История развития жизни. Часть 1

12 Ноября 2011

Докембрий

Эпоха докембрия продолжалась с момента образования Земли до появления первых многоклеточных организмов примерно 570 млн. лет назад. Возраст древнейших из известных нам горных пород составляет всего 3,9 млрд. лет, так что о юности нашей планеты мы знаем ничтожно мало. Причем даже эти горные породы претерпели за миллиарды лет столь большие трансформации, что мало о чем могут рассказать.

Около 2,5 млрд. лет назад вся земная суша была, по всей видимости, объединена в один громадный сверхматерик, впоследствии расколовшийся на несколько.

К концу эпохи докембрия материки вновь слились, образовав новый сверхматерик. Все эти пертурбации на суше и на море сопровождались грандиозными климатическими изменениями. В течение докембрия мир пережил по крайней мере три ледниковых периода. Наиболее древний начался около 2,3 млрд. лет назад. Самое грандиозное оледенение за всю историю нашей планеты произошло между 1 млрд. и 600 млн. лет тому назад.

Ранняя атмосфера Земли не содержала кислорода. Она состояла в основном из газов метана и аммиака, меньшего количества сероводорода, водяного пара, азота и водорода, а также окиси и двуокиси углерода. Однако с возникновением жизни на Земле картина резко изменилась.

Газы, образовывавшие раннюю атмосферу Земли, постепенно растворялись в Мировом океане, и в нем возник своего рода «теплый суп» из химических соединений. Поскольку в атмосфере не было кислорода, в ней отсутствовал озоновый слой (озон – разновидность кислорода), который мог бы защитить земную поверхность от вредоносного ультрафиолетового солнечного излучения.

В 20-е гг. XX в. русский ученый Александр Опарин и английский ученый Джон Холдейн выдвинули гипотезу, согласно которой многие миллионы лет это излучение,
совместно с разрядами молний, создавало в химическом «бульоне» все более и более сложные химические соединения, пока наконец не возникло одно органическое соединение – ДНК, способное воспроизводить самое себя.

В 50-е гг. XX в. американский химик Стенли Миллер решил проверить эту гипотезу. Он смешал метан и аммиак над поверхностью теплой воды и пропустил через них электрический ток, создав что-то наподобие молнии. Миллер повторил этот эксперимент многократно, меняя состав газовой смеси и температурный режим. В нескольких случаях он обнаружил, что всего через 24 часа примерно половина углерода, содержавшегося в метане, превратилась в органические соединения типа аминокислот. Значит, можно сделать вывод, что при достаточном времени и соответствующем составе газовой смеси точно так же могли образовываться и более сложные химические соединения, возможно, даже те из них, что входят в состав ДНК.

Химический «бульон» в первобытном океане становился все гуще, и в нем формировались все новые и новые соединения. Некоторые из них образовывали на поверхности воды тонкие сплошные пленки – наподобие пленки из разлившейся на море нефти. Вода перемешивалась, например, во время шторма, и пленка разрывалась на отдельные сферические образования, похожие на нефтяные шарики. Внутри них оказывались отдельные химические соединения, которые начинали походить на настоящие живые клетки. Стоило только молекулам ДНК сформироваться в «бульоне» и очутиться вместе с прочими веществами внутри такой оболочки, как это положило начало жизни на Земле.

Первые клетки во многом напоминали современные бактерии. Необходимую энергию они вырабатывали, расщепляя неорганические соединения. Клетки могли извлекать углерод из метана, а также из окиси и двуокиси углерода, растворенных в воде.

Из сероводорода и прочих содержавших его соединений они извлекали водород. Все эти элементы клетки использовали для воспроизводства новой живой материи. Подобные бактерии в наше время встречаются вокруг горячих минеральных источников и действующих вулканов.

Следующий важнейший этап в эволюционном процессе – укрощение солнечной энергии живой материей. Вместо того чтобы извлекать энергию из неорганических соединений, клетки стали использовать непосредственно энергию солнечных лучей.

Это положило начало фотосинтезу, особому процессу, в ходе которого растения синтезируют питательные вещества при помощи энергии солнечного света. Вместо того чтобы добывать нужный клеткам водород из таких веществ, как сероводород, они научились извлекать его из куда более распространенной субстанции – воды.

Растения, водоросли и некоторые виды бактерий «захватывают» солнечный свет при помощи окрашенных химических соединений, содержащихся в клетках, – так называемых пигментов. Эту световую энергию они используют для синтеза всех органических соединений, необходимых им для роста и размножения. Такой процесс называют фотосинтезом, что означает «создание с помощью света». Чтобы из простых химических веществ, например воды или углекислого газа, создать сложные соединения, скажем сахарозу или протеины, встречающиеся в живых клетках, нужно затратить определенное количество энергии. Во многом это напоминает возведение стены: чтобы поднимать кирпичи на верхушку стены и закреплять их на положенном месте, вам необходима энергия. При фотосинтезе эта энергия поступает из солнечного света. Углекислый газ (содержащий углерод и кислород) и вода (состоящая из водорода и кислорода) дают углерод, кислород и водород. Из них синтезируются сахароза и прочие органические соединения, вырабатываемые в ходе фотосинтеза. При этом расходуется не весь кислород часть его выбрасывается в атмосферу.

Чтобы улавливать солнечные лучи, эти новые фотосинтезирующие клетки вырабатывали пигменты – окрашенные вещества, способные поглощать свет. До того времени жизнь па Земле была тусклой и бесцветной. Теперь же она заиграла многоцветьем новых красок. Отныне живые организмы перестали быть привязанными к местам с особо энергоемкими веществами: вода и солнечный свет оказались гораздо более доступными источниками энергии.

Новые фотосинтезаторы обитали в основном в минеральных источниках и теплых прибрежных водах морей, где было достаточно мелко для того, чтобы до них доходил солнечный свет, и в то же время достаточно глубоко, чтобы предохранять их от губительного воздействия ультрафиолетового излучения. Некоторые из клеток продолжали выделять водород из сероводорода; их потомки и по сей день встречаются подле горячих минеральных источников.

Одни из самых ранних фотосинтезирующих организмов, дошедших до нас в ископаемом виде, – строматолиты. Эти странные структуры кажутся на первый взгляд состоящими из множества известняковых колец, разделенных тонкими коническими прослойками. На самом же деле их образовали примитивные организмы, похожие на простейших циансоактерий, которых иногда называют сине-зелеными водорослями. Строматолиты отличались невероятным разнообразием форм и размеров. Одни были круглые, как картофелины, другие конусообразной формы, третьи - высокие и тонкие или даже ветвистые.

Окаменевшие строматолиты встречаются по всему миру. Во многих местах они образуют громадные рифы, зачастую поднимающиеся с морского дна на сотни метров сквозь толщу прозрачной воды, подобно современным коралловым рифам в тропиках.

Постепенно концентрация кислорода в океанах увеличивалась, и он начал вступать в химические реакции с растворенным и воде железом. Образовались клетки с собственной оболочкой – так называемые органеллы. В каждом отсеке была особая внутренняя среда, поэтому в разных частях клетки отныне происходили различные процессы. Теперь химические реакции в клетках стали протекать намного эффективнее. ДНК – вещество, содержащее генетический код, – упорядочилась в специальные структуры – хромосомы. Ученые полагают, что эти новые клетки образовались, когда аэробные клетки стали проникать внутрь других клеток – возможно, для защиты от новых «хищных» клеток. При этом новые клетки делились друг с другом энергией и вырабатываемыми химическими соединениями.

Кембрийский период

От 570 до 500 млн. лет назад.

Кембрийский период начался примерно 570 млн. лет назад, возможно, несколько ранее, и продолжался 70 млн. лет. Начало этому периоду положил поразительной силы эволюционный взрыв, в ходе которого на Земле впервые появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке. Граница между докембрием и кембрием проходит по горным породам, в которых внезапно обнаруживается удивительное разнообразие окаменелостей животных с минеральными скелетами – результат «кембрийского взрыва» жизненных форм.

В кембрийский период распределение суши по поверхности Земли было иным, нежели в настоящее время.

На месте Северной Америки и Гренландии существовал материк Лавренция. Южнее Лавренции простирался Бразильский материк. Африканский материк включал Африку, Мадагаскар и Аравию.

Севернее него располагался Русский материк, соответствующий на Русской платформе в границах – дельта Дуная, Днестр, Висла, Норвежское море, Баренцево море, реки Печора, Уфа, Белая, север Каспийского моря, дельта Волги, север Чёрного моря. Центр платформы – город Владимир в междуречье Оки и Волги [35]. На Русской платформе кембрийские отложения распространены почти повсеместно в её северной части, а также известны в западных частях современной Белоруссии и Украины.

К востоку от Русского материка располагался Сибирский материк – Ангарида, включающий Сибирскую платформу и прилегающие горные сооружения. На месте современного Китая был Китайский материк, на юге от него – Австралийский материк, охватывавший территорию современной Индии и Западной Австралии.

В начале палеозоя (ордовикский период, 500 – 440 млн. лет назад) в Северном полушарии из древних платформ – Русской, Сибирской, Китайской и Северо-Американской – сложился единый материк Лавразия.

Индостанская (остров Мадагаскар, полуостров Индостан, южнее Гималаев), Африканская (без гор Атласа), Южно-Американская (к востоку от Анд), Антарктическая платформы, а также Аравия и Австралия (к западу от горных хребтов её восточной части) вошли в южный материк – Гондвану.

Лавразия отделялась от Гондваны морем (геосинклиналью) Тетис (Центральное Средиземноморье, Мезогея), проходившим в мезозойскую эру по зоне Альпийской складчатости: в Европе – Альпы, Пиренеи, Андалусские горы, Апеннины, Карпаты, Динарские горы, Стара-Планина, Крымские горы, горы Кавказа; в Северной Африке – северная часть Атласских гор; в Азии – Понтийские горы и Тавр, Туркмено-Хорасанские горы, Эльбрус и Загрос, Сулеймановы горы, Гималаи, складчатые цепи Бирмы, Индонезии, Камчатка, Японские и Филиппинские острова; в Северной Америке – складчатые хребты Тихоокеанского побережья Аляски и Калифорнии; в южной Америке – Анды; архипелаги, обрамляющие Австралию с востока, в том числе острова Новая Гвинея и Новая Зеландия. Территория, охваченная альпийской складчатостью, сохраняет высокую тектоническую активность и в современную эпоху, что выражается в интенсивно расчленённом рельефе, высокой сейсмичности и продолжающейся во многих местах вулканической деятельности. Реликтом Пратетиса являются современные Средиземное, Черное и Каспийское моря.

Лавразия существовала до середины мезозоя, а её изменения заключались в утрате территорий Северной Америки и последующее переформирование Лавразии в Евразию.

Остов современной Евразии сращен из фрагментов нескольких древних материков. В центре – Русский континент. На северо-западе к нему примыкает восточная часть бывшей Лавренции, которая после кайнозойских опусканий в области Атлантического океана отделилась от Северной Америки и образовала Европейский выступ Евразии, расположены западнее Русской платформы. На северо-востоке – Ангарида, которая в позднем палеозое была сочленена с Русским континентом складчатой структурой Урала. На юге – к Евразии причленились северо-восточные части распавшейся Гондваны (Аравийская и Индийская платформы).

Распад Гондваны начался в мезозое, Гондвана была буквально растащена по частям. К концу мелового – началу палеогенового периодов обособились современные постгондванские материки и их части – Южная Америка, Африка (без гор Атласа), Аравия, Австралия, Антарктида.

