Проектная работа на тему: «Палеонтологические загадки Подмосковья. Странные окаменелости, обнаруженные еще в середине ХХ в. на территории американского штата Иллинойс, стали началом одной из самых интересных загадок палеонтологии. В честь нашедшего первый

Загадки "Кембрийского периода"

Кирилл ЕСЬКОВ

Одна из загадок палеонтологии - "внезапное" появление большинства типов животных в кембрийском периоде. Откуда взялось это буйство жизни? Что было до этого? Оказывается, "кембрийская попытка" была не единственной. Ей предшествовали менее удачные варианты "акта творения", породившие к жизни пышную, но бесследно исчезнувшую фауну.

В длинном ряду научных заслуг Чарльза Дарвина есть и такая: в опубликованном в 1859 году "Происхождении видов" им был честно и четко сформулирован ряд вопросов, на которые его теория не давала удовлетворительного ответа (при тогдашнем уровне знаний).

Одним из самых серьезных вопросов основатель эволюционной теории считал "загадку кембрия". Известно, что в кембрийских отложениях практически одновременно появляются ископаемые представители почти всех основных подразделений животного царства. По идее, их появление должно было предваряться длительным периодом эволюции, однако реальные следы этого процесса почему-то отсутствуют: в предшествующих кембрию (докембрийских) слоях ископаемых остатков нет. Никаких. Ну чем тебе не "акт творения"?

Самыми крупными подразделениями геохронологической шкалы являются зоны: фанерозой (от греческого "фанерос" - видимый, явный, и "зоэ" - жизнь; самый ранний период этого зона - кем брий) и криптозой ("криптон" - по-гречески "скрытый"), или докембрий. Фундаментальное разделение геохронологической шкалы на фанерозой, самым ранним периодом которого является кембрии (начавшийся 0,54 миллиарда лет назад) и докембрий (0,54 - 4,5 миллиарда лет), основано на наличии или отсутствии в соответствующих осадочных породах ископаемых останков организмов, имевших твердый скелет.

На протяжении почти ста лет после публикации "Происхождения видов" ясности в этом вопросе практически не прибавлялось. В целом докембрий действительно оставался "Темными веками" палеонтологической истории, откуда практически не было "письменных источников". Все представления об этом периоде (а это как-никак семь восьмых времени существования нашей планеты!) представляли собой домыслы, проверка которых казалась невозможной.

Ситуация изменилась лишь в последние десятилетия: в изучении докембрийских ископаемых произошла настоящая революция, интереснейшие результаты которой (как уж водится!) остаются практически не известными широкой публике. Частично закрасить это "белое пятно" и призвана настоящая статья.

Идиллия "эдиакарского сада"

В 1947 году в местечке Эдиакара, в Южной Австралии, было сделано одно из самых замечательных открытий за всю историю палеонтологии. Оказалось, что в конце докембрия - вендском периоде (620-600 миллионов лет назад) существовала богатая фауна удивительных бесскелетных организмов, она получила название эдиакарской. Таким образом, период достоверного существования на Земле многоклеточных животных удлинился почти на 100 миллионов лет. В дальнейшем эдиакарскую фауну нашли еще в нескольких районах мира (Намибия, Ньюфаундленд, Белое море); более того, выяснилось, что этих существ неоднократно находили и ранее (например, на Украине в 1916 году), однако принимали за неорганические остатки.

Чем же примечательна эта фауна? Все многочисленные группы многоклеточных, появившиеся в начале кембрия, были представлены мелкими организмами (миллиметры или первые сантиметры), эдиакарская фауна состояла из крупных или очень крупных беспозвоночных размером до полутора метров. Среди них были как радиально-симметричные формы, называемые "медузоидами", так и двусторонне-симметричные; одни из них (петалонамы) внешне напоминают современные кораллы "морские перья", другие (как дикинсония и сприггина) - кольчатых червей и членистоногих. Первые исследователи эдиакарской фауны считали эти формы реальными предками современных кишечнополостных и червей и включали их в состав соответствующих типов и классов животных. Эта точка зрения имеет сторонников и поныне ("австралийская школа"). Однако большинство исследователей считают, что сходство тут чисто внешнее, и эдиакарские организмы (их назвали вендобионтами) представляют собой нечто совершенно особенное и не связанное сколько-нибудь прямым родством с современными группами животных.

Прежде всего, вендобионты имеют отличный от привычных нам фанеро-зойских животных план строения. Почти у всех двусторонне-симметричных вендских организмов эта самая симметрия несколько нарушена - у "членистых" форм правые и левые половинки "сегментов" смещены друг относительно друга, примерно так, как в застегнутой молнии или на автомобильном протекторе-елочке. Эту асимметрию принято было приписывать деформациям тел в процессе захоронения, пока М.А. Федонкин не обратил внимание на то, что нарушения подозрительно регулярны и единообразны. Он доказал, что для вендобионтов характерен особый план строения, который математики называют симметрией скользящего отражения; среди многоклеточных же животных этот тип симметрии встречается крайне редко.

С другой стороны, Б. Раннегар установил, что у вендобионтов увеличение размеров тела в ходе индивидуального развития организма достигается за счет изометрического роста, когда все пропорции тела остаются неизменными (как при простом увеличении изображения предмета). Между тем все известные многоклеточные, включая самых примитивных, таких как кишечнополостные и черви, обладают не изометрическим, а аллометрическим ростом с закономерной сменой пропорций тела (например, у человека в ряду "зародыш - ребенок - взрослый" абсолютный размер головы увеличивается, тогда как относительный уменьшается).

