Гренландская сага

В 1987 году палеонтолог Дженни Клэк исследовала окаменелости в Гренландии. Она знала, что именно хотела найти, – ей были нужны окаменелости, относящиеся к периоду 365 миллионов лет назад. В 1930-х шведские палеонтологи нашли в восточной части Гренландии интригующие фрагменты черепа. Новый вид был назван Acanthostega (греч. «шипастая крыша»). В 1971 году геолог, работавший в Восточной Гренландии, вернулся оттуда с несколькими ископаемыми фрагментами, которые, как выяснилось, тоже принадлежали акантостеге. Дженни Клэк отправилась в Гренландию в составе совместной датско-британской экспедиции, надеясь больше узнать об этом животном. И ученым это удалось. На этот раз были найдены не только черепа, но и несколько почти целых скелетов этого животного.

Это существо очень важно для науки, потому что представляет разительный пример переходной формы от рыбы к первому наземному позвоночному. Акантостега имеет две трети из сорока одного признака, определяющего четвероногое животное, но в остальном очень похожа на рыбу.

С виду это было довольно странное и причудливое создание. На мой взгляд, акантостега похожа на гигантского тритона. В длину это животное достигало одного метра, голова имела уплощенную форму. Необычно выглядело и соединение головы с шеей. Голова, видимо, держалась на продолжении хорды. Такое соединение сейчас можно наблюдать лишь у некоторых рыб и у эмбрионов позвоночных животных. У всех нынешних четвероногих, включая и нас с вами, череп непосредственно сочленяется с позвоночником. Костные структуры, окружающие глотку, убедительно свидетельствуют о том, что у акантостеги имелись жабры. Так же как у рыб, и в отличие от большинства наземных позвоночных тела и дуги позвонков акантостеги были одинаковыми по всей длине позвоночного столба. Однако, несмотря на наличие стольких рыбьих признаков, у акантостеги были и настоящие конечности с пальцами. Причем пальцев было много.

У нынешних четвероногих животных пальцев на конечностях пять или меньше. Поэтому разумно предполагать, что все мы произошли от пятипалого предка.

(Это интересно само по себе, потому что, рассматривая животное с пятью пальцами, мы называем этот признак примитивным, исходным, а если число пальцев меньше пяти, то считаем этот признак производным, вторичным. Давайте разберемся, что это означает. Вероятно, вы думаете, что принадлежите к весьма развитому биологическому виду, но так ли это? В том, что касается пальцев рук и ног, в этом отношении мы на самом деле весьма примитивны. Лошадь, у которой по одному пальцу на каждой конечности (характерно, что это средний палец, digitus impudicus [бесстыдный палец], – получается, что лошадь постоянно его нам показывает), обладает уже не примитивным, а производным признаком. В этом отношении мы с вами являемся безнадежно примитивными созданиями. Надеюсь, я никого не оскорбила, но я также от души уповаю на то, что это отступление убедит вас, что слова «примитивный» и «производный», являясь полезными терминами для реконструкции древа жизни, не несут никакой оценочной нагрузки. Производный признак сам по себе ничем не лучше примитивного.)

Палеонтологи были сильно удивлены, когда обнаружили у акантостеги по восемь пальцев на каждой передней конечности. Дело в том, что в одном скелете превосходно сохранилась передняя конечность. Задняя конечность сохранилась хуже, но похоже, что и на стопе у этого раннего четвероногого тоже было не меньше восьми пальцев.

Передняя конечность оказалась примечательной и в ином отношении, так как выяснилось, что у этого животного отсутствовали запястья, а это означало, что его конечности не могли выдерживать нагрузки. Ученых постигло разочарование: собственно, зачем нужны в таком случае конечности, если они не дают возможности, выйдя из воды, передвигаться по суше? Акантостега заставила ученых задуматься и прийти к выводу о том, что самые ранние конечности не были предназначены для ходьбы, они позволяли лишь ползать и грести в воде. Это еще одно напоминание нам о том, что эволюция весьма изобретательно использует для выполнения новых функций имеющиеся в ее распоряжении части тела.

После открытия акантостеги были обнаружены остатки и многих других ранних четвероногих и близких им видов, что дало нам возможность построить весьма ветвистое древо известных переходных видов, являющихся связующим звеном между водными и наземными организмами.