В ту эпоху климат на Земле был теплее, чем в наши дни. Тропические побережья материков окаймляли гигантские рифы из строматолитов, во многом напоминавшие коралловые рифы современных тропических вод. По рифы эти понемногу уменьшались в размерах, поскольку бурно развивавшиеся многоклеточные животные активно их поедали. На суше в те времена не было ни растительности, ни почвенного слоя, поэтому вода и ветер разрушали ее гораздо быстрее, чем ныне. В результате в море смывалось большое количество осадков.

Кембрийский эволюционный взрыв – одна из величайших загадок в истории развития жизни на Земле. Понадобилось 2,5 млрд. лет, чтобы простейшие клетки развились в более сложные эукариотные клетки, и еще 700 млн. лет для возникновения первых многоклеточных организмов. А затем, всего за какие-то 100 млн. лет, мир оказался заселен невероятным разнообразием многоклеточных животных. С тех пор за более чем 500 млн. лет на Земле не появилось ни одного нового типа (принципиально иного строения тела) животных.

В кембрийский период на Земле существовали громадные области, занятые континентальным шельфом, или материковыми отмелями. Здесь создались идеальные условия для жизни: дно, покрытое слоем мягкого ила, и теплая вода. К этому времени в атмосфере образовалось много кислорода, хотя его и было меньше, чем сегодня. Развитие твердых покровов привело к появлению новых жизненных форм, таких, как членистоногие, артроподы. Животным понадобились новые способы защиты от новых высокоорганизованных хищников. Улучшились средства их защиты – и уже хищникам пришлось вырабатывать новые методы охоты, чтобы преодолеть сопротивление жертвы.

На протяжении кембрийского периода уровень моря неоднократно повышался и понижался. При этом некоторые популяции вымирали, а места их обитания занимали другие животные, которым, в свою очередь, приходилось приспосабливаться к новым условиям жизни. Со временем животные кембрия осваивали все новые, более и более специализированные способы питания. Животный мир становился разнообразнее, и все больше видов животных могло существовать бок о бок, не претендуя на пищевые ресурсы соседей. Никогда больше на нашей планете не будет такого количества незанятых экологических ниш и столь слабой конкуренции между видами – иными словами, столь неограниченных возможностей для экспериментирования со стороны природы.

Эволюционный взрыв раннего кембрия произвел на свет множество разнообразных существ. Важнейшие из них – трилобиты, членистоногие животные, во многом похожие на современных мечехвостов. Их тела были покрыты щитообразными панцирями. Большинство ранних трилобитов обитало на морском дне, однако некоторые плавали в воде над поверхностью дна и, вполне возможно, охотились на своих сородичей, живших в иле.

В морской воде обитало и множество других организмов. Они образовывали пищевую цепь (последовательность живых существ, служащих пищей друг другу), в основе которой находились миллионы плавающих водорослей и микроскопических животных. Некоторые из них, например, фораминиферы и примитивные креветки, появившиеся еще в докембрии, постепенно выработали твердые покровы. Морские волны переносили с места на место медуз и родственных им животных, а к концу кембрийского периода в морях появились и весьма высокоорганизованные хищники – такие, как головоногие моллюски (вроде современных осьминогов и кальмаров) или примитивные панцирные рыбы.

В донном иле копошились многочисленные черви, питавшиеся падалью, примитивные моллюски, похожие на современных блюдечек и морских улиток, а также брахиоподы – животные с двустворчатыми раковинами, что-то вроде двустворчатых моллюсков на стебельке, которые извлекают пищу из окружающей их воды. Над морским дном колыхались целые леса морских перьев, тщательно фильтрующих воду, а в тихих водах обитали хрупкие стекловидные губки. К концу периода появилось множество различных иглокожих, в том числе морские звезды и морские ежи.

Помимо всего прочего, в кембрии появились первые хордовые животные, представители той самой группы, эволюция которой в конечном итоге привела к возникновению на Земле Человека. Все хордовые на каком-то этапе своего развития имеют жаберные щели и четко выделенную нервную трубку, идущую вдоль спины, по обе стороны которой располагаются парные группы мышц. В дальнейшем вокруг нервной трубки образуется костный позвоночник или хребет, отчего высшие хордовые получили название позвоночных животных. Часть такого хребта, тянущаяся за анальным отверстием животного, называется хвостом. Хордовые также имеют жесткую хрящевую струну (хорду), проходящую вдоль спины животного на определенном этапе его жизненного цикла. Хорда и по сей день присутствует у зародышей позвоночных, включая человека.

Трилобиты были подлинными хозяевами кембрийских морей. Они зарывались в толщу осадков, ползали по морскому дну, бороздили темные океанские глубины и плавали в верхних слоях морей, пронизанных солнечным светом. Многие из них поедали останки мертвых животных и детрит, накапливавшийся в донных осадках, однако встречались среди них и активные хищники. Некоторые трилобиты, возможно, охотились даже на своих сородичей, обитавших в отложениях морского ила. Крупнейшие из трилобитов имели длину свыше 70 см, а самые маленькие не достигали и сантиметра.

Трилобиты внешне походили на современных «королевских крабов» (мечехвостов) – их дальних родственников. Само название «трилобиты» означает «трехчленные»: их панцирь состоял из трех секций – центральной, или осевой, и двух сплюснутых боковых по обе ее стороны. Большинство трилобитов имело щитовидный головной отдел, гибкий торакс (среднюю часть) из сочлененных сегментов и плоский хвост, зачастую вытянутый в длинный хвостовой шип. Попадаются ископаемые трилобиты, свернувшиеся в клубок, подобно мокрицам – возможно, так они защищались от врагов.

На каждом сегменте туловища трилобита было по паре конечностей. Те из них, что располагались у рта, служили щупательными усиками. На прочих конечностях крепились перистые жабры для дыхания, плавательные пластинки или ножки для ходьбы и специальные отростки, с помощью которых пища передавалась вдоль тела к ротовому отверстию. Панцирь часто был покрыт бороздками и выпуклостями, разбивавшими его на части. У некоторых трилобитов панцири испещрены крохотными дырочками – возможно, в тех местах, где прежде росли волоски, служившие органами осязания или вкуса.

Трилобиты были первыми из известных нам животных с высокоразвитым зрением. Возможно, зрение помогало им вовремя замечать опасных хищников. Подобно глазам современных насекомых и ракообразных, глаза трилобитов были сложными и состояли из скоплений крохотных линз. Линзы эти оказались достаточно прочными, чтобы сохраниться в ископаемом виде.

Плавающие трилобиты обзавелись широкими и плоскими хвостовыми щитами. У таких видов были легкие панцири и множество отростков, которые увеличивали поверхность тел животного - это помогало ему держаться на плаву. Глубоководные виды трилобитов использовали отростки для того, чтобы приподниматься над осадочным слоем, возможно, для извлечения частиц пищи из морской воды.

Своего наивысшего расцвета трилобиты достигли в ордовикский период, однако к концу палеозойской эры, 225 млн. лет назад, они полностью вымерли. Бурно эволюционировавшие моллюски и рыбы научились расправляться с ними, невзирая на их панцири. К тому же они успешно соперничали с трилобитами за пищевые ресурсы.

Ордовикский и Силурийский период

От 500 до 408 млн. лет назад.

В начале ордовикского периода большая часть южного полушария была по-прежнему занята великим материком Гондваной, в то время как прочие крупные массивы суши сосредоточились ближе к экватору. Европу и Северную Америку (Лаврентию) отодвинул дальше друг от друга расширяющийся океан Япетус. Сперва этот океан достиг ширины примерно 2000 км, затем вновь начал сужаться по мере того, как массивы суши, образующие Европу, Северную Америку и Гренландию, стали постепенно сближаться, пока наконец не слились в единое целое. В течение силурийского периода Сибирь «подплыла» к Европе, Африка столкнулась с южной частью Северной Америки, и в итоге родился новый гигантский сверхматерик Лавразия.

Начало ордовикского периода совпало с очередным повышением уровня моря, вызванным таянием древних кембрийских ледниковых покровов. Поскольку значительная часть земной суши в это время сосредоточилась в тропических и субтропических широтах, животный мир мелководья и прибрежных рифов, обосновавшийся вдоль кромки материков, бурно развивался и процветал.

На рубеже ордовикского и силурийского периодов наступила новая эпоха оледенения. Силурийский период длился с 438 по 408 млн. лет назад. Когда льды, наконец, растаяли, уровень Мирового океана повысился, и море затопило обширные области суши, в результате чего климат стал мягче. Впоследствии море вновь отступило из-за перемещения плит земной коры.

Впрочем, это были не единственные процессы, протекавшие в ту эпоху. Движение материков сопровождалось многочисленными извержениями вулканов и землетрясениями, взметнувшими ввысь громадные горные хребты. Остатки этих величественных гор сохранились и по сей день в виде Уральских гор в России, горных систем в Норвегии и Шотландии, а также Аппалачских гор, протянувшихся вдоль восточного края Северной Америки. Подобные катастрофические изменения конфигурации суши и океанов наряду с переменой климата привели к массовому вымиранию многих видов животных.

Ордовикские моря были населены многочисленными животными, которые резко отличались от обитателей древних кембрийских морей. Формирование твердых покровов у многих животных означало, что они приобрели способность приподниматься над донными отложениями и кормиться в богатых пищей водах над морским дном, В течение ордовикского и силурийского периодов появлялось все больше животных, извлекающих пищу из морской воды. Среди наиболее привлекательных следует назвать морские лилии, похожие на покрытых твердым панцирем морских звезд на тонких стебельках, покачивающихся в водных потоках. Длинными гибкими лучами, покрытыми клейким веществом, морские лилии улавливали из воды частицы пищи. У некоторых видов таких лучей было до 200. Морские лилии, как и их бесстебельчатые родичи – морские звезды, – благополучно дожили до наших дней.

Завсегдатай ордовикских пляжей, придя на берег моря, наверняка обнаружил бы там множество брахиопод – одних из наиболее преуспевающих «фильтраторов» ордовикского и силурийского периодов. Некоторые их виды по форме напоминали древнеримские лампы с ковшеобразным корпусом. Корпус этих ламп был наполнен маслом и покрыт сверху выпуклой крышкой, закрепленной с одного края на шарнире. Горящее масло давало требуемый свет. Раковины брахиоподов тоже состояли из двух створок, скрепленных между собой, что делало их похожими еще и на жирных устриц.

Внутри раковины брахиопода находится длинная спиралевидная структура, усеянная щупальцами. Они покрыты микроскопическими волосками - ресничками. Это так называемые «руки». Их функция состоит в нагнетании внутрь организма животного воды и отфильтровывании из нее частиц пищи и кислорода. Одни брахиоподы прикреплялись к морскому дну стебельками и даже непосредственно собственными раковинами, а другие просто лежали на осадочном слое.

В те времена появилась и еще одна странная группа колониальных животных, помогавшая строматопороидеям и кораллам возводить рифы. Это были мшанки (морские циновки) – их еще называют эктопроктами. Современные мшанки образуют на скалах, морских водорослях и прочих объектах своего рода ковровое покрытие. В такой «циновке» – сотни крохотных трубочек диаметром, как правило, не более миллиметра, через которые эти миниатюрные животные просовывают венчики щупалец, заносящих пищу в их ротовые отверстия. Одни из древних мшанок образовывали на морском дне толстые корки и огромные куполообразные куртаны. Другие были более хрупкими и ветвистыми, однако их крошащиеся обломки частенько заполняли трещины в рифах, способствуя их цементированию.