Против отнесения эдиакарских организмов к современным таксонам животных есть возражения и более частного характера. Под давлением этих аргументов сторонники прямого родства между эдиакарскими и фане-розойскими животными "сдавали" вендобионтов по одному ("Да, похоже, что сприггина - все-таки не настоящее членистоногое..."), и это продолжалось до тех пор, пока А. Зей-лахер (именно ему, кстати, и принадлежит сам термин "вендобионты") не предложил принципиально иное решение этой проблемы. Суммировав особенности вендских животных, он привел и общую для них черту: они представляют собой различные варианты широкой ленты со вздутиями. Этот тип организации (Зейлахер назвал его "стеганое одеяло") совершенно отличен от всех ныне существующих. Судя по всему, такой план строения - это особый путь к достижению больших размеров тела именно бесскелетными формами.

Зейлахер полагает, что форма тела вендобионтов ("стеганое одеяло") с ее очень высоким отношением поверхности к объему позволяла им поглощать из воды кислород и метаболиты всей поверхностью тела. Действительно, у самых крупных эдиакарских организмов нет ни рта, ни даже подобия пищеварительной системы. Питаясь через поверхность тела (такой способ питания называют "осмотрофным"), эти существа не нуждались во внутренних органах.

Недавно, впрочем, Д.В. Гражданкин и М.Б. Бурзин предположили, что тела вендобионтов представляли собой вовсе не толстое "стеганое одеяло", а тонкую гофрированную мембрану - ее по аналогии можно назвать "картонкой для яиц". В захоронение попадает, собственно, не сама мембрана, а те "куличики из песка", которые получаются при засыпании ее "лунок" взмученным осадком. Эти "картонки для яиц", имеющие идеальное соотношение объема и поверхности, неподвижно лежали на дне, поглощая из морской воды растворенную в ней органику.

Кроме того, многие исследователи полагают, что эти плоские (и, видимо, прозрачные) существа были буквально нашпигованы симбиотическими одноклеточными водорослями, что делало их практически независимыми от внешних источников пищи. Их современным экологическим подобием могут служить так называемые авто-трофные животные (подсчитано, что коралловые полипы получают до 70 процентов пищи от водорослей-симбионтов).

Итак, на мелководьях вендских морей существовала удивительная экосистема из "осмотрофных животных". Сейчас известны тысячи экземпляров различных представителей эдиакарской фауны, однако ни на одном из них нет повреждений и следов укусов; судя по всему, в это время не существовало хищников, да и вообще животных, питающихся крупными кусками пищи. Поэтому вендскую биоту часто называют "Сад Эдиакары" по аналогии с райским садом, где никто никого не ел. Ситуация райского сада, как ей и положено, просуществовала недолго: в конце венда вендобионты полностью вымерли, не оставив после себя прямых потомков. Эдиакарский эксперимент - первая в истории Земли попытка создать многоклеточных животных - окончился неудачей.

Не были ли и мы "стегаными одеялами"?

Впрочем, по поводу судьбы эдиакарской фауны есть и иные мнения. Помимо двух противоположных позиций - "австралийской школы" и Зейлахера - есть и "компромиссная". Ее сторонники считают, что в составе эдиакарской фауны, помимо собственно вендобионтов, уникальных по своей организации и свойственных только этому времени (а также, возможно, и реликтов каких-то довенд-ских фаун), имеются и отдаленные предки некоторых фанерозойских групп.

В этой связи, как ни странно, поминают хордовых - группу, венчающую "древо жизни". Вспомним характерную для вендобионтов (и совершенно нетипичную для современных животных) симметрию скользящего отражения: элементы такой симметрии есть именно в строении примитивнейшего из хордовых - ланцетника. При этом один из эдиакарских организмов - ярнемния - с ее мешко-видным телом и двумя "сифонами" очень напоминает близкого родственника хордовых - асцидию; к тому же оказалось, что отпечатки этого организма сильно обогащены ванадием, тем самым металлом, что служит основой дыхательного пигмента асци-дий. Так что некоторые исследователи не исключают, что мы с вами (как представители хордовых) ведем свой род прямиком от древнейших на Земле многоклеточных - вендобионтов.

Это, впрочем, еще не самая экзотическая гипотеза относительно природы и родственных связей вендоби-онтов. Кем только их не объявляли, даже гигантскими морскими лишайниками! Например, А.Ю. Журавлев предложил весьма остроумную гипотезу относительно родства некоторых эдиакарских организмов с гигантскими (до 20 сантиметров в диаметре) глубоководными многоядерными амебами-ксенофиофорами.

Подобный разнобой в гипотезах может произвести на стороннего наблюдателя удручающее впечатление, однако "в оправдание" ученых, изучающих докембрийские организмы, необходимо сказать следующее. Решаемая ими задача является, возможно, самой сложной во всей палеонтологии, ибо актуалистический метод реконструкций (по аналогиям с современностью) явно работает здесь на самом пределе своей разрешающей способности. Палеонтологи фактически находятся в положении космонавтов, столкнувшихся с фауной чужой планеты, с тем лишь уточнением, что они вынуждены иметь дело не с самими инопланетными существами, а с созданным ими "театром теней".

«Знание - Сила», 2001, №6

Резкое увеличение биоразнообразия, произошедшее в кембрийский период, долгое время подготавливалось молекулярной эволюцией, которая в итоге привела к кембрийскому взрыву видового разнообразия.

Трилобит - одно из древних членистоногих, чьё появление пришлось на кембрийский период (фото mattheaton).

