С момента появления позвоночных фосфатные зубы стали фамильной чертой своих владельцев. Основу различий между группами млекопитающих – от грызунов и приматов до хищных и хоботных – составляет зубная формула. А множество ископаемых видов этого класса описаны только по зубам и даже по одному зубу. Знаменитая «голливудская улыбка» – показатель того, что ее обладатель либо не страдает проблемами с пищеварением в частности и обменом веществ в целом, либо умеет заработать на хорошего стоматолога (тоже неплохо). Преступника проще найти по мельчайшим особенностям его зубов, чем по сложному узору на пальцах. Начало же всей этой зубной феерии положили конодонтоносцы – первые позвоночные с зубами. Причем во многом такими же, как у нас: фосфатными, с крепким внешним слоем и чувствительным внутренним.
Самое интересное, о чем поведали конодонтоносцы и их исследователи: зубы возникли раньше челюстей… Вопрос только: где именно? Для того чтобы конодонтофорид мог использовать свой изощренный зубной аппарат, зубы должны были находиться либо на стенках глотки, выворачивавшейся в момент захвата жертвы, либо на раздвоенном конце языка, вооруженном загнутыми зубцами, как у миксин. (Чтобы представить, как это работало, достаточно скрючить пальцы на руках навстречу друг другу и произвести хватательное движение. Получилось? Дальше жертва или ее оторванная часть втягивается внутрь зева…)
То обстоятельство, что для образования зубов конодонтоносцы воспользовались именно фосфатным минералом – гидроксилапатитом, сыграло важнейшую роль в эволюции всех позвоночных. Во-первых, гидроксилапатитовые зубы и другие костные образования не просто прочнее кальцитовых или арагонитовых (двух других самых распространенных в животном мире типов минерализации), а в тысячи раз крепче! Для сравнения: твердость самых устойчивых к истиранию и сдавливанию кальцитовых раковин составляет 545 × 106 Па, а гидроксилапатитовых, будь то кость, дентин или образующий чешуи ганоин, – от 500 000 × 106 до 62 000 000 × 106 Па. Поэтому даже небольшой фосфатный зуб продавит, казалось бы, непробиваемую известковую раковину, и его обладатель доберется до того, кто пытался в ней скрыться. Позднее именно прочность фосфатного скелета позволила позвоночным выйти на сушу и даже вырасти там до гигантских (завроподовых) размеров. Во-вторых, при быстром движении – стремительной погоне за ускользающей добычей или резком броске из засады на застигнутую врасплох жертву – в организме из-за распада глюкозы выделяется молочная кислота. Кислотность внутренней среды повышается, и скелет начал бы растворяться, будь он известковым. Фосфатные зубы и кости менее подвержены растворению. На опыте было показано: у форели известковые импланты растворяются в первые же часы активности, а с фосфатными ничего не происходит. В-третьих, объемный резервуар фосфата, до поры до времени сокрытый в твердых тканях, может быть востребован при недостатке этого важного вещества в организме. Например, его костные запасы активно расходуются самками птиц при откладке яиц, ведь им нужна прочная скорлупа. Этот же источник фосфата для скорлупы из медуллярной костной ткани использовали и многие динозавры. При болезнях, ведущих к нехватке в организме кальция или фосфата, резервуаром тоже служит костная ткань. (Увы, нередко это заканчивается остеопорозом.) Не исключено, что самым большим мозгом позвоночные, и особенно человек, обзавелись за время эволюции именно потому, что почти не испытывали недостатка фосфата, потребление которого возрастает при активной работе мозга. Во всяком случае, одна из гормональных сигнальных молекул, вырабатываемых костной тканью, – незрелый остеокальцин – улучшает память и повышает обучаемость, а нехватка или избыток неорганического фосфата в организме влияет на гены, связанные с развитием мозга.
И все благодаря нашим общим активным хищным и очень зубастым предкам, таким как конодонтоносцы…
Глава 3Зубы прежде всего. Прискомизон
Чтобы представить, как примерно выглядели самые древние бесчелюстные, далеко ехать не надо: в реках Центральной России водится очень необычное существо – у него есть жабры и хвостовой плавник, но это совсем не рыба. Одна из таких рек – Семенёк, живописный приток Дона, семенит по ущельям, которые не ожидаешь увидеть в самом центре Восточно-Европейской равнины, в Липецкой области. Гигантские каменные плиты, испещренные окаменевшими рытвинами и утыканные древними ракушками, 360 млн лет назад были морским дном и теперь снова стали дном, только речным. В морских девонских известняках встречаются разнообразные раковины: ромбовидные – брахиопод – и спирально-свернутые – головоногих моллюсков. Подобные беспозвоночные животные обитают и в современных морях, хотя обычными их не назовешь. Здесь же, в известняках, попадаются и темные чешуевидные пластины, иногда даже целые панцири ископаемых существ, похожие на панцири крабов, только без клешней. Однако принадлежали они совсем не ракообразным, а особой группе позвоночных животных – бесчелюстным. Именно эти существа 520–410 млн лет назад первенствовали среди позвоночных. Девонский период оказался для них переломным: из морей их вытеснили челюстноротые – рыбы, и к концу девона из всего былого великолепия остались лишь конодонтоносцы и круглоротые (Cyclostomata).
