Измерение скелета брахиозавра в музее естествознания
Это основополагающие биологические вопросы о роли, которую играют масса тела, площадь поверхности тела и фрактальная геометрия тканей в строении организма. Например, на клеточном уровне не обнаруживается никакой разницы между размерами и функциями печеночной клетки землеройки весом 5 г и такой же клетки слона весом 5 млн г. Оба эти животные – млекопитающие, способные существовать в одинаковых природных условиях.
Сначала в Берлине образовалось маленькое научное сообщество, заинтересовавшееся этими вопросами; затем такие же сообщества появились и в других городах республики. В конечном счете больше десяти лет спустя, в 2004 году состоялось учреждение исследовательской группы 553 при Немецком научном обществе «Биология зауропод 553» под руководством боннского палеонтолога Мартина Зандера. Двенадцать научных коллективов посвятили себя интенсивному изучению темы гигантизма зауропод, а четыре года спустя Spiegel на первой полосе сообщил об «измерении динозавров». В 2010 году результаты исследований были, наконец, опубликованы в журнале Biological Reviews. Исследовательская группа пришла к некоторым интересным новым выводам о тех причинах, которые могли привести к возникновению гигантизма у зауроподов. В частности, среди прочего мы установили, что предположительно у зауроподов, в результате специфического сочетания родовых наследственных признаков и ключевых эволюционных приобретений на различных уровнях, был запущен замечательный эволюционный каскад, приведший к гигантизму. К этим ключевым эволюционным инновациям, с большой долей вероятности, можно отнести длинную шею – самый выдающийся анатомический признак строения тела зауропод. Длинная шея сделала возможным эффективный сбор пищи, так как зауроподам был доступен в качестве источника пищи больший объем пространства, нежели другим травоядным. В спокойном положении при такой длине шеи, согласно нашим расчетам, зауроподу для сбора пищи было доступно пространство объемом 150 м3. Исходя из биомеханических соображений – для того чтобы уменьшить вес самой шеи – было необходимо по ходу эволюции уменьшить размер головы и создать пустотелые кости, так называемый пневматизированный скелет. Уменьшение размера головы оказалось возможным, потому что растительный материал надо было только сорвать с ветви, но не было необходимости его жевать. Брахиозавр, скелет которого находится в музее естествознания, должно быть, поедал в сутки около 350 кг растительного материала (в сыром весе), что соответствует приблизительно 120 кг сухого веса. Из этих 120 кг, по нашим расчетам, в кровь всасывалось около 60 кг питательных веществ.
Для того чтобы выполнить эти расчеты, нам пришлось прибегнуть к помощи Ботанического сада в Далеме (Берлин), а также Биохимического института Свободного университета. Ботанический сад предоставил нам для анализа образцы древовидных папоротников и других растений, которые уже в юрском периоде служили зауроподам источником питания. Так как в то время на Земле еще не было цветковых растений, то представить себе меню зауропод не составило особого труда для специалистов по палеонтологической физиологии питания: папоротники, полевые хвощи, саговники, гинкго и хвойные – только эти растения могли играть в питании основную роль. Энергетическую ценность пищевых продуктов можно определить с помощью калориметра; у папоротника энергетическая ценность равна 3,5 ккал/г, а у гинкго – 6,1 ккал/г. Для усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте зауроподы не располагали ни механизмом интенсивного пережевывания, ни механизмом измельчения пищи в желудке за счет проглоченных камней, как это наблюдается у страусовых. Эти механизмы, согласно данным других участников группы 553, только ограничили бы усвоение пищи. Аллометрические расчеты величины желудочно-кишечного тракта и основного обмена зауропод показали, что необходимого измельчения целлюлозы удавалось добиться, предположительно, за счет удлинения времени пребывания пищи в желудке и кишечнике.
Выраженное формирование воздухоносных полостей в скелетной системе (ее пневматизация) было у зауропод в ходе их эволюционной истории тесно связано с развитием органа дыхания, состоявшего из множества воздушных мешков – таких же, как у современных птиц. Такое основанное на воздушных мешках дыхание обеспечивает, в отличие от легких, которыми дышим мы, лучший с точки зрения физиологии дыхания газообмен, позволяет уменьшить массу тела и лучше отдавать тепло, что особенно важно для организмов с большой массой тела. Улучшенное дыхание сделало возможным увеличение скорости метаболизма у зауропод, а следовательно, повысило и уровень основного обмена. Этот уровень – свойство, очевидно возникшее уже на ранней стадии эволюции динозавров. Анализ костного материала показал, что предельный возраст зауропод не превышал 80–100 лет. Рост зауропод был наиболее быстрым в возрасте от 15 до 30 лет. Увеличение массы в этот период составляло около 10 кг в сутки. Это увеличение скорости роста вело к увеличению скорости размножения у зауропод в сравнении с крупными млекопитающими. Кроме того, как яйцекладущие рептилии, зауроподы оставляли и более многочисленное потомство. В то время как у зауропод увеличение массы тела вело к увеличению числа яиц в кладке, у сухопутных млекопитающих наблюдают противоположную тенденцию. Рептилии обладают в основном эктодермальным обменом веществ, то есть в большой степени зависят от температуры окружающей среды и при низкой интенсивности обмена сильно ограничены в своей активности.
