 |
Нил Шубин
«Внутренняя рыба.
История человеческого тела с
древнейших времен до наших дней»
(Neil Shubin. Your Inner Fish:
A Journey into the 3,5-Billion-Year
History of the Human Body)
|
Почему мы выглядим так, как выглядим? Что общего между человеческими руками и, допустим, крылышками бабочки? И как связаны между собой волосы, молочные железы и сложное устройство нашего уха? Эти вопросы только кажутся праздными — на деле ответы на них позволят нам лучше понять строение человеческого организма, а значит, найти причину его слабостей и болезней.
Нил Шубин, профессор анатомии, известный палеонтолог и один из первооткрывателей легендарного тиктаалика (промежуточного звена между рыбами и наземными животными), предлагает читателю совершить увлекательное путешествие к истокам эволюции и посмотреть, как на протяжении трех с половиной миллиардов лет формировалось и совершенствовалось наше тело.
(Отрывок из книги)
Глава 4
Глава 4
Повсюду зубы
Изучение зубов не занимает много времени на занятиях по анатомии — мы тратим на них всего минут пять. В пантеоне наших любимых органов — каждый из вас может составить для себя такой список — зубы редко попадают в первую пятерку. Но в наших небольших зубах осталось очень много того, что связывает нас с другими живыми существами, и разобраться в наших телах, не разобравшись в зубах, совершенно невозможно. Для меня зубы особенно важны еще и тем, что именно поиски ископаемых зубов были моим первым опытом охоты на ископаемых и руководства палеонтологической экспедицией.
Функция зубов состоит в том, чтобы превращать крупные организмы в маленькие кусочки. Закрепленные на подвижных челюстях зубы рубят, колют, режут и перемалывают. Размер рта ограничен, а зубы позволяют живым существам питаться другими, которые целиком им в рот не поместились бы. Это особенно относится к животным, не имеющим рук или когтей, которые позволили бы разрывать или разрезать пищу, прежде чем она попадет в рот. Конечно, обычно крупные рыбы едят мелких, а не наоборот. Но зубы могут уравнивать тех и других в правах: небольшая рыба может питаться более крупными, если у нее хорошо развиты зубы. Небольшие рыбки могут нападать на крупных и, пользуясь зубами, отрывать от них целые куски.
Мы можем многое узнать о животном, посмотрев на его зубы. Всевозможные бугорки, ямки и ребрышки, а также форма и размер зубов во многом отражают наш рацион питания. Плотоядные животные, например кошки, обладают острыми коренными зубами, которые позволяют им резать мясо, в то время как у растительноядных полон рот уплощенных зубов, которые дают им возможность перемалывать стебли, листья или плоды растений. Анатомы с давних пор использовали зубы как ценный источник информации. Французский анатом Жорж Кювье, как известно, хвалился тем, что может восстановить весь скелет животного по единственному зубу. Это некоторое преувеличение, но суть передана верно: по зубам можно многое сказать об образе жизни животного.
Человеческий рот выдает в нас всеядных существ, потому что у нас много разных зубов. Наши передние зубы — резцы — и идущие за ними клыки похожи на лезвия, предназначенные для разрезания пищи. Задние зубы — коренные — имеют уплощенную поверхность с буграми и ямками, что позволяет нам измельчать с их помощью животную и растительную пищу. Предкоренные, расположенные перед ними, промежуточны по функциям между резцами и коренными.
Самое примечательное свойство нашего рта состоит в том, как прекрасно в нем все подогнано. Откройте и закройте рот, и ваши зубы разойдутся и вновь сойдутся в том же положении, так что бугорки и ямки зубов верхней и нижней челюсти полностью совпадут друг с другом. Благодаря тому, что они так хорошо совпадают, мы можем измельчать пищу с максимальной эффективностью. Ну а любые несовпадения наших верхних и нижних зубов могут приводить к их повреждениям — и к обогащению стоматологов.
Палеонтологи находят, что зубы необычайно информативны. Это самые твердые детали нашего тела в связи с тем, что в зубной эмали содержится большое количество минерала гидроксиапатита — даже больше, чем в костях. Благодаря своей твердости зубы часто сохраняются лучше всех остальных частей тела ископаемых животных, которых мы находим в отложениях многих древних эпох. И с этим нам очень повезло, потому что зубы дают нам ключ к рациону ископаемых. Ископаемые остатки позволяют многое узнать о том, как возникли различные способы питания. Это в особенности касается истории млекопитающих. Хотя и у многих рептилий были зубы, похожие на зубы млекопитающих, у млекопитающих они все же особенные. Раздел курса палеонтологии, посвященный млекопитающим, во многом напоминает пособие по стоматологии.
Современные рептилии — крокодилы, ящерицы, змеи — лишены многого из того, что делает зубы млекопитающих уникальными. Например, все зубы крокодила имеют похожую коническую форму, и единственная разница между ними состоит в том, что одни побольше, а другие поменьше. У рептилий также нет настоящего прикуса, то есть совпадения верхних зубов с нижними, которое свойственно людям и другим млекопитающим. Кроме того, в то время как у нас, млекопитающих, зубы сменяются только один раз, у рептилий зубы обычно выпадают и вновь отрастают в течение всей жизни, по мере того как старые зубы изнашиваются или ломаются.
Одно из наших фундаментальных свойств — характерный для нас, млекопитающих, прикус — встречается в ископаемых остатках по всему свету начиная с времени от 225 до 195 миллионов лет назад. В более древних породах можно найти немало рептилий, внешне похожих на собак. Они ходили и бегали на четырех ногах, обладали крупным черепом, и у многих из них были острые зубы. Но этим их сходство с собаками и ограничивается. В отличие от собак у этих рептилий челюсти были составлены из множества костей, а зубы верхней и нижней челюсти не были хорошо подогнаны друг к другу. Кроме того, смена зубов у них происходила по обычному для рептилий типу: новые зубы вырастали тут и там на смену старым на протяжении всей жизни.