Последние бесчелюстные – круглоротые – нашли пристанище в реках (миноги) либо вновь освоили соленые воды, но стали исключительно паразитами (миксины). И те и другие – обитатели умеренных широт, практически не заселившие тропики. Из 50 видов миног около половины составляют кровососущие или выедающие плоть виды: они возвращаются в пресные воды на нерест либо живут там постоянно. Другая половина – безобидные обитатели рек, ручьев и озер.
Рис. 3.1. Самец и самка украинской миноги (Eudontomyzon mariae); видны бахрома ротовой воронки, глаза и округлые жаберные отверстия; р. Семенёк, Липецкая обл. (А. Каменев)
К последним относится и украинская минога, золотисто-оливковые тельца которой в середине апреля извиваются, сплетаясь в небольшие клубки, на освещенных солнцем быстрых мелких перекатах Семенёка (рис. 3.1). Пока вода не прогреется до 8–11 ℃, миножки (13–21 см длиной) из своих укрытий в иле и под корягами появляться не желают, несмотря на зов плоти – у них время нереста. Тепло будто разогревает любовный жар. А самцы самой большой из миног (до 1,2 м длиной и до 2,3 кг массой) – морской, не дожидаясь милостей от природы, разогреваются сами. Во время нереста у них вдоль спины разрастается валик – он нагревается, когда его касается самка. Валик состоит из ткани, очень напоминающей бурый жир, который накапливался в горбах у мамонтов и согревал этих гигантов. Минога – единственное не млекопитающее животное, имеющее подобный орган.
Самцы речной (невской) и европейской ручьевой миног, обитающих в реках Северо-Западной России, отличаются вороватым поведением. Пока один ухажер обласкивает самку, заставляя выметать икру, другой подкрадывается сзади и оплодотворяет ее. Причем это может быть самец другого вида, гораздо большего размера или, наоборот, помельче. Из такой икры развиваются гибриды.
Когда украинские миноги в Семенёке сплетаются в объятиях (иногда к одной самке могут присосаться сразу несколько самцов), их можно брать голыми руками. Брать-то, конечно, можно, но вот удержать… Извивающееся тельце мгновенно выскальзывает из рук: чешуи ведь нет, только обильная слизь. И это первое отличие современных бесчелюстных от рыб.
Миног разве что сачком удается наловить. На суше они, правда, тоже в руках сидеть не желают, извиваясь, словно бесхребетные создания, и легко проскальзывая между пальцами. Они и правда бесхребетные: у миног нет позвоночника, да и вообще никаких костей. Роль позвоночного столба выполняет хорда. Этот орган роднит миногу с конодонтоносцами и челюстноротыми, но у тех рыб, у кого он есть и сейчас, в дополнение имеется и костный или хрящевой скелет…
Если сразу выскользнуть из рук не удается, что случается исключительно редко, миножка пытается укусить. У нее есть несколько десятков роговых зубчиков, сидящих на нижней губе, ротовых пластинках и сбоку от ротовой воронки, и зазубренные пластинки на языке (рис. 3.2). Кусаясь, она использует пару самых острых заднеязычных пластинок. С помощью пластинок и зубчиков, которые у паразитических миног намного острее и больше, чем у безобидных сородичей, они пробуравливают покровы своих жертв – крупных рыб, а то и китов. (Это жуткая, если посмотреть через увеличительное стекло, конструкция. Ее не раз использовали фантасты для создания устрашающих инопланетных монстров: от марсианских пиявок в «Стажерах» братьев Стругацких до песчаных червей с Арракиса, воспетых Фрэнком Гербертом в «Дюне».) Древнеримский ученый Плиний Старший описывал даже нападение миног на человека, правда в неволе. То были специально натасканные крупные миноги, которых держал в пруду своей виллы Ведий Поллион, приятель императора Октавиана Августа: на растерзание монстрам он отправлял провинившихся рабов. Присосавшись, минога выпускает в ранку выделения щечных желез, препятствующие свертыванию крови и превращающие мясо в жидкую кашицу. Жертва от этого не погибает, но становится легкой добычей для других паразитов и хищников.
Рис. 3.2. Ротовая воронка украинской миноги с роговыми зубами и заднеязычными пластинками; диаметр воронки 0,5 мм (А. Каменев)
Вот и украинская миножка, прежде чем укусить, прилипает к пальцу с помощью бахромчатой ротовой воронки (челюстей-то у нее нет). Это еще одно отличие миног от рыб и также очень важный орган, из-за которого миног (и миксин) называют круглоротыми. С помощью ротовой воронки минога присасывается к жертве; ее же самцы используют, чтобы вытолкнуть соперника с облюбованного участка или, наоборот, удержать самку (см. рис. 3.1). Самец ловит избранницу присоской за любую часть тела, а затем перецепляется к «темени», словно целует, обвивает партнершу хвостом и, слегка сжимая ее, помогает метать икру. Кроме того, ротовая воронка нужна при строительстве гнезда. Сначала самец с ее помощью, опираясь на хвост, поднимает и уносит с отвоеванного у соперников местечка на перекате лишнюю гальку. Затем он присасывается к камню побольше и резкими волнообразными движениями раскидывает песок, чтобы получилось небольшое углубление – до 10 см в поперечнике. (У морской миноги гнездо шире и глубже, и, строя его, это сильное животное присоской перетаскивает более 10 кг камней.) Отнерестившись, миноги уплывают в тихие заводи и умирают.