В биологии существует известный парадокс кембрийского взрыва. Суть его в том, что с какого-то момента жизнь на земле начинает демонстрировать колоссальное разнообразие форм, следы которых можно найти в доисторических окаменелостях. Этот момент случился в кембрийский период - но до того никаких признаков будущих жизненных форм обнаружить не удавалось. Революционные скачки в природе относительно редки, а если говорить о всепланетном масштабе, так и вовсе невероятны. Между тем складывается ощущение, что организмы приобрели разом, будто на массовой распродаже, невероятное число новых признаков и начали быстро разбегаться по систематическим группам.

Разумеется, можно предполагать божественное вмешательство или то, что какие-нибудь инопланетяне вытряхнули на Землю мешок новых видов. Учёные, однако, не прекращали попыток найти хоть какое-то научное объяснение палеонтологической загадке. Над проблемой внезапного «возникновения» новых ископаемых видов размышлял ещё Чарльз Дарвин - и пришёл к выводу, что в таких случаях археологам и палеонтологам нужно во всех смыслах «лучше копать».

Группа биологов-эволюционистов из нескольких американских университетов опубликовала в журнале Science статью, в которой излагаются результаты очередного переосмысления загадки кембрийского взрыва. Учёные подвергли пересмотру взаимосвязи между останками древних существ с учётом новейших находок, а также археологический возраст этих находок. Были уточнены генеалогические отношения ископаемых видов с их современными потомками. Кроме того, использовались данные молекулярной генетики: исследователи восстановили генеалогию нескольких генов, имеющихся у 118 современных видов. Всё вместе позволило уточнить точки ветвления на генеалогическом древе и точно определить, когда та или иная группа начала собственный эволюционный путь.

В общем, выводы исследователей сводятся к тому, что кембрийской революции предшествовала долгая невидимая эволюция. В течение миллионов лет организмы накапливали генетические и биохимические изменения, которые в кембрии привели к появлению разных форм жизни: накопленные внутренние изменения наконец вылились в изменения внешние. Авторы сравнивают это с индустриальной революцией: изобретения, небольшие технологические инновации накапливались в течение длительного времени без особых изменений в средствах производства, пока, наконец, не привели к глобальному технологическому сдвигу.

Накопленные генетические изменения до какого-го времени были сбалансированы внешней средой и взаимоотношениями между видами. И с биохимической точки зрения разные организмы уже до кембрия могли значительно отличаться друг от друга, демонстрируя большое биоразнообразие. Впоследствии должно было хватить малейших экологических подвижек, чтобы дать накопленным изменениям проявить себя с внешней стороны. Кстати, одной из весьма смелых, хотя и довольно спорных гипотез, выдвигаемых в статье, является утверждение, что докембрийские животные поедали друг друга более интенсивно: это и может быть одной из причин скудости докембрийских ископаемых останков.

Нельзя сказать, что новая гипотеза не привлекла к себе внимания критиков. Так, одна из претензий к авторам состоит в том, что они не учли так называемые гены-сироты, составляющие примерно 30% всех генов животных. Эти гены не имеют «родственников»-гомологов, и многие считают, что именно их внезапное появление могло послужить причиной кембрийского взрыва биоразнообразия. Впрочем, в этой гипотезе, увы, присутствует слово «внезапно», от которого наука всегда старается всеми силами избавиться.

Растительноядные, покрытые панцирем анкилозавры знамениты своей массивной «палицей» на конце хвоста, которая, видимо, служила им орудием обороны. Но специалистам известна и другая их интригующая особенность: подавляющее большинство обнаруженных останков этих динозавров оказались захоронены кверху брюхом.

Дискуссии на эту тему начались еще в 1930-х, и до настоящего времени появилась масса гипотез, важнейшие из которых были проверены недавно группой палеонтологов во главе с Джорданом Мэллоном из Канадского музея естественной истории. Но для начала они убедились в том, что «проблема ориентации анкилозавров» – не исторически сложившийся миф. Ученые рассмотрели 36 находок, сделанных на территории Канады, и отчеты их авторов, подтвердив, что 26 из них действительно располагались вверх ногами. Случайностью это не объяснить.

Экспресс-инфо по стране

Канада – государство в Северной Америке.

Столица – Оттава

Крупнейшие города: Торонто, Монреаль, Ванкувер, Калгари, Оттава, Виннипег

Форма правления – Конституционная монархия

Территория – 9 984 670 км 2 (2-я в мире)

Население – 34,77 млн чел. (38-я в мире)

Официальные языки: английский, французский

Религия – христианство

ИЧР – 0,913 (9-я в мире)

ВВП – $1,785 трлн (11-я в мире)

Валюта – канадский доллар

Граничит с США

Затем авторы начали проверку ключевых теорий, объясняющих этот феномен. Первая из них предполагает, что анкилозавры были довольно неловкими в движениях и, упав на спину, не могли перевернуться обратно, а хищники опрокидывали их на спину, добираясь до незащищенного панцирными пластинами брюха. Никаких подтверждений этому ученые не обнаружили, да и следы от зубов обнаружились только на одном из исследованных образцов. «Если бы анкилозавры были такими неповоротливыми, они вряд ли просуществовали бы около 100 млн лет», – добавляет Джордан Мэллон.

