Читать книгу "Хлопок одной ладонью - Николай Кукушкин"

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.

Воздушные жабры

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 бывало55.

Традиционно считалось, что в этом и есть смысл воздушных мешков в птичьих легких: они помогают летать. Полет – чрезвычайно энергозатратный способ передвижения, особенно трудный на большой высоте, поэтому вполне логично, что он требует существенных физиологических инноваций. Двойное дыхание во всех учебниках описывается как классический пример птичьей адаптации к полету56.

Но недавно двойное дыхание было обнаружено у видов, явно не предпринимающих попыток взлететь: крокодилов. Оказывается, у них тоже есть воздушные мешки, которые также качают воздух сквозь легкие в одном направлении57.

Само по себе это, конечно, занимательно, но в действительности дело тут не столько в крокодилах, сколько в динозаврах. На эволюционном древе крокодилы и птицы – две выжившие ветви, с двух сторон примыкающие к вымершим ветвям мезозойских ящеров. Птицы – это последние выжившие динозавры, а крокодилы из всех ныне живущих видов – ближайшие к динозаврам не-динозавры. Поэтому черты сходства между крокодилами и птицами представляют для эволюционных биологов особый интерес: если что-то особенное есть и у тех и у других, то почти наверняка, оно было и в ветвях посередине, то есть и у диплодоков, и у велоцирапторов, и у всех остальных динозавров.

Выходит, двойное дыхание – свойство не только птиц, а вообще динозавров56–58, а то и всех зауропсид: после крокодилов оно было обнаружено и у ящериц, еще более дальних птичьих родственников58, 59. Это значит, что легкие с воздушными мешками должны были появиться задолго до того, как пернатые научились летать. Приходится заключить, что так дышали и первые динозавры, застолбившие за этой группой доминирующую роль в мезозойскую эру60. Такая способность пришлась бы как нельзя кстати в условиях катастрофической нехватки кислорода после Великого вымирания. Напрашивается предположение, что двойное дыхание и было адаптацией к этим тяжелым условиям, обеспечившей динозаврам их мезозойский успех.

То есть, согласно этой версии событий, причина выдвижения Ольговичей на историческую сцену в момент, когда династия Мономашичей потерпела свой пермский крах, – это улучшенные отношения с кислородом, тем самым едким газом, который уже не первый раз вершит историю планеты.

Культ Кислорода

Жизнь слеплена из углерода, но правит ею кислород, Шива-разрушитель. В далекой, микроскопической, одноклеточной древности фотосинтезирующие бактерии впервые извлекли его из молекулы воды и тем самым переписали правила жизни на Земле, вызвав «кислородный холокост» (а может, как обсуждалось в главе 3, нечто более медленное, вроде «великого кислородного замещения»). Противники кислорода были вытеснены его адептами, среди которых фанатичнее всех был наш домен эукариот, вообще неспособный существовать без дыхания. Чтобы поддерживать эукариотический организм, нужно жечь много топлива, а чтобы что-то сжечь, нужен Он.