Посмотрим в менее глубокие слои и увидим совсем другую картину — там появляются млекопитающие. Кости, входящие в состав челюстей, уменьшаются и смещаются в сторону уха. Верхние и нижние зубы впервые оказываются хорошо подогнаны друг к другу. Форма челюстей тоже меняется: то, что у рептилий выглядело как простая палка, теперь становится больше похоже на бумеранг. Тогда же зубы впервые стали сменяться лишь один раз в жизни, как у нас. Мы можем проследить все эти изменения по ископаемым, особенно из некоторых местонахождений в Европе, Южной Африке и Китае. В породах возрастом около 200 миллионов лет попадаются ископаемые остатки животных, напоминающих грызунов, таких как морганукодон (Morganucodon) и эозостодон (Eozostodon). Внешне они уже очень похожи на современных млекопитающих. Размером эти животные были не больше мыши, но у них внутри заключалась немалая и важная часть нас, людей. Рисунок не позволяет передать, какие это были замечательные создания. Когда я впервые увидел этих ископаемых, я пришел в полный восторг.
Поступив в магистратуру, я собирался изучать древних млекопитающих. Я выбрал Гарвардский университет, потому что работавший там Фэриш Дженкинс-младший, уже знакомый нам по первой главе, руководил экспедициями на запад Соединенных Штатов, где, в частности, искал ископаемые свидетельства того, как млекопитающие выработали свои исключительные жевательные способности. Это было очень серьезное исследование. Фэриш и его группа занималась поиском новых местонахождений, а не дальнейшим обследованием уже известных. Фэришу удалось собрать группу очень способных охотников за ископаемыми, в которую входили штатные сотрудники Гарвардского музея сравнительной зоологии и несколько внештатных работников. Главными в этой группе были Билл Эмарал, Чак Шафф и покойный Уилл Даунс. Эти люди и привели меня в мир палеонтологии.
Фэриш и его группа изучали геологические карты и аэрофотоснимки в поисках многообещающих мест для поиска ископаемых остатков древних млекопитающих. Затем, каждое лето, они садились на грузовики и отправлялись в пустыни штатов Вайоминг, Аризона и Юта. К 1983 году, когда к ним впервые присоединился я, они уже открыли немало ценных ископаемых млекопитающих и богатых ископаемыми местонахождений. Меня особенно поразили их предсказательные способности: основываясь лишь на чтении научных статей и книг, Фэриш и его коллеги успешно определяли, где стоит, а где не нужно искать древних млекопитающих.
Боевым крещением в палеонтологи для меня стали блуждания по аризонской пустыне вместе с Чаком и Биллом. Вначале мне казалось, что мы ищем наугад. Я-то ожидал чего-то вроде военного похода, в ходе которого мы бы организованно и скоординированно проводили рекогносцировку на местности. То, что я увидел, было совершенной противоположностью. Группа выгружалась на каком-нибудь участке с обнаженной горной породой, и все разбредались в разные стороны в поисках лежащих на поверхности фрагментов ископаемых костей. В первые несколько недель экспедиции я занимался поисками сам по себе, последовательно осматривая поверхность каждого попадавшегося мне камня на предмет обломков ископаемых костей. Вечером каждого дня мы возвращались в лагерь и показывали друг другу, что интересного нам удалось насобирать. Чак приносил несколько сумок, полных ископаемых костей. В дополнение к ним Билл обычно доставал какой-нибудь маленький череп или другую ценную находку. А у меня не было ничего, и моя пустая сумка служила печальным напоминанием о том, сколь многому мне еще предстояло научиться.
После нескольких недель такой работы я решил, что мне стоит ходить вместе с Чаком. Именно он приносил каждый день самые полные сумки, и я подумал, что мне стоит поучиться у такого профессионала. Чак был только рад, что я к нему присоединился, и, пока мы ходили, долго рассказывал мне о своей многолетней работе палеонтолога. Чак — настоящий техасец, но с бруклинским оттенком: ковбойские сапоги и западные ценности Дикого Запада в сочетании с нью-йоркским акцентом. Пока он в избытке кормил меня рассказами о своих прошлых экспедициях, я продолжал убеждаться в том, как мало я знаю и умею. Чак не осматривал каждый камень, а когда он выбирал объект, я совершенно не мог понять, почему он выбрал именно этот. А еще бывало, и это было особенно обидно, что Чак и я смотрели на один и тот же участок земли. Я не видел ничего, кроме каменной пустыни. А Чак видел ископаемые зубы, челюсти и даже обломки черепов.
При взгляде с высоты птичьего полета можно было разглядеть двух человек, идущих по равнине, которая казалась безграничной и по которой на многие мили простирались гряды холмов и плато из песчаника. Но мы с Чаком не смотрели на них — нас интересовали только обломки камней и осыпи у их подножья. Мы занимались поиском небольших ископаемых, размером с ладонь, не больше, поэтому обращали внимание лишь на тот маленький мир, где их можно найти. Этот мир, в который мы вглядывались, казался особенно миниатюрным по контрасту с безграничным простором пустыни, окружавшей нас. У меня было такое чувство, будто на всей планете, кроме нас двоих, нет ни одного человека и что вся моя жизнь состоит из рассматривания каменных обломков.
Чак проявлял чудеса терпения, пока я боґльшую часть дня донимал его разными вопросами. Мне хотелось, чтобы он дал мне подробные инструкции, как нужно искать ископаемых. И он снова и снова говорил мне, что нужно искать «что-то, что не похоже», что отличается от камня по структуре, что блестит как зуб, что похоже не на кусок песчаника, а на косточку. На словах это было просто, но мне не удавалось уловить сути того, что он мне объяснял. Как я ни пытался, я по-прежнему возвращался в лагерь с пустыми руками. И еще обиднее было то, что Чак, который смотрел на те же самые камни, возвращался, как обычно, с набитыми сумками.
Наконец в один прекрасный день я впервые увидел зуб, блестевший в лучах пустынного солнца. Он едва выступал из обломка песчаника, но я видел его ясно как день. У его эмали был особый оттенок, какого не могло быть у камня, и он был не похож на все, что я видел до этого. На самом деле это, конечно, не совсем так, потому что я каждый день смотрел на такие вещи. Но разница была в том, что на этот раз я сам его заметил и сам почувствовал разницу между камнем и костью. Зуб блестел на солнце и этим привлек мое внимание, и тогда я увидел на нем бугорки. Весь этот зуб, извлеченный из камня, был размером чуть больше горошины без учета корней, выступавших из его основания. Но для меня он был величественнее самого большого динозавра, скелет которого можно увидеть в музее.