Другая гипотеза считает, что все связано с формой панцирного туловища анкилозавров и с расположением центра их тяжести. Когда животное умирало и разлагалось бактериями, его брюхо должно было раздуваться, что могло естественным образом переворачивать его вверх ногами. В пользу этой гипотезы обычно указывается, что такое происходит с современными броненосцами. Однако когда коллеги Мэллона сами обследовали 174 тела животных, сбитых автомобилями, подтверждения этому не нашлось. Авторы проследили и за разложением некоторых мертвых броненосцев, при этом ни один из них «естественным образом» не перевернулся на спину.

Еще одна модель объясняет ориентацию останков тем, что тела умерших животных могли оказываться в водоеме, на плаву, и легко переворачивались под собственной тяжестью. Впоследствии они оказывались на дне или на мели и заносились осадочными породами уже в таком перевернутом положении. Для проверки этой версии Мэллон и его соавторы разработали трехмерные компьютерные модели плавучести тел двух основных разновидностей анкилозавров (анкилозаврид и нодозаврид) с учетом плотности их костей, объема легких и т. п.

Помещая модели в виртуальную реку и «надувая» их животы – как под действием газов, которые после смерти продолжают выделять кишечные бактерии, – ученые следили за их поведением. В случае динозавра гипотеза работала: уже небольшого случайного отклонения было достаточно, чтобы тело на плаву переворачивалось вверх ногами. Анкилозавриды оказались более устойчивы, но достаточно сильной волной и они переходили к более стабильной перевернутой ориентации. Именно так, видимо, происходило когда-то в природе, оставив палеонтологам одну из многочисленных, и теперь уже решенных, загадок динозавров.

Недавно палеонтологи, используя новейшие технологии, обнаружили в отложениях, возраст которых 95 миллионов лет, змею. Да не просто змею, а с… задними ногами. Это открытие позволило установить предка змей, а также выяснить, каким образом данные рептилии утратили ноги в процессе эволюции, что до сих пор было одной из загадок палеонтологии.

Данные окаменелости, возраст которых составляет 95 миллионов лет, были найдены еще в 2000 году в ливанской деревушке Аль-Наммура. Останки принадлежали змее Eupodophis descouensi. Эта рептилия достигала 50 сантиметров в длину. Извлеченные останки передали в Музей естественной истории (Париж) для дальнейших исследований.

И вот недавно группа ученых под руководством доктора Александры Уссе, используя рентгеновские лучи, провела послойное сканирование образца и на основании его результатов построила компьютерную модель изучаемого объекта в 3D-формате. Выяснилось, что у данной змеи были задние конечности, хотя и весьма редуцированные.

На изображении достаточно четко видно, что внутреннее устройство костей лап древних змей в значительной мере напоминает устройство ног современных наземных ящериц. Правда, бедра и голени Eupodophis descouensi весьма укорочены, также имеются кости лодыжки, а вот ступня и пальцы уже отсутствуют. Причем у экспоната оставалась на свободе только одна нога, а вторая была скрыта в камне, однако рентгеновское обследование смогло показать ученым и ее. Поскольку обе ноги устроены одинаково, можно смело считать, что отсутствие некоторых частей конечности — это не результат травмы или уродства, а показатель начала редукции лап у змеиных предков.

"Открытие внутренней структуры задних конечностей Eupodophis позволяет исследовать процесс регресса конечностей в процессе эволюции змей. В настоящее время существует только три ископаемых змеи с сохранившимися задними конечностями и утраченными передними. Их относят к трем разным группам — это Haasiophis , Pachyophis и Eupodophis . У других известных ископаемых групп змей конечности не сохранились. Тем не менее, исходя из их анатомического строения, считается, что у них конечности все-таки были, однако потом исчезли.

Теперь мы можем даже сказать, как, скорее всего, происходила подобная редукция. Данные исследования показывают, что утрата предками змей конечностей не является результатом каких-то анатомических изменений строения костей, а, скорее всего, была связана с сокращением периода роста. Из-за каких-то генетических изменений лапы не успевали полностью сформироваться в эмбриональном периоде, вот змеи и появлялись на свет с немножко "недоделанными" ногами", — говорит руководитель группы, палеонтолог Александра Уссе.

Кстати, подобная версия подтверждается и исследованиями отечественных эмбриологов. Не так давно, исследуя так называемые Нox-гены (это гены, отвечающие за формирование тела зародыша на ранних этапах развития) змей и ящериц, ученые обнаружили, что у последних отсутствует ген Hox-12а, а также несколько изменены Hox-13а и Hox-13b. Известно, что именно эти гены отвечают за формирование заднего конца тела рептилий, а также за появление и развитие задних конечностей. Произошедшая мутация, в результате которой один из генов исчез полностью, видимо, привела к тому, что задние лапы перестали нормально развиваться, а изменение двух его "соседей" — к полному исчезновению этих конечностей.

Тем не менее, вопрос о происхождении змей до сих пор остается одним из самых таинственных в палеонтологии. Ученые считают, что эти рептилии произошли около 150 миллионов лет назад от какой-то группы ящериц. До сих пор непонятно, что это была за группа, а также то, почему змеи стали длинными и безногими.

Согласно одной точке зрения, утрата конечностей связана с переходом к водному образу жизни. В воде лапы не нужны, там гораздо выгоднее двигаться, змееобразно изгибая тело. Подтверждением данной версии служит то, что одна из древних двулапых змей, Pachyophis, была водным животным.

Недостатками этой версии служит тот факт, что среди примитивных змей нет тех, кто обитает исключительно в воде, такие появляются лишь среди продвинутых представителей группы, например, морские змеи (Hydrophiinae ). Кроме того, в палеонтологической летописи змеи крайне редко встречаются в морских и пресноводных отложениях, что довольно странно, так как фауна в подобных захоронениях сохраняется на несколько порядков лучше, чем в наземных, да и попадаются они чаще. Также против этой версии говорит еще и то, что кроме отсутствия конечностей никаких других приспособлений к жизни в воде у примитивных змей нет.

