Мы живём в чудесное время: мы уже знаем очень много, так что можем увидеть всю нашу эволюцию в целом, но ведаем ещё далеко не всё, так что потенциал для открытий ещё огромнейший. Канва событий в первом приближении ясна, но новым исследователям есть ещё чем заняться, есть к чему стремиться.
Наша эволюционная линия выглядит следующим образом.
I. Докембрий, появление и начало эволюции жизни, 4,6–0,541 млрд л. н. Земля появилась совсем недавно и пока не была похожа на знакомую нам планету. Кислорода в атмосфере не было, океаны и континентальная кора формировались, повсюду булькали вулканы, с небес рушились астероиды. К моменту появления первой жизни твёрдое ядро Земли в основном сформировалось, напряжённость магнитного поля составляла уже не менее половины современного уровня, что давало атмосфере защиту от солнечного ветра и радиации, сутки равнялись приблизительно 15 часам. Условия на планете более-менее стабилизировались. Несмотря на видимую негостеприимность, именно такие условия оказались достаточны для возникновения и эволюции жизни.
Древнейшие осадочные породы и древнейшие следы жизни из Джек Хилл, Австралия, 4,4–4,1 млрд л. н.; Нуввуагиттук, Канада, 4,3–3,77 млрд л. н.; LUCA, последний универсальный общий предок (Last universal common ancestor), 4,4–3,47 млрд л. н.
На ещё не остывшей Земле пошла молекулярная эволюция: под ультрафиолетовым облучением, в «первобытном бульоне» зарождались первые органические вещества, собиравшиеся в более сложные комплексы. Важнейшими оказались комплексы РНК и белков, способные к самовоспроизведению – основа цитоплазмы. Вторым принципиальным достижением стала двойная цепочка ДНК – основа надёжной наследственности, молекула биологической памяти, которая обеспечивает передачу генетических данных из поколения в поколение на протяжении всей эволюции живых существ. Третья составляющая клетки – цитоплазматическая мембрана, создающая градиент вещества, энергии и информации между внутренним содержимым и внешней средой. Возникла первая клетка, предок всех живых организмов на планете. Внешний вид нам неизвестен, но, скорее всего, предок всего живого был похож на самую простую бактерию.
II. Первые прокариоты Prokaryota, 3,5–3,47 млрд л. н.: прокариоты из Онвервахт, Южная Африка, 3,5 млрд л. н.; древнейшие бесспорные прокариоты из Дрессер, Норт Поул, Тауэрс и Маунт Ада, Австралия, 3,496–3,47 млрд л. н.
Первые клетки, пока без ядра, но уже умеющие использовать разные химические реакции и живущие симбиотическими сообществами. Некоторые научились заниматься фотосинтезом – применять свет для получения энергии и синтеза новых органических веществ.
III. Первые эукариоты и первые многоклеточные, 2,1–1 млрд л. н.: существа из Франсвилля, 2,1 млрд л. н.; Myxomitodes stirlingensis, 2,0–1,8 млрд л. н.; Grypania spiralis, 1,87 млрд л. н.; Parmia, 1 млрд л. н.
Появилось клеточное ядро и мембранные органоиды клетки: организмы научились сворачивать мембрану во внутренние пузырьки, каждый со своей специализацией. Собственная генетическая информация схоронилась в ядре, что обеспечило её безопасность. Метаболические процессы оказались разнесены в разные органоиды, так что перестали противоречить друг другу; это позволило гораздо эффективнее использовать доступные ресурсы и занимать новые места обитания. Поглощённые археями бактерии, умеющие нейтрализовать и использовать кислород, стали митохондриями – энергетическими станциями клетки. Кислородный обмен дал огромные энергетические возможности. Эукариотические клетки выросли как минимум на порядок. Внешне первые эукариоты, вероятно, были похожи на современных эвгленовых жгутиконосцев.
Континенты более-менее стабилизировались, жизнь становилась всё более многообразной и активной. Фотосинтетики надышали катастрофическое количество кислорода, что привело к одному из самых сильных вымираний в истории Земли. Многие анаэробы исчезли, а преимущество получили те, кто для начала умел защищаться от кислорода, а ещё лучше – использовать его. Настала аэробная эра кислорода.
Высокоэнергетичный кислородный обмен позволил увеличить не только размер клеток, но и их число, возникли колониальные и настоящие многоклеточные организмы. Уже самые первые из них, размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, похожие на бесформенную амёбу из множества клеток, научились ползать. Многоклеточные заставили большую часть своих клеток не делиться до бесконечности, оставив эту способность только за половыми клетками, и, тем самым, изобрели смерть.
IV. Рот и симметрия, 840–539 млн л. н.: Sinosabellidites huainanensis и Pararenicola huaiyuanensis, 840–740 млн л. н.; Vernanimalcula guizhouena, 600–580 млн л. н.; «черви» из Такуари, 585 млн л. н.; Ikaria wariootia (=Helminthoidichnites), Parvancorina minchami и Kimberella quadrata, 558–555 млн л. н.; Yilingia spiciformis, 551–539 млн л. н.