Пустыня для меня вдруг наполнилась костями. Там, где раньше я видел одни лишь камни, теперь я повсюду замечал обломки ископаемых, как будто я надел какие-то особые очки, а каждый обломок кости был специально для меня подсвечен. Вслед за зубом я нашел небольшие кусочки других костей, а затем еще зубы. Передо мной была ископаемая челюсть, освобожденная эрозией из хранившего ее камня и распавшаяся на части. После этого случая я тоже стал возвращаться в лагерь не с пустой сумкой.
Теперь, когда я сам научился находить кости, то, что казалось мне произвольными блужданиями нашей группы, стало приобретать в моих глазах отчетливый порядок. На самом деле никто не разбредался по пустыне куда глаза глядят, все пользовались вполне определенными, хотя и не сформулированными правилами. Правило первое: иди в направлении самых многообещающих обнажений породы, используя для их поиска любые внешние признаки и поисковые образы, усвоенные в ходе предшествующего опыта. Правило второе: не иди вслед за кемто, двигайся по своему маршруту (Чак благосклонно разрешал мне нарушать это правило). Правило третье: если ты напал на золотую жилу, а на ней уже кто-то работает, найди другую или исследуй не такую золотую. Кто первый нашел, тому и карты в руки.
Со временем я узнал признаки, по которым можно искать ископаемые кости другого типа: челюстные, длинные трубчатые, обломки черепов. Однажды обнаружив их самостоятельно, вы уже никогда не разучитесь их искать. Точно так же, как настоящие рыбаки видят рыбу глубоко под водой, охотники за ископаемыми пользуются целым набором поисковых образов, благодаря которым ископаемые как будто выпрыгивают из камней им навстречу. Я постепенно приобретал свой собственный набор зрительных впечатлений, как выглядят при разном освещении ископаемые кости, заключенные в разных породах. Поиск ископаемых утром сильно отличается от поиска их днем, потому что свет и тени по-разному играют на поверхности земли.
Сегодня, двадцать лет спустя, я уже знаю, что всякий раз, когда приезжаешь на новое место, будь то за триасовыми отложениями в Марокко или за девонскими на остров Элсмир, там приходится заново учиться поиску ископаемых. Первые несколько дней проходят в трудах почти столь же бесплодных, как двадцать лет назад, когда я ходил вместе с Чаком по Аризоне. Разница только в том, что теперь я ничуть не сомневаюсь, что рано или поздно нужный поисковый образ придет и все встанет на свои места.
Главная цель наших поисков в то время, когда мы вместе с Чаком блуждали по пустыне, состояла в том, чтобы обнаружить место, где костей было бы так много, что это означало бы — здесь есть богатый ископаемыми слой, который мы можем раскопать. К тому времени, как я присоединился к группе Фэриша, ей уже удалось обнаружить такое место — полосу породы длиной около тридцати метров, просто набитую скелетами маленьких животных.
На этом месте Фэриш и другие выкопали в мелкозернистом песчанике карьер. Вся хитрость работы в нем заключалась в том, что ископаемые залегали там вдоль одного тонкого слоя толщиной не больше миллиметра. Если обнажить где-то поверхность этого слоя, очень часто можно было видеть ископаемые кости. Это были крошечные косточки, не больше нескольких сантиметров в длину, и при этом черные, казавшиеся кляксами на буроватой поверхности породы. Мы нашли здесь остатки многих животных. Там были лягушки (одни из самых древних), безногие амфибии, ящерицы и другие рептилии, а также, что было для нас особенно важно, одни из самых древних млекопитающих.
Главная особенность древнейших млекопитающих состоит в том, что они были маленькими, просто крошечными. Зубы у них были не больше двух миллиметров в длину. Чтобы их найти, требовалось немало внимания и еще больше везения. Если зуб был прикрыт кусочком породы или даже несколькими песчинками, часто он мог просто остаться незамеченным.
Эти древние млекопитающие меня и покорили. Я занимался тем, что обнажал участок содержащего ископаемых слоя, а затем внимательно рассматривал всю его поверхность через лупу с десятикратным увеличением. Стоя на четвереньках, я вглядывался в песчаник, так что мои глаза и лупа были на расстоянии всего сантиметров пяти над землей. Поглощенный этим занятием, я нередко забывался и заползал на чужой участок, где на мою голову падала брошенная соседом тяжелая грязная сумка, красноречиво напоминавшая, что надо держаться своей территории. Но однажды эти поиски принесли мне большую удачу и незабываемое впечатление. Зубы, которые я нашел, были небольшие и острые, с бугорками и корнями. Но в бугорках этих зубов было нечто особенное. Поверхность каждого зуба имела особый характер износа там, где зубы верхней и нижней челюсти сходились друг с другом. Передо мной был один из древнейших образцов нашего собственного устройства зубов, с настоящим прикусом, только эти зубы принадлежали крошечному млекопитающему, жившему 190 миллионов лет назад.
Я никогда не забуду то впечатление, которое произвела на меня эта находка. Я ломал камни и ползал в пыли — и нашел что-то, что могло изменить представления людей о собственной истории. Этот контраст между детским, незначительным занятием и одним из величайших достижений человеческого разума навсегда поразил меня. Я стараюсь напоминать себе об этом впечатлении, когда в очередной раз нахожу что-нибудь новое.
Той осенью я вернулся в университет, одержимый экспедициями. Мне хотелось организовать свою собственную экспедицию, но на что-то серьезное у меня не было средств, поэтому я отправился один — исследовать породы возрастом около 200 миллионов лет в штате Коннектикут. Эти породы были уже хорошо изучены в XIX веке, и в них было обнаружено немало ценных ископаемых. Я полагал, что если возьмусь за эти породы со своей лупой и со своим поисковым образом, сложившимся в ходе успешных поисков древнейших млекопитающих, то смогу найти немало интересного. Я взял напрокат микроавтобус, прихватил несколько сумок для находок и отправился в путь.
Из этой поездки я извлек еще один ценный урок: мне не удалось найти ровным счетом ничего. Пришлось вернуться туда, откуда я начал, а точнее — в университетскую библиотеку, к книгам по геологии.