Согласно другой гипотезе, предки змей были роющими ящерицами, утратившими конечности из-за того, что под землей от них больше вреда, чем пользы. Эту версию подтверждает то, что примитивные змеи из группы слепозмеек (Typhlopidae ) — действительно подземные животные. Роющий образ жизни, судя по всему, вели и ископаемые Haasiophis и Eupodophis . Также известно, что представители многих групп ящериц, например, сцинки (Scincidae ), безногие ящерицы (Anniellidae ), веретеницы (Anguidae ) или чешуеноги (Pygopodidae ), при переходе к роющему образу жизни также теряли конечности (при этом не известен ни один случай утраты лап у водных ящериц).

Так что, скорее всего, предки змей действительно вели роющий образ жизни. Именно поэтому им понадобилось длинное тело (легче протискиваться сквозь грунт). Также в связи с этим они постепенно лишились наружных отверстий ушей (что бы земля не забивалась), конечностей и подвижных век (под землей в них нет надобности, во влажной почве глаза не высыхают), а взамен приобрели прозрачную пленку, образованную из сросшихся век, защищающую глаз (поэтому-то и кажется, что змея нас гипнотизирует, взгляд у нее неподвижен).

Довольно долго предками змей считались ящерицы из группы варанов (Varanidae ). Эти ящерицы, как и змеи, имеют длинный и подвижный язык, сильно развитый отвечающий за хеморецепцию орган Якобсона, дополнительное подвижное сочленение ветвей нижней челюсти, а также схожее со змеями строение позвонков. Кроме того, обитающие в Индонезии безухие вараны (Lanthanotidae ), как это видно из их названия, так же как и змеи, лишены наружных ушных отверстий. Тем не менее, детали строения черепа у варанов и змей сильно различаются, а кроме того, молекулярный анализ ДНК показывает, что обе эти группы весьма далеки друг от друга. Также против этой версии свидетельствует еще и то, что среди варанов нет (и, судя по всему, никогда не было) представителей, ведущих полностью подземный образ жизни.

А вот с другой группой современных ящериц, называемых гекконами (Gekkonidae ), у змей куда больше общих черт строения (о том, кто такие гекконы и чем они знамениты, читайте в статье "Секреты ночных скалолазов "). В частности, черепа змей и гекконов полностью лишены височных дуг (образованных скуловыми костями) и имеют подвижное сочленение костей нижней челюсти. Веки у многих гекконов, так же как и у змей, срослись и образовали прозрачную внешнюю оболочку глаза. И, наконец, среди этих ящериц есть те, кто ведет роющий образ жизни.

Наиболее характерными здесь являются представители подсемейства чешуеногов, которое уже упоминалось выше. Его представители, обитающие в Австралии и на Новой Гвинее, обладают змееобразно вытянутым туловищем и по внешнему виду чрезвычайно напоминают змей. Это сходство подчеркивается также отсутствием передних и значительной редукцией задних конечностей, имеющих обычно вид коротких, оканчивающихся иногда когтями чешуйчатых выростов, а также отсутствием наружных отверстий ушей. Конечно, вряд ли именно чешуеноги были прямыми предками змей, однако, судя по всему, это одни из их самых близких родственников.

Кроме того, данные молекулярных исследований также говорят о том, что по строению ДНК самыми близкими родственниками змей являются именно гекконы.

Согласно этим данным, гекконы и змеи отделились от прочих чешуйчатых 180 миллионов лет назад, а разделение этих групп произошло чуть позже, примерно 150-165 миллионов лет назад. То есть примерно тогда, когда, согласно данным палеонтологов, эта группа и возникла. Так что и тут все сходится.

Итак, новая методика исследований помогла ученым заполнить пробел в истории пресмыкающихся и решить одну из самых интригующих загадок эволюции. Надобно заметить, что палеонтологи вообще возлагают на эту методику большие надежды. Она позволяет получить снимки с разрешением в несколько микрон — в тысячу раз меньше, чем дает больничный томограф.

Новые палеонтологические находки меняют сложившиеся представления о птерозаврах – и самых причудливых животных из всех, что когда-либо летали над землей.

Птерозавр и птеродактиль – два названия диковинных летающих существ; первое из них в переводе с греческого означает «крылоящер», второе – «летательный палец».
Впервые остатки такого животного были найдены еще в XVIII веке. С тех пор ученые описали более 200 видов крылатых ящеров, однако обывательские представления об этих драконах, царивших в небе мезозойской эры более 160 миллионов лет, остается прежним.
Мы неизменно представляем их неповоротливыми, но очень опасными летающими рептилиями с длинным клювом и кожистыми крыльями, вышагивающими на задних лапах, словно пингвины.

Взять, к примеру, фильм 1966 года «За миллион лет до нашей эры», в котором пронзительно клекочущий птерозавр лилового окраса уносит героиню Рэкел Уэлч в свое гнездо на корм детенышам (спойлер: красавице в бикини удалось спастись). За 50 лет что-то изменилось? Ничуть: в «Мире юрского периода», снятом в 2015-м, птерозавры все так же уносят людей больше собственного веса в небеса. (На всякий случай уточним: последние птерозавры вымерли 66 миллионов лет назад, то есть за целую вечность до того, как на Земле появились люди.)