Эдиакарский период – странное время, когда живые существа в большинстве своём не умели двигаться, не имели рта и твёрдых покровов, в экосистемах совсем или почти совсем не было хищников. Земля претерпела несколько ледниковых периодов, мир чуть совсем не замёрз, превратившись в нерастапливаемый снежок. С другой стороны, возможно, именно холода простимулировали появление крупных подвижных животных. В атмосфере накапливался кислород, разнообразие животных и растений росло.
Самые продвинутые многоклеточные обрели перед и зад, право и лево, верх и низ, став червеобразными. На переднем конце сконцентрировались органы чувств, а у некоторых появился рот. Предки, похожие на слизней, ползали по дну и маленькими зубчиками во рту соскребали с грунта бактерий и водоросли. Сквозная пищеварительная система позволила питаться непрерывно и разными типами еды.
V. Первые роющие, 551–541 млн л. н.: «черви» из Янцзы, 551–541 млн л. н.; Treptichnus pedum (=Trichophycus pedum), 541 млн л. н.
Новая эпоха ознаменовалась появлением существ, способных рыть норки, в том числе вертикальные. Копатели стали поднимать и перемешивать отмершую и отложившуюся на дно органику, возвращая её в круговорот веществ.
VI. Палеозой 541–251,9 млн л. н. Эта эра началась самым тёплым кембрийским периодом и закончилась самым холодным пермским. Жизнь в палеозое совершила огромный скачок от крошечных червеобразных тварей в морях до рептилий, покрытых шерстью, заселивших все материки. Начало палеозоя – «кембрийский взрыв», или «кембрийская революция», – взрывное появление крупных существ с твёрдыми элементами в теле.
Первые хордовые, 518–508 млн л. н.: Haikouichthys ercaicunensis и Myllokunmingia fengjiaoa, Zhongxiniscus intermedius и Cathaymyrus diadexus, 518 млн л. н.; Pikaia gracilens и Metaspriggina walcotti, 508 млн л. н.
Первые хордовые животные были мелкой пищей ужасных хищников – трилобитов, аномалокарисов и головоногих моллюсков. Членистоногие и прочие беспозвоночные покрылись панцирями и раковинами, обзавелись челюстями и клювами, хордовые же выживали только за счёт быстроты, манёвренности и чуть лучшей сообразительности.
Первые хордовые обрели мускулистый хвост для быстрых движений, хорду – стержень внутри тела для крепления мышц, глотку, а после жабры для снабжения мышц кислородом, замкнутую кровеносную систему с сердцем и капиллярами для прицельного переноса питательных веществ и кислорода с эффективной экономией энергии, развитое обоняние и глаза, дающие информацию, а также трубчатую нервную систему, быстро и качественно обрабатывающую эту информацию и управляющую объёмной мускулатурой, – наш будущий мозг. Больше всего похожие на ланцетника, они плавали над дном и иногда закапывались в ил, фильтруя проплывающую мимо муть.
Кроме прочего, головоногие наутилоидеи, вероятно, были фильтраторами, а потому ели больше не взрослых особей бесчелюстных, а икру и мальков, чем двигали филэмбриогенез, то есть эволюцию стадий индивидуального развития. Возможно, именно этот фактор держал личинок в тонусе и заставлял развиваться их опорно-двигательный аппарат и нервную систему.
VII. Первые бесчелюстные, 497–467 млн л. н.: Anatolepis heintzi, 497–467 млн л. н.; Palaeodus brevis и Archodus elegans, 485–470 млн л. н.
Предки обзавелись хрящевым скелетом – элементами позвонков вдоль хорды и жаберной решёткой, чешуёй в виде зубчиков по всему телу, а также головным мозгом в виде пяти пузырьков на переднем конце нервной трубки. При размерах в несколько сантиметров бесчелюстные были по-прежнему беззащитны перед ужасными хищниками своего времени – трилобитами, аномалокарисами и головоногими наутилоидеями. Зубчики стали хоть какой-то защитой, не слишком утяжелявшей тело, а внутренний скелет позволил двигаться быстрее. Для избегания опасностей и более сложных движений совершенствовалась и нервная система, хотя интеллект не ушёл дальше миножьего.
Жизнь первых рыбообразных бесчелюстных пришлась на суровый ледниковый период – один из самых мощных за всю историю планеты.
VIII. Первые костные рыбы, 427–408 млн л. н.: Andreolepis hedei, 427,4–423 млн л. н.; Qilinyu rostrata, Entelognathus primordialis, Guiyu oneiros, Sparalepis tingi и Megamastax amblyodus, 423 млн л. н.; Psarolepis romeri, 419 млн л. н.; Powichthys spitsbergensis и Youngolepis praecursor, 419–407,6 млн л. н.; Tungsenia paradoxa, 409 млн л. н.
Рыбы совершили огромный прорыв: обзавелись полноценным скелетом, жаберными дугами, крышей черепа, челюстями и полноценными зубами, парными плавниками, в разы выросли в размерах. Наконец, предки вырвались на верхний трофический уровень, перестали быть добычей, а сами стали гонять своих недавних врагов.
IX. Подготовка к суше, 395–383 млн л. н.: Kenichthys campbelli, 395 млн л. н.; Eusthenopteron foordi, 385 млн л. н.; Tristichopterus alatus и Platycephalichthys bischoffi