Мне нужно было найти место, где породы возрастом 200 миллионов лет были бы основательно обнажены — в Коннектикуте были одни лишь участки дорожных работ. Идеалом был бы скальный обрыв вдоль берега моря, пляж под которым покрыт обломками породы, недавно отколовшимися от обрыва под действием волн. Посмотрев на карты, я сразу нашел то, что искал. В Канаде, в провинции Новая Шотландия, вдоль морского берега залегали как раз породы возрастом около 200 миллионов лет, триасового и юрского периодов. Кроме того, туристические путеводители по этим местам воспевали самые высокие в мире приливы, временами превышающие 15 метров. Это была просто немыслимая удача.
Я позвонил Полу Олсену, специалисту по этим отложениям, который совсем недавно начал преподавать в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Меня и до разговора с Полом очень увлекала идея экспедиции в этот район, но после разговора я просто места себе не находил. Из его рассказа о геологических особенностях этих мест я узнал, что они просто идеальны для поиска мелких млекопитающих и рептилий — отложения, образованные древними реками и дюнами, свойства которых как нельзя лучше подходили для захоронения мелких костей. Более того, Пол уже находил на участке побережья около города Паррсборо в Новой Шотландии кости динозавров и окаменелые следы их ног. У нас с Полом вскоре родился план поехать в Паррсборо вместе и осмотреть побережье на предмет мелких ископаемых остатков. Со стороны Пола было очень великодушно согласиться на это, потому что он сам имел виды на изучение этих мест и был вовсе не обязан помогать мне и тем более работать там в сотрудничестве со мной.
Я проконсультировался о моих зреющих планах с Фэришем, и он не только предложил мне деньги на эту экспедицию, но и посоветовал взять с собой таких незаменимых специалистов по поиску ископаемых, как Билл и Чак. Деньги, Билл, Чак, Пол Олсен, превосходные отложения и обширные обнажения — чего еще можно пожелать? Следующим летом я впервые возглавил палеонтологическую экспедицию.
На взятой в аренду многоместной машине я отправился на побережье Новой Шотландии вместе с моим отрядом, состоявшим из Билла и Чака. Мое положение, конечно, было довольно смешным. Для Билла и Чака, которые на двоих провели в поле больше лет, чем я прожил на свете, я был начальником отряда лишь номинально. На деле это они руководили поиском ископаемых, а я лишь платил за обеды.
Обнажения на побережье Новой Шотландии были великолепны. По берегам залива Фанди возвышались крутые обрывы из оранжевого песчаника. Во время отливов берег моря отступал каждый день где-то на полкилометра, обнажая бескрайние равнины оранжевой подстилающей породы. Очень скоро мы уже в нескольких разных местах нашли ископаемые кости. Маленькие белые прожилки костей виднелись тут и там на склонах обрыва. Пол везде находил окаменевшие следы, даже на отмелях, обнажавшихся каждый день во время отлива.
Чак, Билл, Пол и я провели две недели в поисках ископаемых в Новой Шотландии и нашли немало обломков, осколков и кусочков костей, торчащих из песчаника. Билл, который был в нашей группе препаратором, все время предупреждал меня, что не стоит в полевых условиях освобождать от породы слишком много костей — их лучше упаковывать вместе с породой, чтобы потом разбираться с ними в лаборатории, под микроскопом, в более надежных условиях. Мы так и делали, но я должен признаться, что был разочарован тем, что мы везли с собой домой: всего несколько обувных коробок с камнями, из которых тут и там торчали обломки и осколки костей. Помнится, пока мы ехали домой, я думал о том, что, хотя мы и не так много нашли, все же это была прекрасная экспедиция. После этого я взял недельный отпуск, а Чак и Билл вернулись в лабораторию.
Функция зубов состоит в том, чтобы превращать крупные организмы в маленькие кусочки. Закрепленные на подвижных челюстях зубы рубят, колют, режут и перемалывают. Размер рта ограничен, а зубы позволяют живым существам питаться другими, которые целиком им в рот не поместились бы. Это особенно относится к животным, не имеющим рук или когтей, которые позволили бы разрывать или разрезать пищу, прежде чем она попадет в рот. Конечно, обычно крупные рыбы едят мелких, а не наоборот. Но зубы могут уравнивать тех и других в правах: небольшая рыба может питаться более крупными, если у нее хорошо развиты зубы. Небольшие рыбки могут нападать на крупных и, пользуясь зубами, отрывать от них целые куски.
Мы можем многое узнать о животном, посмотрев на его зубы. Всевозможные бугорки, ямки и ребрышки, а также форма и размер зубов во многом отражают наш рацион питания. Плотоядные животные, например кошки, обладают острыми коренными зубами, которые позволяют им резать мясо, в то время как у растительноядных полон рот уплощенных зубов, которые дают им возможность перемалывать стебли, листья или плоды растений. Анатомы с давних пор использовали зубы как ценный источник информации. Французский анатом Жорж Кювье, как известно, хвалился тем, что может восстановить весь скелет животного по единственному зубу. Это некоторое преувеличение, но суть передана верно: по зубам можно многое сказать об образе жизни животного.
Человеческий рот выдает в нас всеядных существ, потому что у нас много разных зубов. Наши передние зубы — резцы — и идущие за ними клыки похожи на лезвия, предназначенные для разрезания пищи. Задние зубы — коренные — имеют уплощенную поверхность с буграми и ямками, что позволяет нам измельчать с их помощью животную и растительную пищу. Предкоренные, расположенные перед ними, промежуточны по функциям между резцами и коренными.
Самое примечательное свойство нашего рта состоит в том, как прекрасно в нем все подогнано. Откройте и закройте рот, и ваши зубы разойдутся и вновь сойдутся в том же положении, так что бугорки и ямки зубов верхней и нижней челюсти полностью совпадут друг с другом. Благодаря тому, что они так хорошо совпадают, мы можем измельчать пищу с максимальной эффективностью. Ну а любые несовпадения наших верхних и нижних зубов могут приводить к их повреждениям — и к обогащению стоматологов.