В поверхностных водах океана обитала другая преуспевающая группа фильтраторов. От них сохранились странные окаменелости, похожие на палки, зачастую V-образной или спиралевидной формы, обрамленные рядами «зубов»« На самом деле это были вовсе не зубы, а крохотные чашечки, в которых укрывались колонии животных; возможно, эти животные высовывали наружу короткие перообразные щупальца, фильтруя ими воду. Некоторые палеонтологи даже полагают, что они могли быть близкими родственниками первых хордовых. Впервые граптолиты появились в кембрии, однако их расцвет наступил именно в ордовике, а уже к концу силурийского периода они почти полностью вымерли. Большинство граптолитов прикреплялось к морскому дну, но некоторые виды свешивались со скоплений плавучих морских водорослей либо свободно плавали, питаясь микроскопическими водными животными и водорослями.

Примерно в это же время появились и кораллы, во многом похожие на морских анемонов. Они вырабатывают известковые скелеты, которые служат их организмам опорой. В середине ордовика возникла группа так называемых кораллов-ругоз. Это уже были настоящие рифостроители. Отдельные особи ругоз имели рогообразные скелеты, скрепленные множеством твердых внутренних «ребер». При такой конструкции скелеты становились очень прочными – достаточно прочными, чтобы формировать рифы. Колонии ругоз возводили громадные коралловые рифы, особенно во времена девонского периода.

А тем временем вверху, над рифами, морские воды заселялись новыми грозными хищниками. Это были головоногие моллюски наутилоидеи, предшественники современных кальмаров и осьминогов. Они передвигались, выбрасывая водную струю – как живые ракеты. Некоторые из них, возможно, поедали останки погибших животных, но большинство было активными хищниками. В отличие от немногих доживших до наших дней наутилусов, древние наутилоидеи имели в основном прямые или лишь немного изогнутые раковины. Иные раковины вырастали до 9 м в длину – это самые крупные из раковин, когда-либо встречавшихся у беспозвоночных животных. Они разделялись на камеры, заполнявшиеся газом, что позволяло наутилоидеям держаться на плаву. Твердые клювы этих животных могли раскалывать панцири трилобитов и их родичей. Примерно в это же время трилобиты «обзавелись» более тяжелыми и прочными панцирями, возможно, как раз для защиты от наутилоидеи.

Ранние бесчелюстные рыбы, такие, как эти астрасписы, скорее всего, плавали наподобие головастиков. Плавников, обычно служащих рыбам своеобразными стабилизаторами в воде, они не имели. Нижнюю часть туловища бесчелюстных рыб покрывали ряды бугорчатых костных пластинок, а головную защищал тяжелый «щит» – возможно, он спасал от нападения гигантских морских скорпионов. Челюстей и зубов у них не было, и они попросту вычерпывали или высасывали частицы пищи из толщи ила.

В те времена суша все еще оставалась малопригодной для жизни: там царствовали безплодные пустыни, грохочущие вулканы, засушливые каменистые равнины, ураганные ветры и безжалостное солнце. Не было ни почвенного слоя, ни спасительной тени – ведь наземных растений тогда не существовало.

Первые настоящие растения появились в конце ордовика. Многие миллионы лет в мелких прибрежных морях в изобилии произрастали красные, зеленые и коричневые морские водоросли. Постепенно сообщества водорослей, грибов и бактерий стали выбираться на береговой ил и разлагать его, образуя слой примитивной почвы, вполне пригодной для существования первых наземных растений. Возможно, первая растительность возникла по берегам озер или высыхающих болот. Некоторые зеленые водоросли, из-за постоянной угрозы оказаться вне воды при понижении уровня моря, выработали на своей поверхности слой воскообразного вещества – кутикулу,- предохранявший их от высыхания. В кутикуле имелись маленькие отверстия – устьица, через которые поступал углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, и выходил кислород.

Ордовикские и силурийские моря были населены существами, резко отличавшимися от обитателей древних кембрийских морей. Примитивные рыбы, впервые появившиеся в позднем кембрии, бурно размножались и эволюционировали. У них еще не было челюстей, поэтому они просто высасывали детрит из донного ила. Возможно, некоторые из них, подобно современным бесчелюстным миногам и миксинам, питались падалью (мертвечиной) или жили на других рыбах в качестве паразитов. Впоследствии большие костные пластины этих ранних бесчелюстных рыб развились в настоящие зубы и челюсти.

У древних позвоночных не было внутреннего костного скелета, подобно большинству современных позвоночных. Однако многих из них полностью или частично покрывала массивная «броня» из костных пластин, в особенности их головную часть. Кто-то удачно описал их как «крабов спереди и сирен сзади». Этих животных назвали остракодермами, что означает «костный щит». Их хвосты, покрытые более мелкими пластинками, обладали куда большей гибкостью, чем туловища. Мощные взмахи хвостов придавали остракодермам необходимое для плавания ускорение. Костные пластины образовывали что-то вроде внешнего скелета. У современных костных рыб – так же как и у человека – скелет поначалу формируется из хрящей, которые позже заменяются костями. Хрящ более мягкий и гибкий материал, чем кость. В ископаемом виде он плохо сохраняется, и мы точно не знаем, был ли у этих ранних рыб хрящевой скелет.

К началу силурийского периода рыбы стали больше похожи на современных. Теперь у большинства из них имелись плавники, а на смену костному панцирю пришли маленькие чешуйки. В раннем девоне, а может и еще раньше, в морях появилось уже несколько различных групп костных рыб.

В раннем силуре возникла группа небольших рыб, так называемых акантод, которые стали первыми на Земле хищными рыбами. Название «акантоды» означает «колючие»: плавники этих рыб крепились на жестких шипах, возмож но, для того, чтобы хищникам было труднее их проглотить.

Акантоды – первые челюстные рыбы, появившиеся на страницах каменной летописи. Пасть акантода представляла собой настоящий «кошмар дантиста»! Челюсти могли широко раскрываться, но горло и жесткие дуги, служившие опорой жабрам, были сплошь утыканы шипами, предназначенными, по всей вероятности, для удержания проглоченной добычи либо, возможно, для фильтрации пищи из воды. Большинство акантод имели зубы, очевидно, для захватываиия добычи. Беззубые виды, вероятно, были фильтраторами. Тонкие мелкие чешуйки, покрывавшие акантод, переплетались между собой наподобие чешуи многих современных рыб.

Растения, выбравшиеся из моря на сушу, нуждались в новых источниках воды и минеральных веществ. Нити, удерживавшие их в осадочном слое, постепенно превратились в настоящие корневые системы, способные поглощать воду и минеральные вещества из ила. Из корней вода по сети крохотных трубочек (ксилеме) поступала стебель, а другая система сосудов (флоэма) доставляла продукты фотосинтеза обратно к корням, чтобы они могли расти. Поскольку внутри этих растений имелись системы сосудов, их назвали сосудистыми. Слишком высокими они не вырастали: у них не было надежной опоры.

Чтобы размножаться, эти растения все еще нуждались в водной среде. Однако вскоре некоторые из них стали обзаводиться зародышами в виде крохотных спор с твердым покровом. Ветер переносил их на большие расстояния, и растения начали распространяться в глубь материков, в новые болотистые местности. Зачастую такие споры – единственные ископаемые свидетельства существования этих ранних растений, дошедшие до наших дней.

Девонский период

От 408 до 360 млн. лет назад.

Девонский период был временем величайших катаклизмов на нашей планете. Европа, Северная Америка и Гренландия столкнулись между собой, образовав огромный северный сверхматерик Лавразию. При этом с океанского дна были вытолкнуты кверху огромные массивы осадочных пород, сформировавшие громадные горные системы на востоке Северной Америки и на западе Европы. Эрозия поднимающихся горных хребтов привела к образованию большого количества гальки и песка. Из них сформировались обширные отложения красного песчаника. Реки выносили в моря горы осадков. Образовывались широкие болотистые дельты, что создавало идеальные условия для животных, дерзнувших сделать первые, столь важные шаги из воды на сушу.

Начало девонского периода ознаменовалось самыми грандиозными изменениями из тех, что когда-либо происходили на земной суше. До тех пор там господствовал унылый ландшафт из голых скал и сыпучих песков – ведь на Земле не было ни растений, дающих перегной, ни почвы. Но постепенно по этой бесплодной пустыне начал распространяться живой ковер зеленой растительности. К концу периода климат существенно переменился. На Земле стало теплее, что привело к более частым и жестоким засухам, однако же и периоды сильнейших ливней стали продолжительнее. Уровень моря понизился, и обширные области материков превратились в пустыни. Реки и пруды высыхали, и на их дне оставались миллионы рыб, снабдивших нас богатой коллекцией окаменелостей.

В начале девонского периода на Земле появилось великое множество самых разнообразных рыб. Среди них были рыбы и в костном панцире, и в чешуе: и с челюстями, и без челюстей; и с хрящевым скелетом, и с костным хребтом. Плавники у одних рыб состояли из жестких лучей, у других были мясистые и мускулистые.

Девонские бесчелюстные рыбы (агнаты) не имели настоящих челюстей и зубов. Их скелеты были не костные, а хрящевые, однако большинство из них покрывают костный панцирь. Называют этих существ остракодермами. Создается впечатление, что первоначально кости возникли в качестве защитного покрова и лишь затем трансформировались в опорный скелет. У многих остракодерм были сплошные костные головные щиты, но в девонский период развились и такие их виды, у которых панцирь состоял из ряда полос, перемежаемых более мелкими чешуйками. Это обеспечивало рыбам большую гибкость и подвижность в воде. Чешуйки образовывались примерно так же, как зубы современных позвоночных: полость, наполненную мягкой пульпой, окружало твердое вещество – дентин. У некоторых остракодерм были чешуйчатые плавники, а у иных даже непарный дорсальный плавник (на спине), анальный плавник (за хвостом) и парные грудные плавники (прямо за головой) – они играли роль стабилизаторов при плавании.

Донные отложения буквально кишели остракодермами с приплюснутыми телами. Они зарывались в ил при помощи своих головных щитов и высасывали оттуда детрит. Остракодермы, похожие на угрей, свободно плавали в воде, фильтруя ее или всасывая в себя мелкие организмы. У всех этих примитивных рыб не было челюстей, но многие имели вокруг ротовых отверстий костные пластины, приводимые п движение мышцами. Большинство остракодерм были невелики, однако нтераспиды, закованные в толстый панцирь, достигали в длину 1,5 м.

Лишь немногие бесчелюстные рыбы дожили до наших дней. Таковы миноги и миксины, длинные угреобразные рыбы. У них не сохранилось никаких следов костного панциря или хотя бы костных пластин. И те и другие – хищники. Миноги в основном паразитируют на других рыбах, а миксины поедают трупы морских животных, опускающиеся на океанское дно.

В конце ордовикского периода у некоторых рыб развились челюсти, и они превратились в активных хищников. Ученые полагают, что некоторые из жестких дуг, поддерживавших жабры, постепенно превратились в челюсти, а из пластин, окружавших ротовое отверстие, образовались зубы. В одну из новых групп – так называемых плакодерм (пластинчатокожих рыб) – входили крупнейшие морские рыбы того периода, в том числе свирепые хищники дунклеостеи, длиной до 3,3 м. В верхней челюсти у них вместо зубов имелись ряды небольших пластинок. Постоянно соприкасаясь с нижней челюстью, эти пластинки так сильно заострили ее край, что рыбы смогли обеими челюстями кусать и раздавливать добычу. Массивные «бронированные» головы плакодерм гибко сочленялись с туловищем, и они, раскрывая пасть, могли закидывать голову назад. Плакодермы заполонили озера, реки и океаны, охотясь за добычей, которая прежде была не по зубам ни одному хищнику.

Однако в это же время эволюция породила еще более высокоорганизованных хищников – акул. Древние акулы с широкими плавниками и обтекаемыми телами стремительно рассекали воды девонских морей. Их острые зубы постоянно замещались новыми рядами, выраставшими позади старых. Родственники акул, скаты, бесшумно скользили над морским дном, выслеживая ничего не подозревающих рыб и моллюсков.

