наземные динозавры.
Почему зауропсиды, и в частности архозавры, пришли к успеху именно после пермской катастрофы – один из самых неоднозначных вопросов зоологии. Большинство учебников и статей сдаются, ограничившись общими фразами вроде «им благоволили условия». Но что именно в этих условиях благоволило именно зауропсидам, а не синапсидам? Почему зауропсиды выросли в размерах и расплодились в бесчисленных вариациях, а синапсиды из саблезубых гигантов превратились в крысовидных лилипутов?
Пожалуй, самое интересное в дихотомии зауропсид и синапсид – это то, что, несмотря на древность этого раскола, обе ветви на протяжении сотен миллионов лет остаются поразительно похожими друг на друга. Благодаря этому то одна, то другая выходят вперед. Обычно крупные эволюционные победы окончательны. У насекомых, например, в силу чисто физических причин просто не было шансов занять место позвоночных после того, как те объявились на суше. Точно так же сложно представить, например, чтобы амфибии вдруг одолели амниот. Но зауропсиды с синапсидами вечно дышат друг другу в спину, и от этого-то их борьба так увлекательна.
В ходе этого противостояния оба клана по многим статьям будто подражают один другому. Синапсиды называются синапсидами, потому что у них в черепе есть дырка с дугой, куда крепятся жевательные мышцы. На самых ранних этапах раскола именно это их и отличало от зауропсид, но вскоре и те, будто спохватившись, стали украшать череп разнообразными дугами и дырками. Дошло до того, что сегодня у зауропсид змей весь череп – одни сплошные дуги с дырками, а у синапсид людей эту нашу знаменитую изначальную дугу еще надо поискать.
КСТАТИ
Те или иные формы отверстий в черепе позади глаз сегодня есть у всех пресмыкающихся и птиц, за одним исключением: черепахи. Причем по современным представлениям такой сплошной черепаший череп – это вторичное приобретение, то есть происходит он от дырявого черепа более древних зауропсид, а не наоборот (как считалось раньше). Это забавно: у черепахи, получается, тяга к сплошной броне распространяется даже на голову, пусть и в ущерб жевательным мышцам. Зачем кусаться, когда ты – танк?
Другой пример «подражания» синапсид и зауропсид друг другу – это наши сердца. У более примитивных в этом смысле видов, например лягушек, сердце трехкамерное: в нем два предсердия, но всего один желудочек. У людей (синапсид) и птиц (зауропсид) сердце четырехкамерное. В четырехкамерном сердце, в отличие от трехкамерного, единый желудочек разделен на два, благодаря чему артериальная и венозная кровь не смешиваются. Это позволяет полностью разделить так называемый малый круг кровообращения (круг, в котором кровь течет от сердца к легким и обратно, насыщаясь кислородом) и большой круг кровообращения (в котором кровь течет от сердца к остальным тканям и обратно, раздавая кислород). В результате достигается более высокая концентрация кислорода в крови, а значит, повышается эффективность дыхания. Как и дуги в черепе, повышающие эффективность жевания, это видоизменение сердца синапсиды и зауропсиды осуществили независимо друг от друга.
Такое явление называется конвергентной эволюцией. Дельфины, например, произошли от наземных зверей, а ихтиозавры – от наземных ящеров, и эти их предки не были похожи друг на друга. Войдя в воду, и те и другие по внешним признакам стали походить на типичных рыб, причем почти одинаковых. Они независимо сошлись на одном и том же признаке: гидродинамически обтекаемом теле с плавниками. Это и есть конвергентная («сходящаяся») эволюция.
Из будущего параллельные пути синапсид и зауропсид смотрятся как противостояние двух держав, подражающих друг другу в бесконечной гонке вооружений. В этой гонке раньше впереди были синапсиды, но после Великого вымирания вперед вырвались зауропсиды. Чем же объясняется такой поворот событий в мезозойскую эру? Почему Ольговичи после сибирской напасти побороли Мономашичей?
Ответ остается неизвестным, но кое-что зауропсидам удалось реализовать лучше, чем синапсидам, и в этом может крыться объяснение торжества динозавров.
Когда человек вдыхает, воздух устремляется внутрь легких, то есть мешка, опутанного кровеносными сосудами. Кровь отводит от легких кислород, и через секунду-другую человек выдыхает обедненный воздух в обратном направлении. Такой обратный ток совершенно бесполезен в плане дальнейшего насыщения крови кислородом: выдох нужен только для того, чтобы сделать новый вдох. Это досадная трата времени, снижающая суммарную эффективность дыхания54.
Дыхание птиц работает несколько иначе. Вместо того чтобы двигаться туда-сюда, воздух течет в одном направлении, с каждым вдохом и выдохом постепенно продвигаясь по легким. Фактически легкое превращается из мешка в замкнутую трубку, по которой воздух циркулирует в одном направлении, что достигается встроенными воздушными мешками, работающими как мехи. Благодаря этому кислород всасывается не только во время вдоха, но и во время выдоха, непрерывно. Такой усовершенствованный тип дыхания называется двойным.
Легкие птиц сочетают в себе достоинства обычных легких с жабрами. В воде жабры хороши тем, что они непрерывно омываются свежей водой, тогда как легкие нужно накачивать и опорожнять54. У наземных животных, как обсуждалось в прошлой главе, преобладают легкие, потому что в них лучше удерживается влага. Легкие птиц позволяют и по-рыбьему непрерывно дышать, и по-наземному бороться с высыханием. В результате птица способна за единицу времени впитать в себя больше кислорода, чем млекопитающее того же размера. Это легко продемонстрировать, если поместить мышь (дышащую обычным способом) и воробья (дышащего двойным способом) в гипобарическую камеру, имитирующую разреженный воздух на высокой горе. При понижении давления до уровня, соответствующего высоте 6100 м над уровнем моря, мышь с трудом ползает на брюхе, а воробей не просто хорошо себя чувствует, а летает как ни в чем не бывало