Палеонтологи находят, что зубы необычайно информативны. Это самые твердые детали нашего тела в связи с тем, что в зубной эмали содержится большое количество минерала гидроксиапатита — даже больше, чем в костях. Благодаря своей твердости зубы часто сохраняются лучше всех остальных частей тела ископаемых животных, которых мы находим в отложениях многих древних эпох. И с этим нам очень повезло, потому что зубы дают нам ключ к рациону ископаемых. Ископаемые остатки позволяют многое узнать о том, как возникли различные способы питания. Это в особенности касается истории млекопитающих. Хотя и у многих рептилий были зубы, похожие на зубы млекопитающих, у млекопитающих они все же особенные. Раздел курса палеонтологии, посвященный млекопитающим, во многом напоминает пособие по стоматологии.
Современные рептилии — крокодилы, ящерицы, змеи — лишены многого из того, что делает зубы млекопитающих уникальными. Например, все зубы крокодила имеют похожую коническую форму, и единственная разница между ними состоит в том, что одни побольше, а другие поменьше. У рептилий также нет настоящего прикуса, то есть совпадения верхних зубов с нижними, которое свойственно людям и другим млекопитающим. Кроме того, в то время как у нас, млекопитающих, зубы сменяются только один раз, у рептилий зубы обычно выпадают и вновь отрастают в течение всей жизни, по мере того как старые зубы изнашиваются или ломаются.
Одно из наших фундаментальных свойств — характерный для нас, млекопитающих, прикус — встречается в ископаемых остатках по всему свету начиная с времени от 225 до 195 миллионов лет назад. В более древних породах можно найти немало рептилий, внешне похожих на собак. Они ходили и бегали на четырех ногах, обладали крупным черепом, и у многих из них были острые зубы. Но этим их сходство с собаками и ограничивается. В отличие от собак у этих рептилий челюсти были составлены из множества костей, а зубы верхней и нижней челюсти не были хорошо подогнаны друг к другу. Кроме того, смена зубов у них происходила по обычному для рептилий типу: новые зубы вырастали тут и там на смену старым на протяжении всей жизни.
Посмотрим в менее глубокие слои и увидим совсем другую картину — там появляются млекопитающие. Кости, входящие в состав челюстей, уменьшаются и смещаются в сторону уха. Верхние и нижние зубы впервые оказываются хорошо подогнаны друг к другу. Форма челюстей тоже меняется: то, что у рептилий выглядело как простая палка, теперь становится больше похоже на бумеранг. Тогда же зубы впервые стали сменяться лишь один раз в жизни, как у нас. Мы можем проследить все эти изменения по ископаемым, особенно из некоторых местонахождений в Европе, Южной Африке и Китае. В породах возрастом около 200 миллионов лет попадаются ископаемые остатки животных, напоминающих грызунов, таких как морганукодон (Morganucodon) и эозостодон (Eozostodon). Внешне они уже очень похожи на современных млекопитающих. Размером эти животные были не больше мыши, но у них внутри заключалась немалая и важная часть нас, людей. Рисунок не позволяет передать, какие это были замечательные создания. Когда я впервые увидел этих ископаемых, я пришел в полный восторг.
Поступив в магистратуру, я собирался изучать древних млекопитающих. Я выбрал Гарвардский университет, потому что работавший там Фэриш Дженкинс-младший, уже знакомый нам по первой главе, руководил экспедициями на запад Соединенных Штатов, где, в частности, искал ископаемые свидетельства того, как млекопитающие выработали свои исключительные жевательные способности. Это было очень серьезное исследование. Фэриш и его группа занималась поиском новых местонахождений, а не дальнейшим обследованием уже известных. Фэришу удалось собрать группу очень способных охотников за ископаемыми, в которую входили штатные сотрудники Гарвардского музея сравнительной зоологии и несколько внештатных работников. Главными в этой группе были Билл Эмарал, Чак Шафф и покойный Уилл Даунс. Эти люди и привели меня в мир палеонтологии.
Фэриш и его группа изучали геологические карты и аэрофотоснимки в поисках многообещающих мест для поиска ископаемых остатков древних млекопитающих. Затем, каждое лето, они садились на грузовики и отправлялись в пустыни штатов Вайоминг, Аризона и Юта. К 1983 году, когда к ним впервые присоединился я, они уже открыли немало ценных ископаемых млекопитающих и богатых ископаемыми местонахождений. Меня особенно поразили их предсказательные способности: основываясь лишь на чтении научных статей и книг, Фэриш и его коллеги успешно определяли, где стоит, а где не нужно искать древних млекопитающих.
Боевым крещением в палеонтологи для меня стали блуждания по аризонской пустыне вместе с Чаком и Биллом. Вначале мне казалось, что мы ищем наугад. Я-то ожидал чего-то вроде военного похода, в ходе которого мы бы организованно и скоординированно проводили рекогносцировку на местности. То, что я увидел, было совершенной противоположностью. Группа выгружалась на каком-нибудь участке с обнаженной горной породой, и все разбредались в разные стороны в поисках лежащих на поверхности фрагментов ископаемых костей. В первые несколько недель экспедиции я занимался поисками сам по себе, последовательно осматривая поверхность каждого попадавшегося мне камня на предмет обломков ископаемых костей. Вечером каждого дня мы возвращались в лагерь и показывали друг другу, что интересного нам удалось насобирать. Чак приносил несколько сумок, полных ископаемых костей. В дополнение к ним Билл обычно доставал какой-нибудь маленький череп или другую ценную находку. А у меня не было ничего, и моя пустая сумка служила печальным напоминанием о том, сколь многому мне еще предстояло научиться.
После нескольких недель такой работы я решил, что мне стоит ходить вместе с Чаком. Именно он приносил каждый день самые полные сумки, и я подумал, что мне стоит поучиться у такого профессионала. Чак был только рад, что я к нему присоединился, и, пока мы ходили, долго рассказывал мне о своей многолетней работе палеонтолога. Чак — настоящий техасец, но с бруклинским оттенком: ковбойские сапоги и западные ценности Дикого Запада в сочетании с нью-йоркским акцентом. Пока он в избытке кормил меня рассказами о своих прошлых экспедициях, я продолжал убеждаться в том, как мало я знаю и умею. Чак не осматривал каждый камень, а когда он выбирал объект, я совершенно не мог понять, почему он выбрал именно этот. А еще бывало, и это было особенно обидно, что Чак и я смотрели на один и тот же участок земли. Я не видел ничего, кроме каменной пустыни. А Чак видел ископаемые зубы, челюсти и даже обломки черепов.