Одновременно с акулами в морях начала распространяться еще более перспективная группа рыб – костные рыбы (остеихтии). К этой группе принадлежит большинство современных рыб. У этих рыб, пока они растут, хрящевые скелеты заменяются костными. Плавников у них две нары – грудные и тазовые, что помогает им легче двигаться: к примеру, они могут изгибаться, поворачивать или тормозить.

Кроме того, у костных рыб есть еще одно, крайне важное, преимущество: так называемый плавательный пузырь. Это своего рода мешочек, наполненный газом, позволяющий рыбе менять плотность своего тела в зависимости от уровня давления воды на разных глубинах. Регулируя содержание газа в пузыре, костные рыбы могут плавать на любой глубине.

С момента возникновения первые костные рыбы начали эволюционировать по двум основным направлениям и разделились на лучеперых (актинонтеригии) и кистеперых (саркоптсригии) рыб. От вторых сегодня остались лишь двоякодышащие рыбы и редкие целаканты. Большинство же современных костных рыб относится к лучеперым рыбам: их плавники «надеваются» на ряды жестких стержней, или лучей, состоящих из костного или хрящевого вещества. Такие плавники не имеют собственных мышц и приводятся в движение мышцами, расположенными в боках туловища. У кистеперых рыб плавники мясистые, опирающиеся па костную основу. Их парные плавники приводятся в движение мускулами, воздействующими непосредственно на скелетную ось.

В конце девонского периода многие группы рыб вымерли, как и многочисленные семейства кораллов, плечепогих и аммонитов. Их места заняли новые виды животных, появившиеся уже в следующем, каменноугольном периоде.

В девонский период дотоле безжизненная суша постепенно покрывалась ковром зеленой растительности, наползавшей на нее со стороны моря. В начале девона суша являла собой совокупность голых бесплодных материков, окаймленных теплыми мелкими морями и болотами, а ближе к концу обширные области се уже поросли густыми девственными лесами.

В те времена уже существовало несколько групп сосудистых растений. Наиболее распространены были ринии – так их назвали в честь города Райни. В толще ила размещался ползучий корень ринии, от которого ответвлялось несколько коротких стеблей, каждый не выше 17 см. На стеблях не было листьев, однако на их кончиках имелись круглые спорангии со спорами. Эта группа растений - так называемые риниофиты – предшественница папоротников, хвощей и цветковых растений.

Другая группа ранних растений дала начало плауповидным растениям, от которых произошли современные плауны. Их стебли были покрыты тонкими переплетающимися зелеными чешуйками. На протяжении девонского периода они становились все крупнее и многочисленнее, пока наконец не превратились в огромные деревья каменноугольных болот высотой до 38 м. Окаменевшие стволы плауновидных растений часто несут па себе восхитительный ромбоидальный узор из отметин, оставленных листьями, поэтому их поверхность порой сильно смахивает на змеиную кожу.

Постепенно участки суши вдоль берегов озер и водных артерий покрывались все более густыми зарослями растений. Там становилось все темнее и темнее. Растениям, чтобы получать больше света, приходилось тянуться кверху, обгоняя в росте соседей. Появилась необходимость в прочной опоре. Со временем растения начали вырабатывать древесную ткань, и возникли первые деревья. Преимуществом перед соседями была и способность к более быстрому росту. Растениям требовалось еще больше света, и в результате у них развились более широкие и плоские листья. Древние леса выглядели совсем не так, как нынешние. Деревья покоились на корнях, ветвившихся над слоем почвы. Их стволы покрывала не кора, а блестящи чешуя, как у рептилий.

От всей этой буйной растительности оставалась масса мертвой древесины и листьев, кучи которых могли бы быстро загромоздить все леса. Однако к этому времени в лесах было достаточно грибов, которые быстро разлагали мертвую органику. Корни растений «вгрызались» в землю и разрыхляли ее. Бесчисленные бактерии перерабатывали все отмершее. Так постепенно формировался первый почвенный слой. А вскоре на сушу двинулись животные.

Само собой разумеется, что столь богатые пищевые ресурсы не могли оставить равнодушными армию животных, и они устремились на покорение новой «земли обетованной». В глинистых сланцах близ Райни обнаружено множество останков артроподов (членистоногих беспозвоночных).

Крохотные клещи, длиной меньше 0,5 мм, жадно сосали сок растений. А на них, в свою очередь, охотились миниатюрные, почти 3-миллиметровые, паукообразные животные. Примитивные бескрылые насекомые, похожие на чешуйниц, поедали останки мертвых растений. В мелкой воде сновали креветки, охотясь за микроорганизмами, которых здесь было в изобилии из-за питательных веществ, содержавшихся в гниющих растительных останках, смываемых в водоемы.

Первый лист папоротника вырастает из хрупкой пластинки – проталлия, состоящего из клеток. Споры папоротника, прорастая, образуют влаголюбивый проталлий, который так легко высыхает, что большинство папоротников могут существовать лишь во влажном климате. Мужские половые клетки (плавающие спермообразные антерозоиды) и женские (яйцеклетки) образуются в колбообразных чашечках (антеридиях и архегониях) на нижней стороне проталлия. Затем оплодотворенная яйцеклетка развивается в новый папоротниковый лист.

Вскоре за всей этой мелочью последовали более грозные хищники – предшественники скорпионов. Вероятно, предками скорпионов были животные вроде эв-риптерид, разбойничавших в морях и озерах еще со времен ордовика. Широкие щитообразные головы и сегментированные тела эвриптерид зачастую сужались к хвосту и заканчивались длинным и узким шипом. Палеонтологи считают, что жили они на морском дне, поэтому v многих из них были и ноги для ходьбы, и веслообразные конечности для плавания. Передние конечности некоторых эвриптерид заканчивались мощными клешнями, которые они держали перед собой подобно скорпионам. Для хищников чрезвычайно важно хорошее зрение, и эвринтериды обладали большими сложными глазами. К началу девона появились эвриптериды внушительных размеров - до 2 м в длину. Очевидно, они принадлежали к числу наиболее крупных морских хищников той эпохи. И уж во всяком случае, эвриптериды – крупнейшие из всех известных нам членистоногих.

Развитие легких. Обширные болота, возникшие на Земле к концу девонского периода, доставляли своим обитателям немало хлопот. Ведь теплая вода содержит меньше кислорода, чем холодная, поэтому там, где в мелкой воде скапливается слишком много водных организмов, им очень скоро перестает хватать кислорода. Большинство примитивных костных рыб заглатывали воздух на поверхности воды. Тонкие кровеносные сосуды, обрамлявшие их горло, поглощали кислород непосредственнее из воздуха. Со временем у первых костных рыб развились легкие, которые могли наполняться воздухом, и появились ноздри, через которые они этот воздух вдыхали. В дальнейшем у большинства групп костных рыб легкие преобразовались в плавательный пузырь, однако для многих обитателей болот они оставались бесценными именно в качестве кислородного резервуара.

Воцарение земноводных. У кистеперых рыб имелась одна пара плавников сразу за головой и еще одна пара перед хвостом. Если вы понаблюдаете, как передвигаются тритон или саламандра, то наверняка заметите, что при ходьбе они изгибаются всем телом из стороны в сторону, в точности как рыбы. Это вовсе не совпадение. Похоже плавали и кистеперые рыбы, используя свои плавники в качестве весел для создания дополнительной «тяги». Точно так же плавают и ныне живущие целаканты. Чтобы придать надежную опору плавникам, у кистеперых рыб со временем выработались специальные костные структуры. Они устроены по тому же принципу, что и кости конечностей современных наземных позвоночных.

Итак, все было готово к появлению земноводных позвоночных животных, одну часть жизни проводящих в воде, а другую – на суше.

Считается, что земноводные произошли от одной из групп хищных кистеперых рыб, называемых рипидистиями. Чтобы перейти от жизни в воде к жизни на суше, земноводные должны были научиться приподнимать свои тела над землей, дабы они могли ходить. Для этого было необходимо, чтобы тазовый пояс, связывающий конечности с позвоночником, прочно с ним скреплялся. Кроме того, череп должен был отделиться от плеч, иначе он сильно сотрясался бы при ходьбе или тем более беге. При водном образе жизни хребет животного служил опорой мышцам, задействованным при плавании, однако при этом все его тело надежно опиралось на воду. На суше этой опоры не было, и вся структура тела должна была серьезно измениться, чтобы оно не оседало на землю между ног.

Костям, которые образовывали каркас мясистых плавников кистеперых рыб, отныне предстояла куда более сложная работа. Новые конечности должны были поворачиваться книзу, то есть им надлежало быть гибко сочлененными в плече. Локтевые и кистевые суставы стали более развитыми, дабы конечности могли наклоняться, отталкиваться и сгибаться – словом, совершать все движения, необходимые при ходьбе. Костная структура кисти сделалась более «разлапистой» и увеличила ее опорную поверхность, что позволило равномернее распределять вес животного на суше.

Первые земноводные, по всей видимости, вели преимущественно водный образ жизни, питаясь рыбой и различными беспозвоночными. Благодаря способности дышать воздухом они, очевидно, прекрасно чувствовали себя в болотах. Однако бурное развитие насекомых открывало для их питания новые заманчивые перспективы, к тому же крупных хищников на суше еще не было. Современным земноводным по-прежнему приходится возвращаться в водную среду, чтобы отложить мягкие икринки, из которых затем вылупятся рыбоподобные головастики – живое свидетельство их «рыбьего» происхождения.

Самое раннее из известных нам четвероногих наземных животных, или тетраподов, от которого сохранились ископаемые останки, – ихтиостега. Плечевой и тазовый пояса ихтиостеги устроены как и у большинства наземных животных, однако у нее были хвост с хвостовым плавником и так называемая боковая линия (линия чувствительных клеток, с помощью которых рыбы улавливают колебания в воде). Значит, ихтиостега все еще много времени проводила в водной среде. Ее ступни, похоже, всей своей поверхностью опирались на землю, однако из-за тяжелых ребер и черепа она передвигалась по суше очень медленно.

Около 3 млрд. лет назад на Земле появились первые водоросли, вырабатывающие питательные вещества при помощи солнечных лучей; в ходе этого процесса, именуемого фотосинтезом, выделялся кислород, попадавший затем в земную атмосферу.

Намного позднее, в конце докембрия, возникли уже многоклеточные морские водоросли, вскоре заполонившие морское дно на прибрежном мелководье. К концу ордовикского периода – а может, и раньше – эти водоросли перебрались в пресные водоемы.

В силурийском периоде растения наконец-то выбрались на сушу. Для этого им понадобилось выработать водонепроницаемый внешний покров – кутикулу, пронизанный крохотными порами, или устьицами. Через них осуществлялся газообмен в ходе фотосинтеза. Для транспортировки воды от корней к побегам у растений развилась система трубочек, или сосудов, а стебель в дальнейшем стал удлиняться. В нем начала вырабатываться древесная ткань, служившая ему дополнительной опорой.

И все же главным, что позволило растениям завоевать сушу, стало появление новых методов размножения. В водной среде размножение – процесс весьма прямолинейный. Мужские половые клетки (сперматозоидь;) попросту подплывают к женским и оплодотворяют их. Первые наземные растения могли размножаться так же, поскольку они произрастали на болотистых берегах у самой кромки воды. Но вскоре даже ранние наземные растения, такие, как куксония, начали выраоатывать на кончиках своих стеблей специальные споры (репродуктивные клетки), которые затем ветер разносил во все стороны.