Огромное количество палеонтологических находок, сделанных в последнее время, позволяет нам узнать, что птерозавры бывали самого разного внешнего вида и размера, и поведением тоже сильно разнились. Сотни видов птерозавров жили одновременно, занимая разные экологические ниши, как нынешние птицы. Среди них были чудища-великаны, такие, как кецалькоатль (Quetzalcoatlus northropi ), одно из самых крупных летающих существ, известных на сегодня: стоя на четвереньках, он мог поспорить ростом с жирафом, а в размахе крыльев достигал 10,5 метра. Но были и птерозавры размером с воробья: такие сидели на ветках в древних лесах и, скорее всего, ловили насекомых.

Одна из самых любопытных находок – окаменевшие яйца птерозавра. Сканируя те, что лучше сохранились, ученые увидели под скорлупой эмбрионов и смогли узнать о том, как они развивались. Одно яйцо даже было обнаружено в яйцеводе самки дарвиноптера (Darwinopterus), обитавшего в Китае, а рядом с ним – другое, которое, очевидно, выдавило наружу под весом вулканического пепла, покрывшего животное. Миссис Т (так назвали эту самку) стала первым птерозавром, чей пол был точно установлен. Гребня у нее на черепе не было. Возможно, такие выросты украшали только головы самцов, как украшают они самцов некоторых современных видов птиц – природа подарила им большой, ярко окрашенный гребень, чтобы привлекать особей противоположного пола.

После всех этих находок птерозавры стали нам как будто ближе, но ученым все мало . И вот по дороге в национальный парк Биг-Бенд на юго-западе Техаса палеонтолог Дейв Мартилл из Портсмутского университета делится со мной рабочими планами: во-первых, встретить гремучую змею и полюбоваться ей; во-вторых, найти целый череп кецалькоатля. Шансы на исполнение первого пункта программы неизмеримо выше.

Самое важное для специалиста по птерозаврам – быть оптимистом. Представлять, что в такой-то день ты отправишься туда-то и найдешь хоть что-нибудь, имеющее к ним отношение, – все равно что купить лотерейный билет и тут же начать планировать, на что потратишь выигрыш. Окаменелости птерозавров встречаются чрезвычайно редко, поскольку их кости были полыми и тонкими. Что касается кецалькоатля, то о нем мы знаем благодаря всего лишь нескольким фрагментам, найденным в парке Биг-Бенд в 1970-е годы.

Полые, сверхлегкие кости птерозавров были хороши для полета, но очень редко сохраняются настолько целыми, как эти остатки анхангуэры. В большинстве случаев они оказываются сдавлены, «будто по ним каток проехал».

Мартилл и его коллега Низар Ибрахим провели три дня в поисках окаменелых костей в руслах пересохших рек на землях парка. Они вдоль и поперек исходили Кряж Птеродактиля (какое многообещающее название!), то и дело сверяясь с картами, составленными первооткрывателем этого ящера. Они вникали во все нюансы геологических пластов («Взгляни на эти проявления циклов Миланковича!» – восклицал Мартилл, имея в виду, что периодические изменения формы орбиты Земли и наклона ее оси, как установил сербский астроном Милутин Миланкович в начале XX века, влияют на климат планеты, и это отражается на циклическом строении осадочных отложений). Забравшись на гребень из песчаника, с которого, казалось, невозможно было слезть, Мартилл лишь обронил: «Где наша не пропадала!», прыгнул вниз и остался целым и невредимым.

Однако исследователям не довелось ни повстречать гремучую змею, ни обнаружить даже обломка косточки птерозавра. В утешение им попалась бедренная кость гигантского динозавра, по всей видимости завроподы. Но динозавры их не интересуют.

Покидая национальный парк, палеонтологи разрабатывают план новых поисков кецалькоатля – уж очень им хочется больше узнать об этом удивительном ящере, в котором все необычно: и размеры, и внешний вид, и поведение – об этом можно судить по немногим оставшимся от него окаменелостям.

ИНСТИТУТ ПАЛЕОНТОЛОГИИ ПОЗВОНОЧНЫХ И ПАЛЕОАНТРОПОЛОГИИ, ПЕКИН На некоторых участках окаменелости чжэхольоптера из Китая сохранились едва заметные отпечатки волосков или пуха. (Впервые подобные покровные структуры были обнаружены советскими палеонтологами у юрского птерозавра.)

Представления о птерозаврах сильно изменились – даже в том, что касается их внешнего вида и поведения. Объясняется это отчасти тем, что до самого недавнего времени ученым приходилось строить свои заключения по крайне малому количеству образцов.

Птерозавры отличались, прямо скажем, весьма странной анатомией. Может показаться, что они были плохо приспособлены для жизни что на земле, что в воздухе. Когда-то даже думали, что крылоящеры ползали на брюхе, или представляли их разгуливающими на задних лапах с вытянутыми вперед, словно у зомби, длинными передними конечностями и волочащимися сзади, будто плащ, сложенными крыльями. Позднее по ископаемым следам установили, что птерозавры передвигались на четырех конечностях, но в том, как именно, и куда они девали крылья, ясности по-прежнему не было. А в их летных способностях сомневались настолько, что считали их неспособными оторваться от земли, иначе как бросившись вниз с обрыва.

«Довольно часто встречаются особи, у которых голова и шея были в три, а то и в четыре раза длиннее туловища», – рассказывает биофизик Майкл Хабиб из Музея естественной истории округа Лос-Анджелес. Даже художники с научной подготовкой часто ошибаются, изображая их. «Они берут за образец птицу, только пририсовывают ей перепончатые крылья и гребень, – рассказывает Майкл. – Однако пропорции тела у птерозавров были совсем не птичьи».