У нескольких видов ранних четвероногих имелось более чем пять пальцев на каждой конечности, однако позже, когда конечности стали выполнять опорную функцию при передвижении по суше, такого разнообразия уже не наблюдалось и число пальцев на ногах редуцировалось до пяти. Но до окончательного выхода на сушу самым ранним четвероногим, таким как акантостега, пришлось жить в весьма изменчивых условиях – от пресноводных озер до соленых лагун и лиманов. Сопоставляя то, что нам известно об анатомии этих животных, с реконструкцией условий их жизни, мы можем представить себе, как жили акантостеги. Представьте себе это древнее, похожее на тритона создание с уплощенной головой и восемью пальцами на каждой ноге. Оно обитает в теплых, мелких тропических болотах и пользуется конечностями для того, чтобы грести ими в воде, пробираясь сквозь густую водную растительность, как продирается тритон через заросли рдеста. Акантостега подкрадывается к более мелким животным, плавающим на поверхности, бросается на них из глубины, хватает их зубастой пастью и глотает. Акантостега прекрасно адаптирована к жизни в болотах, но ее недоразвитые конечности не смогут носить ее по земле, если животному вдруг вздумалось бы выйти на сушу. После смерти трупы некоторых из этих животных погружались в ил, формирующий дно тропических болот. Спустя приблизительно 365 миллионов лет эта грязь окаменела, превратившись в твердые осадочные породы Восточной Гренландии, и палеонтологам пришлось дробить скалы, чтобы извлечь сохранившиеся скелеты акантостег из их каменных могил.

Несмотря на очень дальнее родство между нами и акантостегами, тем более что это водное, в отличие от нас, животное, в его организме заметно еще одно важное изменение, помимо трансформации плавников в конечности. Превращение плавников в ноги потребовало изменения способа, каким эти плавники прикреплялись к скелету. Став передними конечностями, грудные плавники отделились от задней части черепа, где они крепятся к скелету у рыб. Наоборот, превратившись в задние конечности, тазовые плавники прочно прикрепились к позвоночнику. Раньше считалось, что у рыб – предков четвероногих животных – грудные плавники были мощнее тазовых, а изменение произошло во время появления амфибий, у которых задние конечности стали сильнее передних в результате их образа жизни. Однако обнаружение тазовых костей у ископаемой рыбы тиктаалик (Tiktaalik roseae) заставило усомниться в правильности гипотезы «переднего привода» или, по крайней мере, датировать это изменение периодом, имевшим место намного раньше появления четвероногих. Тазовый пояс тиктаалика имеет почти такие же размеры, что и плечевой пояс, а это значит, что тазовые плавники стали более мощными до того, как образовались конечности.

Большинство четвероногих в наше время пользуются «задним приводом». У людей конечности прикрепляются к скелету по той же схеме, что и у остальных четвероногих животных. Верхние конечности человека, гомологичные передним конечностям четвероногих животных, свободно прикрепляются к грудной клетке посредством плечевого пояса (состоящего из ключицы и лопатки). Напротив, нижние конечности, эквивалентные задним конечностям четвероногих животных, очень прочно прикрепляются к позвоночнику посредством тазового пояса.

Просто представьте себе, как соединены со скелетом верхние и нижние конечности, и сравните эти способы прикрепления. Лопатка свободно перемещается по поверхности заднего отдела грудной клетки, будучи прикрепленной к ней лишь мышцами и соединяясь с грудиной посредством тонкой ключицы. Приложите руку к противоположной лопатке. Вы при этом легко ощутите лопаточную ость. Теперь подвигайте свободной рукой – поднимите ее вверх, опустите вниз, отведите назад и вытяните вперед – и вы почувствуете, как лопатка движется относительно грудной клетки. Напротив, таз накрепко присоединен к нижнему отделу позвоночника – крестцу. Невозможно двигать тазом из стороны в сторону так, чтобы позвоночник оставался неподвижным. Простейший опыт – движения тазом из стороны в сторону с рукой, положенной на поясницу, – подтвердит это. Крестцово-подвздошные сочленения между верхними частями таза, называемыми подвздошными костями, и боковыми поверхностями крестца весьма обширны и укреплены мощными связками. Эти суставы должны быть мощными и крупными, потому что при стоянии и ходьбе на них ложится большая нагрузка, и еще большая при прыжках и беге. Эти суставы – место сочленения нижних конечностей с позвоночником. Суставы эти подвергаются значительным нагрузкам, потому что, перефразируя песню рок-группы R.E.M., «ноги даны, чтоб ходить по земле» (там, правда, не совсем так, но, в конце концов, эти ребята не сильны в анатомии).