При взгляде с высоты птичьего полета можно было разглядеть двух человек, идущих по равнине, которая казалась безграничной и по которой на многие мили простирались гряды холмов и плато из песчаника. Но мы с Чаком не смотрели на них — нас интересовали только обломки камней и осыпи у их подножья. Мы занимались поиском небольших ископаемых, размером с ладонь, не больше, поэтому обращали внимание лишь на тот маленький мир, где их можно найти. Этот мир, в который мы вглядывались, казался особенно миниатюрным по контрасту с безграничным простором пустыни, окружавшей нас. У меня было такое чувство, будто на всей планете, кроме нас двоих, нет ни одного человека и что вся моя жизнь состоит из рассматривания каменных обломков.
Чак проявлял чудеса терпения, пока я боґльшую часть дня донимал его разными вопросами. Мне хотелось, чтобы он дал мне подробные инструкции, как нужно искать ископаемых. И он снова и снова говорил мне, что нужно искать «что-то, что не похоже», что отличается от камня по структуре, что блестит как зуб, что похоже не на кусок песчаника, а на косточку. На словах это было просто, но мне не удавалось уловить сути того, что он мне объяснял. Как я ни пытался, я по-прежнему возвращался в лагерь с пустыми руками. И еще обиднее было то, что Чак, который смотрел на те же самые камни, возвращался, как обычно, с набитыми сумками.
Наконец в один прекрасный день я впервые увидел зуб, блестевший в лучах пустынного солнца. Он едва выступал из обломка песчаника, но я видел его ясно как день. У его эмали был особый оттенок, какого не могло быть у камня, и он был не похож на все, что я видел до этого. На самом деле это, конечно, не совсем так, потому что я каждый день смотрел на такие вещи. Но разница была в том, что на этот раз я сам его заметил и сам почувствовал разницу между камнем и костью. Зуб блестел на солнце и этим привлек мое внимание, и тогда я увидел на нем бугорки. Весь этот зуб, извлеченный из камня, был размером чуть больше горошины без учета корней, выступавших из его основания. Но для меня он был величественнее самого большого динозавра, скелет которого можно увидеть в музее.
Пустыня для меня вдруг наполнилась костями. Там, где раньше я видел одни лишь камни, теперь я повсюду замечал обломки ископаемых, как будто я надел какие-то особые очки, а каждый обломок кости был специально для меня подсвечен. Вслед за зубом я нашел небольшие кусочки других костей, а затем еще зубы. Передо мной была ископаемая челюсть, освобожденная эрозией из хранившего ее камня и распавшаяся на части. После этого случая я тоже стал возвращаться в лагерь не с пустой сумкой.
Теперь, когда я сам научился находить кости, то, что казалось мне произвольными блужданиями нашей группы, стало приобретать в моих глазах отчетливый порядок. На самом деле никто не разбредался по пустыне куда глаза глядят, все пользовались вполне определенными, хотя и не сформулированными правилами. Правило первое: иди в направлении самых многообещающих обнажений породы, используя для их поиска любые внешние признаки и поисковые образы, усвоенные в ходе предшествующего опыта. Правило второе: не иди вслед за кемто, двигайся по своему маршруту (Чак благосклонно разрешал мне нарушать это правило). Правило третье: если ты напал на золотую жилу, а на ней уже кто-то работает, найди другую или исследуй не такую золотую. Кто первый нашел, тому и карты в руки.
Со временем я узнал признаки, по которым можно искать ископаемые кости другого типа: челюстные, длинные трубчатые, обломки черепов. Однажды обнаружив их самостоятельно, вы уже никогда не разучитесь их искать. Точно так же, как настоящие рыбаки видят рыбу глубоко под водой, охотники за ископаемыми пользуются целым набором поисковых образов, благодаря которым ископаемые как будто выпрыгивают из камней им навстречу. Я постепенно приобретал свой собственный набор зрительных впечатлений, как выглядят при разном освещении ископаемые кости, заключенные в разных породах. Поиск ископаемых утром сильно отличается от поиска их днем, потому что свет и тени по-разному играют на поверхности земли.
Сегодня, двадцать лет спустя, я уже знаю, что всякий раз, когда приезжаешь на новое место, будь то за триасовыми отложениями в Марокко или за девонскими на остров Элсмир, там приходится заново учиться поиску ископаемых. Первые несколько дней проходят в трудах почти столь же бесплодных, как двадцать лет назад, когда я ходил вместе с Чаком по Аризоне. Разница только в том, что теперь я ничуть не сомневаюсь, что рано или поздно нужный поисковый образ придет и все встанет на свои места.
Главная цель наших поисков в то время, когда мы вместе с Чаком блуждали по пустыне, состояла в том, чтобы обнаружить место, где костей было бы так много, что это означало бы — здесь есть богатый ископаемыми слой, который мы можем раскопать. К тому времени, как я присоединился к группе Фэриша, ей уже удалось обнаружить такое место — полосу породы длиной около тридцати метров, просто набитую скелетами маленьких животных.
На этом месте Фэриш и другие выкопали в мелкозернистом песчанике карьер. Вся хитрость работы в нем заключалась в том, что ископаемые залегали там вдоль одного тонкого слоя толщиной не больше миллиметра. Если обнажить где-то поверхность этого слоя, очень часто можно было видеть ископаемые кости. Это были крошечные косточки, не больше нескольких сантиметров в длину, и при этом черные, казавшиеся кляксами на буроватой поверхности породы. Мы нашли здесь остатки многих животных. Там были лягушки (одни из самых древних), безногие амфибии, ящерицы и другие рептилии, а также, что было для нас особенно важно, одни из самых древних млекопитающих.
Главная особенность древнейших млекопитающих состоит в том, что они были маленькими, просто крошечными. Зубы у них были не больше двух миллиметров в длину. Чтобы их найти, требовалось немало внимания и еще больше везения. Если зуб был прикрыт кусочком породы или даже несколькими песчинками, часто он мог просто остаться незамеченным.