В течение девонского периода растительный мир становился все сложнее и многообразнее. Появились первые папоротники, плауны и хвощи, и к середине девона многие растения начали понемногу отодвигаться от кромки воды. Тем не менее эти древние растения все еще нуждались в воде для оплодотворения. И только ближе к концу девонского периода на Земле появились первые семеноносные растения – семенные папоротники. Крупные женские споры семенных папоротников оставались на породившем их растении. Крохотные мужские споры ветер приносил к женским спорам. И лишь после этого из них выделялись плавающие сперматозоиды.

После оплодотворения вокруг развивающегося зародыша образовывался защитный тканевый покров, и возникали первые настоящие семена. Саговники размножаются точно таким же способом и по сей день.

Около 240 млн. лет назад появились и первые шишки. В мужских шишках вырабатываются крохотные мужские споры, или пыльцевые зерна. Женские шишки, как правило, крупнее и содержат яйцеклетки. Споры надежно укрыты внутри спиралевидной чешуйчатой структуры шишки. Теперь необходимость в сперматозоидах – и в воде – полностью отпадает: пыльцевое зерно образует пыльцевую трубку, которая прорастает сквозь ткань женской споры и добирается до яйцеклетки. Подобная «конструкция» хвойных растений оказалась весьма удачной: в наше время треть всех лесов на Земле – хвойные.

Каменноугольный период стал временем небывалого расцвета древних лесов из гигантских плаунов, хвощей, хвойных деревьев, саговников и папоротников. Они были идеальной средой обитания для бурно развивающихся насекомых. Следующим важным шагом по пути эволюции стало появление в конце мелового периода покрытосеменных, или цветковых, растений. У некоторых покрытосеменных развились яркоокрашенные лепестки и ароматный нектар, привлекавшие насекомых, которые переносили их пыльцу.

По сравнению с шишкой у цветка были преимущества. Яйцеклетки, а затем и семена, вырабатываются внутри так называемой завязи, где они обеспечиваются как питанием, так и надежной защитой. После оплодотворения стенки завязи разбухают, и она превращается в плод, еще надежнее защищающий оплодотворенную яйцеклетку (ставшую теперь семенем) и зародыш внутри нее. Поскольку завязь после оплодотворения расширяется, семена могут получать большое количество питательных веществ и, как только окажутся в мало-мальски благоприятных условиях, быстро прорастают.

Возникновение плодов и заключенных в них семян совпало по времени с ускоренным развитием птиц и млекопитающих. К тому периоду ранние млекопитающие начали постепенно завоевывать Землю, доставшуюся им в наследство от динозавров. Семена и плоды для них были неисчерпаемым источником пищи. Чтобы птицы и звери активнее поедали плоды, некоторые из них обзавелись яркой окраской, сладким вкусом или привлекательным запахом. Проглоченные семена плодов не переваривались, свободно проходили через кишечник и выбрасывались из организма за много километров от места своего рождения. На стенках иных плодов образовались крючки, цеплявшиеся за шерсть животных или перья птиц, а у некоторых даже выросли своего рода крылышки, позволявшие им парить на ветру.

Каменноугольный период

От 360 до 286 млн. лет назад.

В начале каменноугольного периода (карбона) большая часть земной суши была собрана в два огромных сверхматерика: Лавразию на севере и Гондвану на юге. На протяжении позднего карбона оба сверхматерика неуклонно сближались друг с другом. Это движение вытолкнуло кверху новые горные цепи, образовавшиеся по краям плит земной коры, а кромки материков были буквально затоплены потоками лавы, извергавшейся из недр Земли. Климат заметно охладился, и, пока Гондвана «переплывала» через Южный полюс, планета пережила по меньшей мере две эпохи оледенения.

В раннем карбоне климат на большей части поверхности земной суши был почти тропическим. Громадные площади оказались заняты мелководными прибрежными морями, причем море постоянно заливало низменные береговые равнины, образуя там обширные болота. В этом теплом и влажном климате широко распространились девственные леса из гигантских древовидных папоротников и ранних семенных растений. Они выделяли массу кислорода, и к концу карбона содержание кислорода в атмосфере Земли почти достигло современного уровня.

Некоторые деревья, произраставшие в этих лесах, достигали 45 м в высоту. Растительная масса увеличивалась столь быстро, что беспозвоночные животные, обитавшие в почве, просто не успевали вовремя поедать и разлагать мертвый растительный материал, и в результате его становилось все больше и больше. Во влажном климате каменноугольного периода из этого материала сформировались толстые залежи торфа. В болотах торф быстро уходил под воду и оказывался погребенным под слоем осадков. Со временем эти осадочные слои превращались в угленосные толщи залежи осадочных пород, прослоенные каменным углем, сформировавшимся из окаменевших останков растений в торфе.

В то время растения были не единственными живыми организмами, осваивавшими сушу. Членистоногие также вышли из воды и дали начало новой группе, оказавшейся чрезвычайно жизнеспособной, – насекомым. С момента самого первого выхода насекомых на сцену жизни началось их триумфальное шествие по планете. Сегодня на Земле насчитывается по меньшей мере миллион известных науке видов насекомых, и, по некоторым оценкам, еще около 30 млн. видов ученым предстоит открыть. Воистину наше время можно было бы назвать эпохой насекомых.

Насекомые очень маленькие и могут обитать и прятаться в местах, недоступных для животных и птиц. Тела насекомых устроены так, что они легко осваивают любые способы передвижения – плавание, ползание, бег, прыжки, полет. Их твердый наружный скелет – кутикула (состоящий из особого вещества – хитина) – переходит в ротовую часть, способную пережевывать жесткие листья, высасывать растительные соки, а также пронзать кожу животных или кусать добычу.

Как образуется каменный уголь.
1. Каменноугольные леса росли настолько быстро и буйно, что все мертвые листья, ветви и стволы деревьев, скапливавшиеся на земле, просто не успевали сгнить. В таких «каменноугольных болотах» слои отмерших останков растений образовывали залежи пропитанного водой торфа, который затем спрессовывался и превращался в каменный уголь.
2. Море наступает на сушу, образуя на ней отложения из останков морских организмов и слоев ила, которые впоследствии превращаются в глинистые сланцы.
3. Море отступает, и реки наносят поверх сланцев песок, из которого формируются песчаники.
4. Местность становится более заболоченной, и сверху откладывается ил, пригодный для образования глинистого песчаника.
5. Лес вновь вырастает, образуя новый угольный пласт. Подобное чередование слоев угля, глинистого сланца и песчаника именуется угленосной толщей

Среди пышной растительности лесов карбона преобладали громадные древовидные папоротники высотой до 45м, с листьями длиннее метра. Кроме них, там росли гигантские хвощи, плауны и недавно возникшие семеноносные растения. У деревьев была крайне неглубокая корневая система, зачастую ветвившаяся над поверхностью почвы, и росли они очень близко друг к другу. Вероятно, все вокруг было завалено стволами упавших деревьев и кучами мертвых веток и листьев. В этих непроходимых джунглях растения разрастались настолько быстро, что так называемые аммонификаторы (бактерии и грибы) просто не поспевали вызывать гниение органических останков в лесной почве.

В таком лесу было очень тепло и влажно, а воздух постоянно насыщен водяными парами. Множество заводей и болот представляло собой идеальные нерестилища для бесчисленных насекомых и ранних земноводных. Воздух был наполнен жужжанием и стрекотом насекомых – тараканов, кузнечиков и гигантских стрекоз с размахом крыльев почти в метр, а подлесок кишел чешуйницами, термитами и жуками. Уже появились первые пауки, по лесной подстилке сновали многочисленные многоножки и скорпионы.

Растительный мир этих громадных лесов показался бы нам очень странным. Древние плауновидные растения, родственники современных плаунов, выглядели как настоящие деревья – высотой 45 м. Высоты до 20 м достигали верхушки гигантских хвощей, странных растений с кольцами узких листьев, растущих прямо из толстых членистых стеблей. Были там и папоротники размером с хорошее дерево.

Эти древние папоротники, подобно их ныне здравствующим потомкам, могли существовать только во влажной местности. Размножаются папоротники, вырабатывая сотни крохотных спор в твердой оболочке, которые затем разносятся воздушными потоками. Но прежде чем из этих спор разовьются новые папоротники, должно произойти нечто особое. Сперва из спор вырастают крохотные хрупкие гаметофиты (растения так называемого полового поколения). Они, в свою очередь, производят на свет маленькие чашечки, содержащие мужские и женские половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки). Чтобы подплыть к яйцеклетке и оплодотворить ее, сперматозоиды нуждаются в водяной пленке. И лишь затем из оплодотворенной яйцеклетки может развиться новый папоротник, так называемый спорофит (бесполое поколение жизненного цикла растения).

Семенные растения. Хрупкие гаметофиты могут выжить лишь в очень влажных местах. Однако к концу девонского периода появились семенные папоротники – группа растений, сумевшая преодолеть этот недостаток. Семенные папоротники во многом походили па современные саговники или циатеи и точно так же размножались. Их женские споры оставались на породивших их растениях, и там из них образовывались маленькие колбообразные структуры (архегонии), содержащие яйцеклетки. Вместо плавающих сперматозоидов семенные папоротники вырабатывали пыльцу, разносившуюся воздушными потоками. Эти пыльцевые зерна прорастали в женские споры и выпускали в них мужские половые клетки, которые затем оплодотворяли яйцеклетку. Теперь растения наконец-то могли освоить и более засушливые области материков.

Оплодотворенная яйцеклетка развивалась внутри чашеобразной структуры, так называемой семяпочки, которая затем превращалась в семя. В семени содержались запасы питательных веществ, и зародыш мог быстро прорасти.

У некоторых растений имелись громадные шишки длиной до 70 см, в которых содержались женские споры и формировались семена. Теперь растения могли больше не зависеть от воды, по которой прежде мужские половые клетки (гаметы) должны были добираться до яйцеклеток, и крайне уязвимая гаметофитная стадия была исключена из их жизненного цикла.

Время земноводных. Выпученные глаза и ноздри первых земноводных располагались на самой макушке широкой и плоской головы. Такая «конструкция» оказывалась весьма полезной при плавании по водной поверхности. Некоторые из земноводных, возможно, подкарауливали добычу, наполовину погрузившись в воду – на манер нынешних крокодилов. Возможно, они походили на гигантских саламандр. Это были грозные хищники с твердыми и острыми зубами, которыми они хватали свою жертву. Большое количество их зубов сохранилось в виде окаменелостей.

Эволюция вскоре породила множество разнообразных форм земноводных. Некоторые из них достигали 8 м в длину. Более крупные по-прежнему охотились в воде, а их мелких собратьев (микрозавров) привлекало изобилие насекомых на суше.

Были земноводные с крошечными ногами или вовсе без ног, что-то вроде змей, но без чешуи. Возможно, они всю жизнь проводили, зарывшись в ил. Микрозавры походили скорее на небольших ящериц с короткими зубами, которыми они раскалывали покровы насекомых.

Первые рептилии. К концу каменноугольного периода в необозримых лесах появилась новая группа четвероногих животных. В основном они были невелики и во многом походили на современных ящериц, что неудивительно: ведь это были первые па Земле пресмыкающиеся (рептилии). Их кожа, более влагонепроницаемая, чем у земноводных, давала им возможность всю свою жизнь проводить вне воды. Корма для них имелось предостаточно: черви, многоножки и насекомые пребывали в их полном распоряжении. А спустя сравнительно короткое время появились и более крупные рептилии, которые стали поедать своих меньших сородичей.