Новые данные об обмене веществ в костях, о биомеханике, о питании и размножении были дополнены новыми сведениями о сердечно-сосудистой системе. Так, сердце, для того чтобы обеспечить кровью головной мозг, должно было протолкнуть кровь на высоту около 8 м, что требует давления в несколько сотен миллиметров ртутного столба. Миллиметр ртутного столба (мм Hg) – это единица измерения давления. По историческим причинам именно эта единица до сих пор используется в медицинской практике вместо международной единицы – паскаля, так как до недавнего времени артериальное давление крови измеряли с помощью ртутных тонометров, в которых давление определяли по высоте ртутного столба. У человека разность давлений крови в сердце и головном мозге составляет около 30 мм Hg, а у жирафа, например, почти 200 мм Hg.
Вот видите, что может получиться, когда вместе с шефом, в моем случае с профессором Киршем, пьешь чай в пятницу вечером и вслух размышляешь о найденных в Восточной Африке костях. Но Восточная Африка – не только родина динозавров, именно там началось стремительное развитие человека.
Олдувай, или Колыбель человечестваГде и как мы стали теми, кто мы есть
Добрых 2 млн лет назад, как позволяют предположить находки в Олдувайском ущелье в Танзании, из австралопитека, южной обезьяны, возник современный человек, который с тех пор, как повелел ему Бог Ветхого Завета, подчинил себе всю Землю. На примере поразительных адаптационных изменений, которые при этом имели место, мы можем многому научиться. Надо сказать, что в эволюции человека и в его расселении по всему миру решающую роль всегда играл климат. Климатические изменения в значительной степени – как положительно, так и отрицательно – повлияли на развитие человечества. Поэтому у нас нет больших оснований для оптимизма, поскольку едва ли мы сумеем физиологически справиться с обозначившимся в наше время изменением климата и превзойти положенные нам границы способности к адаптации.
Сентябрь 1981 года, приближается полночь. Кромешная тьма. Только автомобильные фары выхватывают из темноты конусы света вдоль извилистой дороги. Я еду после вечернего доклада и хочу за ночь добраться до места следующего выступления. Чтобы не заснуть, я включаю радио. Мягкий, мелодичный женский голос медленно, слегка растягивая слова, читает: «Остался ли в воздухе равнины оттенок, которому я отдавала предпочтение в одежде, изобрели ли ребятишки игру, в которой звучит мое имя, падает ли свет луны на гальку дорожки перед домом, напоминая обо мне, ищут ли меня орлы нагорья Нгонг?»[1]
В тот момент, среди ночи, в Шварцвальде, «галька дорожки перед домом» явственно возникла у меня в голове. Мне было совершенно непонятно, почему я никогда не слышал ни об авторе этих строк Тане Бликсен, ни о ее жизненном пути, как не слышал ничего и о Денисе Флинче Хаттоне. Сегодня я смотрю на эту дорожку, сижу на крытой веранде, которая стала известна всему миру благодаря граммофону и концерту для кларнета. Многое изменилось с тех пор. Ее африканская ферма находится теперь на окраине Найроби, а М’Богани, жилище датчанки Карен Кристенце Динесен, ставшей впоследствии баронессой Бликсен-Финеке, превратилось в музей у подножия горы Нгонг. Вся эта часть города носит теперь имя знаменитой писательницы: Карен. Все еще многочисленные, хорошо сохранившиеся и обитаемые виллы с обширными парками и садами в этой части города передают романтический облик колониального периода, продолжавшегося несколько десятилетий. «Здесь непосредственно встречаются друг с другом, – как утверждала в журнале Spiegel писательница С. Леттенбауэр, – тоска по колониальному порядку и современная переделка британского наследия».
Довольно долгое время эта ферма принадлежала богатейшему клану Африки, клану Кениат. Его представитель Джомо Кениата в 1963 году, после провозглашения независимости Кении, стал первым премьер-министром страны, а в 1964 году, после объявления Кении республикой – первым ее президентом. Он обеспечил процветание узкому верхнему слою местной элиты, в то время как больше половины населения этой богатой полезными ископаемыми страны до сих пор живет на грани нищеты, и ситуация не улучшается, а становится только хуже. Год за годом в Кении растет число беженцев из западных регионов, расположенных южнее Сахары – прежде всего из Буркина-Фасо, Чада и Нигера. Уже сегодня по числу беженцев – 2 млн в год – Кения занимает второе место после Колумбии среди стран, где возрастает их количество. Главная причина такого массового переселения – глобальное изменение климата, негативные последствия которого коснулись людей, проживающих в области экватора, значительно раньше и сильнее, чем населения, живущего в более северных районах земного шара. Ситуация просто карикатурная: страны, сильнее других пострадавшие сегодня от изменения климата, которое лишь усугубится в будущем, меньше остальных повинны в этом.