Эти древние млекопитающие меня и покорили. Я занимался тем, что обнажал участок содержащего ископаемых слоя, а затем внимательно рассматривал всю его поверхность через лупу с десятикратным увеличением. Стоя на четвереньках, я вглядывался в песчаник, так что мои глаза и лупа были на расстоянии всего сантиметров пяти над землей. Поглощенный этим занятием, я нередко забывался и заползал на чужой участок, где на мою голову падала брошенная соседом тяжелая грязная сумка, красноречиво напоминавшая, что надо держаться своей территории. Но однажды эти поиски принесли мне большую удачу и незабываемое впечатление. Зубы, которые я нашел, были небольшие и острые, с бугорками и корнями. Но в бугорках этих зубов было нечто особенное. Поверхность каждого зуба имела особый характер износа там, где зубы верхней и нижней челюсти сходились друг с другом. Передо мной был один из древнейших образцов нашего собственного устройства зубов, с настоящим прикусом, только эти зубы принадлежали крошечному млекопитающему, жившему 190 миллионов лет назад.
Я никогда не забуду то впечатление, которое произвела на меня эта находка. Я ломал камни и ползал в пыли — и нашел что-то, что могло изменить представления людей о собственной истории. Этот контраст между детским, незначительным занятием и одним из величайших достижений человеческого разума навсегда поразил меня. Я стараюсь напоминать себе об этом впечатлении, когда в очередной раз нахожу что-нибудь новое.
Той осенью я вернулся в университет, одержимый экспедициями. Мне хотелось организовать свою собственную экспедицию, но на что-то серьезное у меня не было средств, поэтому я отправился один — исследовать породы возрастом около 200 миллионов лет в штате Коннектикут. Эти породы были уже хорошо изучены в XIX веке, и в них было обнаружено немало ценных ископаемых. Я полагал, что если возьмусь за эти породы со своей лупой и со своим поисковым образом, сложившимся в ходе успешных поисков древнейших млекопитающих, то смогу найти немало интересного. Я взял напрокат микроавтобус, прихватил несколько сумок для находок и отправился в путь.
Из этой поездки я извлек еще один ценный урок: мне не удалось найти ровным счетом ничего. Пришлось вернуться туда, откуда я начал, а точнее — в университетскую библиотеку, к книгам по геологии.
Мне нужно было найти место, где породы возрастом 200 миллионов лет были бы основательно обнажены — в Коннектикуте были одни лишь участки дорожных работ. Идеалом был бы скальный обрыв вдоль берега моря, пляж под которым покрыт обломками породы, недавно отколовшимися от обрыва под действием волн. Посмотрев на карты, я сразу нашел то, что искал. В Канаде, в провинции Новая Шотландия, вдоль морского берега залегали как раз породы возрастом около 200 миллионов лет, триасового и юрского периодов. Кроме того, туристические путеводители по этим местам воспевали самые высокие в мире приливы, временами превышающие 15 метров. Это была просто немыслимая удача.
Я позвонил Полу Олсену, специалисту по этим отложениям, который совсем недавно начал преподавать в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Меня и до разговора с Полом очень увлекала идея экспедиции в этот район, но после разговора я просто места себе не находил. Из его рассказа о геологических особенностях этих мест я узнал, что они просто идеальны для поиска мелких млекопитающих и рептилий — отложения, образованные древними реками и дюнами, свойства которых как нельзя лучше подходили для захоронения мелких костей. Более того, Пол уже находил на участке побережья около города Паррсборо в Новой Шотландии кости динозавров и окаменелые следы их ног. У нас с Полом вскоре родился план поехать в Паррсборо вместе и осмотреть побережье на предмет мелких ископаемых остатков. Со стороны Пола было очень великодушно согласиться на это, потому что он сам имел виды на изучение этих мест и был вовсе не обязан помогать мне и тем более работать там в сотрудничестве со мной.
Я проконсультировался о моих зреющих планах с Фэришем, и он не только предложил мне деньги на эту экспедицию, но и посоветовал взять с собой таких незаменимых специалистов по поиску ископаемых, как Билл и Чак. Деньги, Билл, Чак, Пол Олсен, превосходные отложения и обширные обнажения — чего еще можно пожелать? Следующим летом я впервые возглавил палеонтологическую экспедицию.
На взятой в аренду многоместной машине я отправился на побережье Новой Шотландии вместе с моим отрядом, состоявшим из Билла и Чака. Мое положение, конечно, было довольно смешным. Для Билла и Чака, которые на двоих провели в поле больше лет, чем я прожил на свете, я был начальником отряда лишь номинально. На деле это они руководили поиском ископаемых, а я лишь платил за обеды.
Обнажения на побережье Новой Шотландии были великолепны. По берегам залива Фанди возвышались крутые обрывы из оранжевого песчаника. Во время отливов берег моря отступал каждый день где-то на полкилометра, обнажая бескрайние равнины оранжевой подстилающей породы. Очень скоро мы уже в нескольких разных местах нашли ископаемые кости. Маленькие белые прожилки костей виднелись тут и там на склонах обрыва. Пол везде находил окаменевшие следы, даже на отмелях, обнажавшихся каждый день во время отлива.
Чак, Билл, Пол и я провели две недели в поисках ископаемых в Новой Шотландии и нашли немало обломков, осколков и кусочков костей, торчащих из песчаника. Билл, который был в нашей группе препаратором, все время предупреждал меня, что не стоит в полевых условиях освобождать от породы слишком много костей — их лучше упаковывать вместе с породой, чтобы потом разбираться с ними в лаборатории, под микроскопом, в более надежных условиях. Мы так и делали, но я должен признаться, что был разочарован тем, что мы везли с собой домой: всего несколько обувных коробок с камнями, из которых тут и там торчали обломки и осколки костей. Помнится, пока мы ехали домой, я думал о том, что, хотя мы и не так много нашли, все же это была прекрасная экспедиция. После этого я взял недельный отпуск, а Чак и Билл вернулись в лабораторию.
 |
Пол Олсен обнаружил окаменелые
следы на обнаженном в отлив морском дне у берегов Новой Шотландии. Во время
прилива вода полностью покроет этот берег и достигнет обрыва. Стрелкой показано
место, где мы застряли на скалах на несколько часов, когда вышли из лагеря
позже, чем следовало.
|
Когда я снова вернулся после отпуска в Бостон, Чак и Билл как раз ушли обедать. В музей тем временем пришли несколько коллег, которые, завидев меня, подошли и стали жать мне руку, поздравлять и хлопать по спине. Они вели себя так, будто я был полководцем, вернувшимся из успешного похода, но у меня не было ни малейшего представления, в чем дело. Мне казалось, что это какая-то странная шутка, что они задумали как-то меня разыграть. Они посоветовали мне сходить к Биллу и посмотреть на мой трофей. Не зная, что и думать, я побежал к Биллу.