Необходимость возвращаться в воду для размножения у рептилий отпала. Вместо того чтобы метать мягкие икринки, из которых вылуплялись плавающие головастики, эти животные начали откладывать яйца в жесткой кожистой оболочке. Вылупившиеся из них детеныши являли собой точные миниатюрные копии своих родителей. Внутри каждого яйца имелся маленький мешочек, наполненный водой, где размещался сам зародыш, еще один мешочек–с желтком, которым он питался, и, наконец, третий мешочек, где накапливались испражнения. Этот амортизирующий слой жидкости предохранял также зародыша от ударов и повреждений. В желтке содержалось много питательных веществ, и к тому времени, когда детеныш вылуплялся, ему уже не требовался водоем (вместо мешочка) для дозревания: он был уже достаточно взрослым, чтобы самому добывать себе пищу в лесу.

Пермский период

От 286 до 248 млн. лет назад.

Весь пермский период сверхматерики Гондвана и Лавразия постепенно приближались друг к другу. Азия столкнулась с Европой, взметнув ввысь Уральский горный хребет. Индия «наехала» на Азию – и возникли Гималаи. А в Северной Америке выросли Аппалачи. К концу пермского периода формирование гигантского сверхматерика Пангеи полностью завершилось.

Очертания морей и материков менялись, существенно изменялся и климат Земли. Начало пермского периода ознаменовалось оледенением на южных материках и, соответственно, понижением уровня моря по всей планете. Однако с продвижением Гондваны к северу суша прогревалась, и льды постепенно растаяли. В то же время на части территории Лавразии стало очень жарко и сухо, и там раскинулись обширные пустыни.

Жизнь в пермских морях. В каменноугольный период на рифах широко распространились криноидеи. Они образовывали причудливые подводные «сады», закованные в прочный панцирь. По-прежнему в морях обитало множество разнообразных плеченогих. У некоторых из них развились раковины с зигзагообразными краями, и обе створки раковин прочнее смыкались друг с другом. Колючие брахиоподы жили в толще ила, а брахиоподы на стебельках рикреплялись к любым твердым объектам и даже к раковинам других животных.

Однако теперь всем им приходилось оспаривать пищу у новых конкурентов – двустворчатых моллюсков, предков современных венгерок и мидий. Многие двустворчатые моллюски освоили новую для себя среду обитания – донные осадки. При помощи своей сильной мускулистой «ноги» они закапывались в ил. Питались двустворчатые моллюски через специальные трубочки, высунутые на поверхность. Некоторые виды научились даже плавать наподобие современных гребешков, резко захлопывая свои раковины и тем самым толкая себя вперед.

В начале перми земноводные господствовали как на суше, так и в пресных водоемах. Один из самых грозных хищников той эпохи, эриопс, имел свыше 2 м в длину. Охотился эриопс на менее крупных земноводных и рептилий, а возможно, и на рыб. Весьма странными хищниками были диплокол и диплоцераспис – сплющенные животные с громадными головами в форме бумеранга и глазами, направленными кверху. По всей видимости, они прятались в слое ила на дне водоемов, дожидаясь, пока добыча проплывет прямо у них над головой. Никто толком не знает, почему головы этих хищников были столь странной формы. Возможно, в драке они именно головой наносили противнику боковые удары. А может, это было своеобразное «подводное крыло», помогавшее животному подниматься вверх во время плавания.

Спиралевидные хищники. В каменноугольный период в морях появились и новые грозные хищники. Это были аммониты, родственники наутилоидей. Большинство из них, вероятно, охотилось над самой поверхностью морского дна, но некоторые отваживались и на вылазки в открытое море. Мощные челюсти аммонитов легко расправлялись с трилобитами и прочими ракообразными. Впоследствии из аммонитов получились очень эффектные окаменелости. Их раковины украшал сложный узор из бороздок и выпуклостей, а внутренние камеры были разделены пластинами, следы от которых сохранились на поверхности ископаемых раковин в виде набора канавок. На протяжении пермского периода узоры на раковинах аммонитов становились все разнообразнее, а канавки все более завитыми и волнистыми.

Оказавшись среди столь опасных хищников, некоторые «мирные» земноводные стали обзаводиться твердым панцирем. Их хребты прикрывали костные пластины, и ученые прозвали их за это «броненосными жабами».

Однако климат становился все суше, и земноводным, с их влажной пористой кожей, приходилось укрываться в немногих влажных оазисах, сохранившихся среди пустынь. Многие из них вымерли. И тогда по земному шару стала стремительно распространяться новая группа животных, лучше приспособленных к засушливой среде обитания, – рептилии.

Первые рептилии были невелики и похожи на ящериц. Питались они в основном членистоногими и червями. Но вскоре появились и крупные рептилии, охотившиеся на более мелких. Со временем как хищники, так и их жертвы обзавелись крупными и мощными челюстями, чтобы сражаться с многочисленными врагами, и крепкими зубами, прочно сидевшими в ячейках (подобно зубам современных млекопитающих и крокодилов). Таким образом, рептилии становились все крупнее и свирепее.

Некоторые рептилии, в том числе мезозавры, вернулись в водную среду. У мезозавров были иглообразные зубы. Когда животное смыкало челюсти, они вставлялись в межзубные промежутки. Такие зубы играли роль сита. Мезозавр набирал полную пасть маленьких беспозвоночных или рыб, сжимал челюсти, выцеживал через зубы воду и проглатывал все, что осталось в пасти.

К концу пермского периода возникла группа более подвижных зверообразных рептилий – так называемые горгонопсы. У ранних рептилий ноги располагались по бокам туловища, как у многих современных ящериц. Поэтому передвигались они только вразвалку, и тела их при ходьбе изгибались из стороны в сторону. А вот у рептилий горгонопсов ноги росли под туловищем. Это позволяло им делать более длинные шаги, а значит, и быстрее бежать. Многие горгонопсы были вооружены громадными клыками, способными пропарывать толстые шкуры панцирных рептилий.

Растительноядные рептилии. Зверообразные рептилии, или синапсиды, появились на Земле ближе к концу каменноугольного периода. Наиболее примитивные из них, пеликозавры, развились во множество различных видов и стали самыми крупными и распространенными рептилиями той эпохи. У большинства пеликозавров имелись большие зубы, и можно сделать вывод, что они охотились на крупную дичь. Некоторые виды перешли на растительный корм. Растения намного медленнее перевариваются, стало быть, желудки растительноядных пеликозавров должны были вмещать по многу пищи и надолго. Значит, сами эти животные должны были увеличиться в размерах. Однако очень скоро и плотоядные рептилии (хищники) стали крупнее.

В поздней перми возникли и другие виды зверообразных рептилий, например, дицинодонты. Одни из этих видов были величиной не больше крысы, а другие размерами не уступали корове. В основном они обитали на суше, однако некоторые перешли к водному образу жизни. Зубы дицинодонтов сидели в ячейках, правда, у большинства сохранилась лишь пара крупных клыков для перекусывания растений. По всей вероятности, дицинодонты имели роговые клювы наподобие черепашьих. У некоторых были бивнеобразные клыки – возможно, ими разрывали почву в поисках съедобных корней.

Великое вымирание. К концу пермского периода на северные массивы суши пришла засуха. Края болот и озер окружало изобилие хвойных растений, древовидных и обычных папоротников, плаунов и некоторых хвощей. Южный сверхматерик был все еще отделен от северного полосой океана, и климат там был не столь сухим. Недавние оледенения погубили множество видов прежней растительности, и их место заняли обширные леса глоссоптерисов. Это семеноносное растение, возможно, было предшественником современных цветковых растений.

Конец перми ознаменовался грандиозными катаклизмами. Сталкивались материки, вздымались новые горные хребты, море то наступало на сушу, то вновь отступало, климат часто и резко менялся. Миллионы животных и растений не смогли приспособиться ко всем этим переменам и исчезли с лица Земли. В ходе этого величайшего в истории планеты вымирания погибло больше половины всех животных семейств. Особенно пострадали виды, обитавшие на мелководье: их полностью вымерло свыше 90 процентов, включая более половины всех видов земноводных и большую часть аммонитов. Древние морщинистые кораллы также исчезли, и им на смену пришли современные рифообразующие кораллы. Ну и, наконец, произошло окончательное вымирание трилобитов.

Пытаясь объяснить столь масштабное вымирание в пермский период, ученые выдвигали множество различных гипотез. Многие виды животных утратили привычную среду обитания из-за поднятия горных хребтов и исчезновения морей, озер и рек. Какие-то виды не смогли пережить резкие изменения климата, вызванные дрейфом материков. Некоторые сошли со сцены из-за конкуренции между видами, намного усилившейся при слиянии материков.

Особенно большие потери понесли животные, обитавшие в пресных водоемах и в Мировом океане. О причинах этого мы можем только догадываться. Чем засушливее становился климат, тем больше воды испарялось из рек и озер, и в итоге они стали более солеными. В наши дни в пермских горных породах обнаружены значительные солевые отложения. Возможно, содержание солей в воде неоднократно менялось, и многие морские животные так и не смогли приспособиться к подобным колебаниям.

Еще один громадный скачок вперед. Ближе к концу пермского периода некоторые группы рептилий стали теплокровными. Это означало, что они могли дольше сохранять активность и им не нужно было долго согреваться по утрам после холодной ночи. Для поддержания необходимой температуры тела, им приходилось быстрее переваривать пищу, дабы извлекать из нее нужное количество тепловой энергии.

У одной из групп теплокровных зверообразных, так называемых цинодонтов, развились различные по назначению зубы, как у современных млекопитающих. Острые долотообразные передние зубы (резцы) служили для захватывания и откусывания пищи. Кинжаловидные клыки могли разрывать добычу на куски, а плоскими коренными зубами со множеством режущих кромок цинодонты жевали и перемалывали пищу.

Черепа цинодонтов изменились: появились сильные челюстные мышцы, необходимые для пережевывания. Ноздри отделяла ото рта специальная пластинообразная структура – нёбо, как у крокодилов. Поэтому цинодонты могли дышать носом, даже когда их пасть была набита едой, что, в свою очередь, позволяло им тщательнее пережевывать пищу. Возможно, по обе стороны морды у них имелись крохотные ямки, из которых росли усы. Ученые полагают, что для поддержания необходимой температуры тела у цинодонтов выработался шерстяной покров. В общем, они были очень похожи на млекопитающих.

Однако в то самое время, когда цинодонты начали распространяться по планете, на авансцену вышла новая, куда более грозная группа рептилий – динозавры. Перед лицом столь страшного врага смогли уцелеть лишь немногие виды маленьких теплокровных цинодонтов. А выжили они потому, что вели активный образ жизни даже на холоде, то есть добывали себе пищу по ночам, когда громадные динозавры были малоподвижны. Большинство цинодонтов вымерло в конце пермского периода, по некоторым удалось дожить до начала триаса. Их потомкам суждено было пережить эпоху динозавров и положить начало новой, высокоорганизованной группе животных – млекопитающим, будущим властителям Земли.

Триасовый период

От 248 до 213 млн. лет назад.

Триасовый период в истории Земли ознаменовал собой начало мезозойской эры, или «эры средней жизни». До него все материки были слиты в единый гигантский сверхматерик Пангею. С наступлением триаса Пангея начала постепенно раскалываться. Климат в те времена был ровным по всему земному шару. Даже у полюсов и на экваторе погодные условия были гораздо более сходными, чем в наши дни. Ближе к концу триаса климат стал суше. Озера и реки начали быстро пересыхать, и во внутренних областях материков образовались обширные пустыни.
Когда в пермский период материки соединились, образовав сверхматерик Пангею, громадные массивы суши наползли друг на друга и поглотили значительную часть побережья Мирового океана. Затем, в триасовый период, климат потеплел, и многие уцелевшие мелководные моря высохли, а оставшаяся вода сделалась очень соленой. Немало прежних форм морской жизни исчезло, и их место заняли новые виды животных.