Хабиб решил пересмотреть сложившиеся представления о биомеханике птерозавров с помощью, во-первых, математического подхода и, во-вторых, практических знаний анатомии позвоночных, которые он приобрел на другой своей работе, а именно в лаборатории медицинской школы Университета Южной Калифорнии. Подобно большинству ученых, Майкл полагает, что первые птерозавры, появившиеся около 230 миллионов лет назад, произошли от легких, стройных рептилий, хорошо приспособленных для бега и прыжков. Способность прыгать – чтобы схватить летящее насекомое или увернуться от зубов хищника – эволюционировала в способность, по выражению Хабиба, «подпрыгивать и зависать в воздухе».

Поначалу птерозавры, наверное, только парили, а затем, за десятки миллионов лет до птиц (и уж тем более до летучих мышей), стали первыми позвоночными, овладевшими машущим полетом.

Прибегнув к помощи уравнений, используемых в авиатехнике, Хабиб и его коллеги опровергли гипотезу о прыжках с обрывов. Кроме того, они доказали, что если бы птерозавры взлетали из вертикального положения, стоя на задних лапах, то у крупных видов от перегрузки ломались бы бедренные кости. Взлет с четырех конечностей более практичен.

«Нужно подпрыгнуть вверх, опираясь на передние конечности, словно прыгун в высоту – на свой шест», – объясняет Хабиб. Чтобы взлететь с воды, птерозавры использовали крылья на манер весел в академической гребле: отталкивались ими от поверхности. И, опять-таки, как у гребцов, у них были большие, развитые плечи, с которыми часто сочетались поразительно маленькие лапки – чтобы свести к минимуму лобовое сопротивление в полете.

Крыло птерозавра представляло собой перепонку, натянутую от плеча до лодыжки; а растягивал ее чрезвычайно длинный летательный (четвертый) палец, образующий переднюю кромку крыла. На образцах из Бразилии и Германии видно, что перепонка была пронизана тонкими мышцами и кровеносными сосудами. Дополнительную жесткость перегородке придавали «прошивавшие» ее белковые тяжи. Сегодня ученые полагают, что птерозавры могли слегка видоизменять профиль крыльев в зависимости от условий полета, сокращая мышцы либо разворачивая лодыжки внутрь или вовне.

Изменение угла наклона окостеневшего сухожилия на запястье – птероида, возможно, служило той же цели, что и разворот предкрылков у больших современных самолетов – увеличению подъемной силы на малых скоростях.

Кроме того, у птерозавров в обеспечение полета было вовлечено больше мышц и большая доля массы тела, чем у птиц. А в их мозге, как и у птиц (и даже лучше), были развиты лобные и зрительные доли, мозжечок и лабиринт: такой мозг мог быстро реагировать на изменение обстановки в полете и передавать сигналы на многочисленные мышцы, регулировавшие натяжение перепонки.

Благодаря работам Хабиба и его коллег, птерозавры предстают уже не крылатым недоразумением, а искусными авиаторами. Многие виды, похоже, были приспособлены для медленного, но очень длительного полета на большие расстояния; они могли парить над океаном, используя слабые теплые восходящие потоки воздуха (термики). Существовали и такие виды, которые Хабиб называет суперлетунами: например, у никтозавра (Nyctosaurus), похожего на альбатроса, чей размах крыльев достигал почти трех метров, планерские качества, особенно то расстояние, которое он пролетал на каждый метр снижения, были вполне сопоставимы с характеристиками современного спортивного планера.

«Ладно, с крыльями все понятно, – начал как-то после лекции Хабиба один палеонтолог. – Но что вы скажете про головы?» У кецалькоатля, например, череп мог быть трехметровой длины, тогда как тело – меньше метра. А у никтозавра из огромного черепа торчала длинная «мачта», к которой, вероятно, крепился гребень.

Отвечая на вопрос, Майкл рассказал о мозге птерозавров, масса которого, как у птиц, лишь чуть-чуть утяжеляла огромную голову, рассказал о костях, которые были полыми, тоже как у птиц, и даже легче. Толщина костных стенок иногда не превышала миллиметра, притом что костная ткань была образована многочисленными перекрещенными слоями, что придавало прочность костям (как у многослойной фанеры). А изнутри полости для пущей жесткости были пересечены перегородками. Все это позволяло птерозаврам достичь больших размеров тела без существенного увеличения массы.

Черепа, украшенные гребнями, и зияющие пасти были настолько огромны, что Хабиб, глядя на них, разработал «гипотезу Страшного Серого Волка»: «Если у тебя большая пасть, то ты больше сможешь проглотить. А выступающий гребень мог привлекать самок». Ну а возвращаясь к вопросу того палеонтолога, птерозавры, по мнению Майкла, были «огромными летающими головами-убийцами».

Цзюньчан Люй, один из ведущих палеонтологов Китая, встречает гостей на оживленной улице в центре Цзиньчжоу, крупного торгового города на северо-востоке страны, и проводит их по скудно освещенному коридору обычного, казалось бы, офисного здания. На самом деле это Палеонтологический музей Цзиньчжоу. Его директор распахивает дверь маленькой кладовки без окон, и взгляду пришедших открывается то, что в любом другом музее стало бы главной приманкой для посетителей: все полки и почти весь пол занимают образцы с удивительно полными, во всех мельчайших деталях, остатками пернатых динозавров, древнейших птиц и, конечно, птерозавров.