Расцвет беспозвоночных. В морях появились новые моллюски, такие, как устрицы. Они зарывались в донный песок, пропускали через свои раковины воду и отфильтровывали из нее частицы пищи. Появилось и множество новых брюхоногих моллюсков (улиток и их родственников). С понижением уровня воды в мелких морях их скалистые берега все более обнажались. Здесь находили себе пристанище новые виды моллюсков, например блюдечки и литорины. Встречались и новые разновидности кораллов, креветок и омаров.

В триасе появились также первые «настоящие» морские ежи, похожие на современных. В морях по-прежнему обитали аммониты. В конце триаса они почти все вымерли, а те, кто выжил, «дотянул» до юрского периода, когда наступил их новый расцвет.

От акул до «рыболовных удочек». Дальше от берега в открытом море обитали наиболее высокоорганизованные виды рыб. Акулы и костные рыбы оспаривали друг у друга добычу. Со временем у них развились челюсти, способные разгрызать панцири крабов и раковины моллюсков вроде мидий.

Крупнейшими хищниками триасовых морей были недавно возникшие водные рептилии. Ящерицеобразные нотозавры ловили рыбу при помощи своих острых зубов. Дельфиноподобные ихтиозавры могли догнать любую добычу благодаря своим выдающимся скоростным качествам. Крупные плакодонты, похожие на тритонов, ползали по морскому дну, выискивая раковины, а затем раздавливали их мощными плоскими зуоами. У танистрофея была длинная и тонкая шея, вдвое длиннее его туловища. Это было наземное животное, и, вероятно, оно использовало свою изящную шею в качестве рыболовной удочки. Стоя у кромки воды, танистрофей мог дотянуться до рыб, плававших под водой в изрядном удалении от берега.

Триасовые стада. В начале триасового периода животный мир был одинаков на всей территории земной суши. Различные виды могли беспрепятственно распространяться по всей Пангее, ибо на их пути не возникало больших водных преград. Многие животные, обитавшие на Земле в пермский период, вымерли к началу триаса, возможно, из-за климатических изменений. Но некоторые из зверообразных рептилий все же уцелели, причем иные виды в больших количествах. Громадные стада растительноядных листрозавров нежились в иле по берегам озер и рек. Это были настоящие «бегемоты» триасового мира. Их ископаемые останки нашли в таких удаленных друг от друга местностях, как Китай, Индия, Южная Африка и даже Антарктида. В раннем триасе бок о бок с ними добывали себе корм первые лягушки. Позже к ним присоединились первые сухопутные и водные черепахи, а также крокодилы. Очень скоро водные черепахи и крокодилы вторглись в теплые моря. Там они быстро размножились и распространились по всему Мировому океану.

«Собакозубые» и «правящие» рептилии. На суше все еще встречались цинодонты («сооакозубые») – быстроногие хищные рептилии, нападавшие на стада медлительных растительноядных животных. Однако появилась и новая группа рептилий – ее называют архозавры, то есть «правящие рептилии». Первые архозавры были маленькими зверьками, которые охотились за мелкой дичью по берегам озер и рек. Впоследствии из них развились куда более крупные животные.

В середине триаса возникла еще одна группа рептилий, родственная архозаврам. Это были растительноядные ринхозавры, то есть «клюворылые рептилии». Морда у них оканчивалась довольно странным клювом, которым они, захватывая пищу, пользовались как щипцами. Их челюсти и зубы были отлично приспособлены для того, чтобы резать и рубить твердые растения. Когда пасть ринхозавра закрывалась, нижняя челюсть точно входила в желобок верхней челюсти, как у перочинного ножа, когда его складывают и лезвие вставляется в рукоятку.

Ближе к концу триасового периода многие наземные животные, появившиеся в его начале, вымерли. Их место заняли новые рептилии, развившиеся на протяжении триаса. Примерно 225 млн. лет назад возникла группа рептилий, которых назвали текодонтами («ячеистозубыми»). Поначалу это были неуклюжие приземистые животные, немного похожие на крокодилов. Они вели водный образ жизни и плавали при помощи мощного хвоста, загребая при этом задними ногами, которые были намного больше передних. Когда ранние текодонты вышли из воды на сушу, их сильные задние ноги быстро приспособились к ходьбе по твердой земле.

Вскоре текодонты стали великолепными ходоками и бегунами. Большую часть времени они передвигались по суше на четырех ногах. Однако у них была способность превращаться в истинных спринтеров. Для этого текодонты принимали своего рода «стартовую позу»: отклонялись назад, опираясь на свои сверхразвитые задние конечности, и устремлялись вперед на двух ногах, балансируя на бегу длинным хвостом. За последующие 20 млн. лет текодонты развились в первых на Земле динозавров.

Еще два важнейших «прорыва». В конце триасового периода в эволюции жизни на Земле произошло еще два важных события. Одно из них случилось на суше и ознаменовалось появлением первых млекопитающих. Второе произошло в воздухе и было связано с пришествием птерозавров («крылатых рептилий»).

Пионеры воздухоплавания. Некоторые позвоночные животные уже пытались подняться в воздух. Одним из «первопроходцев» была небольшая ящерица, жившая в пермский период и названная учеными вешельтизавр. Однако у нее не было настоящих крыльев. Она планировала с дерева на дерево на своего рода перепончатом крыле, натянутом между невероятно длинными ребрами. Птерозавры усовершенствовали эту конструкцию и стали первыми позвоночными, которые освоили полноценный полет, будучи сами тяжелее воздуха. У них развилась совершенно иная структура крыла, позволявшая им летать гораздо лучше всех своих предшественников.

Удивительные аммониты. Аммониты, впервые появившиеся на Земле в девонский период, наиболее изученные и часто встречающиеся ископаемые морские животные. Они принадлежат к группе головоногих моллюсков и, стало быть, являются предшественниками современных осьминогов и кальмаров. Своего наивысшего расцвета, если иметь в виду их численность и разнообразие, аммониты достигли в пермский период. Затем 245 млн. лет назад, в конце этого периода, они почти полностью исчезли при массовом вымирании. Но разделаться с аммонитами оказалось не так-то просто. Некоторые из них сумели дожить до триасового периода и благодаря своим склонностям к дальним странствиям по океану, вскоре вновь распространились по всему миру.

К середине мезозоя они достигли нового пика эволюционного процветания. Аммониты столь часто встречались в мезозойских морях, а их окаменелости в таком изобилии попадаются в горных породах той эпохи, что они сыграли весьма важную роль в разработке системы идентификации (отождествления) всех морских отложений мезозойской эры. И все же подобное процветание не могло быть вечным, и в конце мелового периода все аммониты внезапно исчезли с лица Земли – вместе со множеством других морских животных, включая белемнитов, плиозавров, ихтиозавров и плезиозавров.

От прямых раковин к закрученным. У первых головоногих моллюсков, так называемых наутилоидей, были длинные раковины конической формы. Внутри раковин находились газовые камеры, разделенные перегородками. Наутилоидеи выработали весьма примитивный способ втягивания и выталкивания воды, причем выбрасываемую струю они использовали для создания своего рода реактивной тяги. За миллионы лет, прошедшие с тех пор, головоногие, включая аммонитов, усовершенствовали этот метод и сделали его своим главным способом передвижения. На протяжении всей палеозойской эры (570–225 млн. лет назад) наутилоидеи были наиболее распространенными морскими хищниками. Потом появились новые, оолее высокоорганизованные головоногие, в том числе аммониты, у которых развилась раковина совсем иной формы – завитая, плоская и зачастую с довольно сложным рельефным узором.

Перегородки и швы. Как и у современных наутилусов, раковина аммонита была разбита на ряд внутренних камер. Каждая из них отделялась от соседней перегородкой. Само животное помещалось в самой последней из новообразованных камер. Места, в которых перегородки присоединялись к раковине, часто хорошо видны на ископаемых останках аммонитов. Их называют шовными линиями. Такие линии образуют на раковинах аммонитов, живших в юрский и меловой периоды, довольно сложные узоры. Ученые используют эти узоры для классификации огромного количества ископаемых аммонитов, обнаруженных за годы исследований.

Балласт и плавучесть. Раковина аммонита служила как бы балластным (стабилизирующим) механизмом, подобно тому как нынешние наутилусы используют собственные многокамерные раковины. Животное заполняло свободные камеры водой и вновь их опорожняло при помощи особого органа – его называют сифоном. Закачивая и выкачивая воду, аммонит регулировал плавучесть собственного тела, как это делают подводные лодки. Когда животное хотело поглубже погрузиться, оно наполняло свои «балластные отсеки» водой. Когда же оно желало всплыть на поверхность или просто подняться выше, – опорожняло их.

Исчезновение аммонитов. Невероятное изобилие ископаемых останков аммонитов оказалось несколько обманчивым, заставив ученых в свое время сделать не совсем верные выводы об их распространении в прошлые эпохи. До самого последнего времени специалисты полагали, что аммониты населяли все первобытные моря без исключения. Однако затем было установлено, что отнюдь не все их разновидности обитали по всему земному шару. У разных видов были различные ареалы, что, по всей вероятности, было связано с рядом физических факторов, например с температурой воды или с процентным содержанием в пей соли (соленостью). Смещение материков в конце мелового периода привело к грандиозным климатическим изменениям и общей трансформации (преобразованию) природной среды, затронувшей и Мировой океан. Вероятно, аммониты на сей раз не сумели приноровиться к новым условиям жизни и полностью вымерли.

Юрский период

От 213 до 144 млн. лет назад.

К началу юрского периода гигантский сверхматерик Пангея находился в процессе активного распада. К югу от экватора все еще существовал единый обширный материк, который снова назвали Гондваной. В дальнейшем он также раскололся на части, образовавшие сегодняшние Австралию, Индию, Африку и Южную Америку. Наземные животные северного полушария уже не могли свободно перемещаться с одного материка на другой, однако они по-прежнему беспрепятственно распространялись по всему южному сверхматерику.

Вначале юрского периода климат на всей Земле был теплым и сухим. Затем, когда обильные дожди начали пропитывать влагой древние триасовые пустыни, мир вновь стал более зеленым, с более пышной растительностью. В юрском ландшафте густо росли хвощи и плауны, которые уцелели с триасового периода. Сохранились и пальмовидные беннеттиты. Кроме того, вокруг было множество грибов. Обширные леса из семенных, обычных и древовидных папоротников, а также папоротникообразных саговников распространились от водоемов в глубь суши. По-прежнему были распространены хвойные леса. Кроме гинкго и араукарий, в них произрастали предки современных кипарисов, сосен и мамонтовых деревьев.

Жизнь в морях. Когда Пангея начала раскалываться, возникли новые моря и проливы, в которых нашли прибежище новые типы животных и водорослей. Постепенно на морском дне накапливались свежие осадочные отложения. В них обосновалось множество беспозвоночных, таких, как губки и мшанки (морские циновки). В теплых и мелких морях происходили и другие важные события. Там образовались гигантские коралловые рифы, приютившие многочисленных аммонитов и новые разновидности белемнитов (давних родичей нынешних осьминогов и кальмаров).

Па суше, в озерах и реках обитало множество разных видов крокодилов, широко расселившихся по земному шару. Существовали и морские крокодилы с длинными рылами и острыми зубами для ловли рыбы. Некоторые их разновидности даже отрастили ласты вместо ног, чтобы удобнее было плавать. Хвостовые плавники позволяли им развивать в воде большую скорость, чем на суше. Появились и новые виды морских черепах. Эволюция также породила множество видов плезиозавров и ихтиозавров, соперничавших с новыми, быстроходными акулами и чрезвычайно подвижными костными рыбами.

Белемниты, живые снаряды. Белемниты были близкими родственниками современных каракатиц и кальмаров. Они имели внутренний скелет сигарообразной формы. Его основная часть, состоявшая из известкового вещества, называется ростром. В переднем конце ростра находилась полость с хрупкой многокамерной раковиной, помогавшей животному держаться на плаву. Весь этот скелет размещался внутри мягкого тела животного и служил твердым каркасом, к которому крепились его мышцы.

Твердый ростр лучше всех прочих частей тела белемнита сохраняется в ископаемом виде, и обычно именно он попадает в руки ученых. Но иногда находят и безростровые окаменелости. Первые подобные находки в начале XIX в. поставили в тупик многих специалистов. Они догадывались, что имеют дело с останками белемнитов, но без сопутствующего ростра эти останки выглядели довольно-таки странно. Разгадка этой тайны оказалась на редкость простой, лишь только было собрано больше данных о способе питания ихтиозавров – главных врагов белемнитов. По всей видимости, безростровые окаменелости образовывались, когда ихтиозавр, заглотав целый косяк белемнитов, изрыгал мягкие части одного из животных, в то время как его твердый внутренний скелет оставался в желудке хищника

Белемниты, подобно современным осьминогам и кальмарам, вырабатывали чернильную жидкость и использовали се для создания «дымовой завесы», когда пытались спастись от хищников. Ученые обнаружили и окаменевшие чернильные мешки белемнитов (органы, в которых хранился запас чернильной жидкости). Одному из ученых викторианской эпохи, Уильяму Бакланду, удалось даже извлечь из ископаемых чернильных мешков немного чернил, которые он использовал при иллюстрировании своей книги «Бриджуотерский трактат».

Рожденные для скорости. Первые ихтиозавры появились еще в триасе. Эти рептилии идеально приспособились к жизни в неглубоких морях юрского периода. Они обладали обтекаемым туловищем, плавниками разной величины и длинными узкими челюстями. Крупнейшие из них достигали в длину примерно 8 м, однако многие виды по размеру не превышали человека. Это были великолепные пловцы, питавшиеся главным образом рыбой, кальмарами и наутилоидеями. Хотя ихтиозавры относились к рептилиям, по их ископаемым останкам можно предположить, что они были живородящими, то есть производили на свет готовое потомство, как млекопитающие. Возможно, детеныши ихтиозавров рождались в открытом море, подобно китам.

Другая группа хищных рептилий, также широко распространенная в юрских морях, – плезиозавры. Их длинношеие разновидности обитали у поверхности моря. Здесь они охотились за косяками нсоольших рыб при помощи своих гибких шей. Короткошеие виды, так называемые плиозавры, предпочитали жизнь па больших глубинах. Они питались аммонитами и прочими моллюсками. Некоторые крупные плиозавры, по всей видимости, охотились также па менее крупных плезиозавров и ихтиозавров.

Ихтиозавры выглядели как точные копии дельфинов, за исключением формы хвоста и лишней пары плавников. Долгое время ученые считали, что у всех ископаемых ихтиозавров, попадавшихся им в руки, был поврежден хвост. В конце концов, они догадались, что позвоночник этих животных имел изогнутую форму и на его конце располагался вертикальный хвостовой плавник (в отличие от горизонтальных плавников дельфинов и китов).

Жизнь в юрском воздухе. В юрском периоде резко ускорилась эволюция насекомых, и в результате юрский ландшафт со временем наполнился нескончаемым жужжанием и потрескиванием, которые издавало множество новых видов насекомых, ползающих и летающих повсюду. Среди них были предшественники современных муравьев, пчел, уховерток, мух и ос. Позднее, в меловом периоде, произошел новый эволюционный взрыв, когда насекомые начали «налаживать контакты» с только что появившимися цветковыми растениями.

До этого времени настоящие летающие животные встречались лишь среди насекомых, хотя попытки освоить воздушную среду наблюдались и у других существ, научившихся планировать. Теперь же в воздух поднялись целые полчища птерозавров. Это были первые и самые крупные летающие позвоночные животные. Хотя первые птерозавры появились еще в конце триаса, их подлинный «взлет» пришелся именно на юрский период. Легкие скелеты птерозавров состояли из полых костей. У первых птерозавров имелись хвосты и зубы, однако у более высокоразвитых особей эти органы исчезли, что позволило значительно уменьшить собственный вес. У некоторых ископаемых птерозавров угадывается волосяной покров. На основании этого можно предположить, что они были теплокровными.

Ученые до сих пор расходятся во мнениях относительно образа жизни птерозавров. К примеру, первоначально считалось, что птерозавры были своего рода «живыми планерами», парившими, подобно грифам, над землей в потоках поднимающегося горячего воздуха. Возможно, они даже скользили над поверхностью океана, влекомые морскими ветрами, как современные альбатросы. Однако теперь некоторые специалисты полагают, что птерозавры могли хлопать крыльями, то есть активно летать, подобно птицам. Возможно, одни из них даже ходили по-птичьи, а другие волочили свои тела по земле или спали в местах гнездовий сородичей, повиснув вниз головой, наподобие летучих мышей.

Как птицы научились летать. Существуют две основные теории, пытающиеся объяснить, как птицы научились летать. Одна из них утверждает, что первые полеты происходили снизу вверх. Согласно этой теории, все началось с того, что двуногие животные, предшественники птиц, разбегались и подпрыгивали высоко в воздух. Возможно, так они пытались спастись от хищников, а может, ловили насекомых. Постепенно оперенная площадь «крыльев» становилась больше, прыжки, в свою очередь, удлинялись. Птица дольше не касалась земли и оставалась в воздухе. Прибавьте к этому махательные движения крыльями – и вам станет ясно, как спустя длительное время эти «пионеры воздухоплавания» научились подолгу пребывать в полете, а их крылья мало-помалу приобрели свойства, позволявшие им поддерживать тело в воздухе.

Однако существует и другая теория, противоположная, согласно которой первые полеты происходили сверху вниз, с деревьев на землю. Потенциальным «летунам» нужно было сначала забраться на значительную высоту, а уже потом броситься в воздух. В этом случае первым шагом на пути к полетам должно было стать планирование, поскольку при этом типе передвижения энергозатраты крайне незначительны – уж во всяком случае, гораздо меньшие, чем при «бегательно-прыгательной» теории. Животному не нужно прилагать дополнительных усилий, ибо при планировании его влечет вниз сила земного тяготения.

Ступенчатый полет. Один ученый предложил чрезвычайно любопытную теорию. Она описывает ряд стадий, через которые должны были пройти «пионеры воздухоплавания» в ходе эволюционного процесса, превратившего их в конечном итоге в летающих животных. Согласно данной теории, когда-то одна из групп мелких рептилий, именуемых протоптицами, перешла к древесному образу жизни. Возможно, рептилии забрались на деревья потому, что там было безопаснее, или проще добывать еду, или удобнее прятаться, спать, обустраивать гнезда. На верхушках деревьев было прохладнее, чем на земле, и у этих рептилий для лучшей теплоизоляции развились теплокровность и перьевой покров. Любые лишние длинные перья на конечностях были кстати – ведь они обеспечивали дополнительную теплоизоляцию и увеличивали площадь поверхности крылообразных «рук».

В свою очередь, мягкие, покрытые перьями передние конечности смягчали удар о землю, когда животное теряло равновесие и падало с высокого дерева. Они замедляли падение (выполняя роль парашюта), а также обеспечивали более или менее мягкую посадку, служа естественным амортизатором. Со временем эти животные стали использовать оперенные конечности в качестве протокрыльев. Дальнейший переход от парашютной стадии к планирующей должен был стать вполне закономерным эволюционным шагом, после чего настала очередь последней, полетной, стадии, которой почти наверняка достиг археоптерикс.

«Ранняя» птица. Первые птицы появились на Земле ближе к концу юрского периода. Самая древняя из них, археоптерикс, больше походила на маленького пернатого динозавра, чем на птицу. У нее имелись зубы и длинный костный хвост, украшенный двумя рядами перьев. На каждом ее крыле торчало по три когтистых пальца. Одни ученые полагают, что археоптерикс пользовался своими когтистыми крыльями для лазания по деревьям, откуда он периодически слетал обратно на землю. Другие считают, что он отрывался от земли, используя порывы ветра. В процессе эволюции скелеты птиц становились все легче, а зубастые челюсти заменялись беззубым клювом. У них развилась» широкая грудина, к которой крепились мощные мышцы, необходимые для полета. Все эти изменения позволили усовершенствовать строение тела птицы, придав ему оптимальную для полета структуру.

Век динозавров. Самые первые динозавры появились более 200 млн лет назад. За 140 млн. лет своего существования они эволюционировали во множество самых разнообразных видов. Динозавры распространились по всем материкам и приспособились к жизни в самых различных средах обитания, хотя ни один из них не жил в норах, не лазил по деревьям, не летал и не плавал. Одни динозавры были не крупнее белки. Другие весили больше пятнадцати взрослых слонов, вместе взятых. Одни тяжело переваливались на четырех ногах. Другие бегали на двух ногах быстрее, чем олимпийские чемпионы в спринте.

65 млн. лет назад все динозавры внезапно вымерли. Однако перед тем, как исчезнуть с лица нашей планеты, они оставили нам в горных породах подробный «отчет» о своей жизни и своем времени.

Самой распространенной группой динозавров в юрском периоде были прозауроподы. Некоторые из них развились в самых крупных наземных животных всех времен – зауроподов («ящероногих»). Это были «жирафы» мира динозавров. Вероятно, они проводили все свое время, поедая листья с верхушек деревьев. Чтобы обеспечить жизненной энергией такое громадное тело, требовалось невероятное количество пищи. Их желудки представляли собой вместительные пищеварительные емкости, непрерывно перерабатывавшие горы растительного корма.

Позднее появилось множество разновидностей небольших быстроногих динозавров – так называемых гадрозавров. Это были «газели» мира динозавров. Они щипали низкорослую растительность своими роговыми клювами, а затем пережевывали ее крепкими коренными зубами.

Самым большим семейством крупных плотоядных динозавров были мегалозавриды, или «огромные ящерицы». Мегалозаврид был чудовищем в тонну весом, с громадными острыми зубами, похожими на зубья пилы, которыми он разрывал плоть своих жертв. Судя по некоторым окаменевшим следам, пальцы его ног были обращены внутрь. Возможно, он передвигался вразвалку, подобно гигантской утке, раскачивая хвост из стороны в сторону. Мегалозавриды заселили все районы земного шара. Их ископаемые останки обнаружены в таких удаленных друг от друга местах, как Северная Америка, Испания и Мадагаскар.

Ранними видами этого семейства были, по всей видимости, относительно небольшие животные хрупкого телосложения. А более поздние мегалозавриды стали поистине двуногими чудовищами. Их задние ноги оканчивались тремя пальцами, вооруженными мощными когтями. Мускулистые передние конечности помогали при охоте на крупных растительноядных динозавров. Острые когти, несомненно, оставляли ужасные рваные раны в боку захваченной врасплох жертвы. Могучая мускулистая шея хищника позволяла ему со страшной силой вонзать кинжаловидные клыки глубоко в тело добычи и вырывать из нее громадные куски еще теплого мяса.

 

Окончание:   История развития жизни. Часть 2

 
Люди ничему не верят так твердо, как тому, о чем они меньше всего знают.
Монтель
Три закона эволюции: «Смысл посланца — в послании»; «Виды возникают из блуждания ошибки»; «Созидаемое менее совершенно, чем созидатель».
Станислав Лем