На большой, почти по плечо Люю, каменной плите, прислоненной к стене напротив двери, виден крупный, страшный птерозавр с размахом крыльев в четыре метра и крошечными цыплячьими задними лапками – чженюаноптер (Zhenyuanopterus). Его вытянутая голова свернута вбок и, кажется, состоит из одних челюстей, а зубы становятся все длиннее и все сильнее заходят друг за друга по мере приближения к началу пасти. «Это для того, чтобы удобно было ловить рыбу, плавая на поверхности воды», – объясняет Люй. Чженюаноптер – лишь один из трех десятков видов птерозавров, которых он описал с 2001 года (многие еще только ждут изучения, лежа на полках).

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПРИРОДЫ И НАУКИ, ТОКИО Череп рыбоядного анхангуэры сохранился в естественном положении – на радость палеонтологам.

Музей Цзиньчжоу– один из десяти подобных палеонтологических музеев, разбросанных по провинции Ляонин, которая является настоящим кладезем ископаемых птерозавров и одним из тех регионов, где были сделаны находки, благодаря которым Китай в последнее время оказался на переднем крае палеонтологии.

Вдобавок Ляонин – главная арена соперничества, и люди со стороны сравнивают то, что здесь происходит, не вполне, впрочем, оправданно, с «костяными войнами» которые вели друг с другом в XIX веке первопроходцы американской палеонтологии Отниел Чарлз Марш и Эдвард Дринкер Коп.

Стороны этого соперничества – Люй, представляющий Академию геологических наук КНР, и Шаолинь Ван, чей переполненный окаменелостями кабинет находится в Институте палеонтологии позвоночных и палеоантропологии в Пекине. Эти ученые мужи, подобно Маршу и Копу, в начале карьеры работали вместе, а затем их пути разошлись, и с тех пор они относятся друг к другу с враждебностью, которую, впрочем, не афишируют. «Двум тиграм не ужиться на одной горе», – усмехается их коллега Шуньсин Цзян.

За полтора десятка лет, прошедших с тех пор, Люй и Ван не раз опережали друг друга по количеству открытий, а на пару описали более 50 новых видов птерозавров – почти четверть всего, что известно на сегодня. Впрочем, некоторые из этих новых видов со временем будут признаны синонимами прежних, как это нередко случается в палеонтологии. Однако соперничающим сторонам предстоит сделать еще больше открытий в будущем. «Им пришлось бы работать лет десять все дни напролет, чтобы описать все то, что они уже откопали», – с завистью замечает один из гостей. Услышав это, Люй удивленно поднимает брови: «Думаю, десяти лет маловато будет».

Успех китайских ученых объясняется не только конкуренцией, но и тем, что они оказались в нужном месте в нужное время. Китай, наряду с Германией, Бразилией, США и Англией, одна из немногих стран мира, где было найдено 90 процентов всех ископаемых птерозавров. Случилось так не потому, что птерозавры обитали только на территориях, где сейчас расположены эти страны, – фрагменты их скелетов находят практически везде. Просто здесь их остатки полнее сохранились.

Эта исключительность очевидна на примере провинции Ляонин. В начале мелового периода, рассказывает Люй, в здешних лесах и мелких пресных озерах сложилось очень разнообразное сообщество организмов – динозавры, первые птицы, множество птерозавров и насекомых. Из-за того, что по соседству время от времени извергались вулканы, многие животные гибли под пеплом и попадали на илистое дно озер. Жертвы подобных катастроф оказывались погребенными очень быстро, иногда даже без доступа кислорода к останкам, их ткани минерализовались быстрее, чем успевали разложиться, и потому уцелели. Палеонтологи называют такие местонахождения лагерштеттами (Lagerstätte по-немецки означает «залежь»). И все равно такие находки приходится еще месяцами препарировать – очищать от породы, чтобы все их особенности можно было разглядеть в том числе, конечно, с помощью всевозможных мощных микроскопов.

Только в таких местах, как Музей птерозавров в Бэйпяо или недавняя выставка крылоящеров в Пекинском музее естественной истории, начинаешь воспринимать окаменелости иначе – как часть былого великого разнообразия.

Вот, например, чжэхольоптер (Jeholopterus) – птерозавр с широкой пастью, похожей на лягушачью, который, как предполагают ученые, охотился на стрекоз и других насекомых. Вот икрандрако (Ikrandraco), названный в честь крылатых существ из «Аватара»: он, вероятно, летал низко над поверхностью воды и выуживал рыбу с помощью подобия киля на нижней челюсти. Вот найденный в Северном Китае джунгариптер (Dsungaripterus) с тонким загнутым вверх клювом, которым он поддевал моллюсков и других беспозвоночных, чтобы затем раздавить их раковины и панцири бугорчатыми зубами.

И все это исчезло в конце мелового периода, 66 миллионов лет назад. Что же оказалось не так с птерозаврами, в конце концов полностью вымершими? Может быть, исчезли животные, на которых они охотились? Или в ходе эволюции они достигли таких гигантских размеров, что не смогли пережить глобальную катастрофу, вроде падения астероида, тогда как маленькие птицы уцелели?

Впрочем, когда рассматриваешь их прекрасно сохранившиеся остатки в музее, думаешь не об этом – происходит нечто удивительное: кажется, что эти существа готовы высвободиться из каменного плена и отправиться на поиски своих недостающих фрагментов, чтобы снова воспарить над землей.

Нажмите на лупу в правом углу картинки, чтобы посмотреть ее целиком.