У Билла под микроскопом лежала крошечная челюсть, не больше полутора сантиметров в длину. На ней было несколько миниатюрных зубов. Эта челюсть определенно принадлежала рептилии, потому что у каждого зуба было лишь по одному корню, в то время как у млекопитающих всегда присутствуют зубы с несколькими корнями. Но на этих зубах были бугорки и ямки, которые я видел даже невооруженным глазом. Когда же я посмотрел на эту челюсть под микроскопом, меня ждал самый большой сюрприз: на выступах этих зубов были характерные стертые участки. Это была челюсть рептилии, обладавшей прикусом! Найденное нами ископаемое было полурептилией-полумлекопитающим.
Пока я был в отпуске, Билл распаковал один из собранных нами кусков породы, нашел на нем выступающий фрагмент кости и под микроскопом освободил его от породы препаровальной иглой. Мы не осознавали этого, пока были в поле, но наша экспедиция оказалась необычайно успешной. И все благодаря Биллу.
Чему я научился за это лето? Во-первых, я научился слушать, что говорят Чак и Билл. Во-вторых, я узнал, что многие важнейшие открытия делаются не в поле, а в лаборатории, в ходе работы препаратора. Впрочем, впоследствии оказалось, что главные уроки полевой работы палеонтолога мне еще предстояли.
Рептилия, которую обнаружил Билл, относилась к трителедонтам — существам, найденным как в Южной Африке, так и в Новой Шотландии. Это были очень редкие ископаемые, поэтому мы решили вернуться на следующее лето в Новую Шотландию, чтобы найти новые образцы. Всю зиму я с нетерпением ждал этой экспедиции. Если бы можно было добывать ископаемых зимой из-подо льда, я бы непременно занялся этим.
Летом 1985 года мы вернулись на то место, где был обнаружен наш трителедонт. Содержащий ископаемых слой находился в самом низу обрыва, где несколько лет назад обвалился небольшой его фрагмент. Чтобы работать на этом месте, нужно было правильно рассчитать время: во время прилива туда было не добраться, потому что вода слишком близко подходила к нужной нам точке. Я никогда не забуду волнение, охватившее меня в первый день, когда мы огибали скальный выступ, чтобы вновь увидеть тот небольшой участок ярко-оранжевого песчаника. Запомнилось не то, что мы увидели, а то, чего не увидели — большей части той породы, с которой мы работали в прошлом году. За зиму она был уничтожена эрозией. Наше замечательное местонахождение, содержавшее остатки прекрасных трителедонтов, было смыто волнами.
Хорошая новость, если это можно так назвать, состояла в том, что на берегу теперь лежало немного больше обломков песчаника, доступных для обследования. Боґльшая часть грунта на берегу, особенно там, где мы каждое утро обходили скальный выступ, состояла из базальта — застывшей лавы, извергавшейся из древнего вулкана около 200 миллионов лет назад. Можно было не сомневаться, что ископаемых мы в этой породе не найдем. Это по сути одна из аксиом палеонтологии — в таких породах, некогда нагретых до огромной температуры, ископаемые остатки костей сохраняться не могут. Дней пять или больше мы обследовали побережье во время отливов, крошили песчаник — и абсолютно ничего не находили.
Настоящий прорыв в наших поисках произошел после того, как однажды вечером к нашему жилищу пришел президент местного отделения благотворительной организации «Lions Club International». Ему нужны были судьи для конкурса красоты, который проходил в ходе празднования традиционной Недели родительского дома («Old Home Week») в Паррсборо. Эту ответственную работу жители Паррсборо всегда доверяли приезжим, потому что вокруг таких конкурсов кипели страсти, и местным жителям было бы непросто судить своих землячек непредвзято. Судьями обычно была одна пожилая пара из Квебека, которая в том году не приехала в Паррсборо, и моему отряду предложили исполнить за них эту почетную обязанность.
Но из-за того, что мы судили здешних красавиц, а затем еще и спорили о своем решении, мы очень поздно легли спать, забыли о времени прилива и на следующий день оказались в плену у моря за изгибом базальтового обрыва. Около двух часов нам пришлось провести на небольшом уступе шириной метров пятнадцать. Этот уступ был сложен вулканической породой, и нам никогда не пришло бы в голову искать на нем ископаемых. Мы пускали блинчики, пока нам это не наскучило, а затем решили осмотреть породу — вдруг удастся найти в ней какие-нибудь интересные кристаллы или минералы. Билл скрылся за скальным выступом, а я осматривал базальтовую стену за нашей спиной. Минут через пятнадцать я услышал свое имя. Никогда не забуду, как, стараясь не выдать волнения, Билл позвал меня: «Эй, Нил, посмотри, что я нашел, тебе, наверно, понравится». Только обойдя выступ, я увидел, как он взволнован. Затем я посмотрел на породу у его ног. Из нее выступали маленькие белые фрагменты — ископаемые кости. Тысячи ископаемых костей!
Это было именно то, что мы искали, — местонахождение мелких костей. Оказалось, что вулканические породы в этом месте не были чисто вулканическими. Базальт местами прорезали тонкие слои песчаника. Скалы этого уступа были образованы древним грязевым селем, сопровождавшимся извержением вулкана. В грязи этого селя и оказались захоронены ископаемые.
Мы привезли домой тонны этой породы. В ней были остатки трителедонтов, а также примитивных крокодилов и других похожих на ящериц рептилий. Самыми драгоценными из них были, разумеется, трителедонты, потому что они свидетельствовали о том, что некоторые рептилии того времени уже обладали свойством, характерным для нас, млекопитающих, а именно прикусом.
У древних млекопитающих вроде тех, которых группа Фэриша раскопала в Аризоне, зубы были уже очень хорошо подогнаны друг к другу. Потертости на бугорках зубов верхней челюсти полностью соответствовали зеркальным отражениям этих потертостей на зубах нижней челюсти. Система этих потертостей столь четко выражена, что по характеру прикуса и износа зубов у древних млекопитающих можно отличать друг от друга разные виды. Аризонские млекопитающие Фэриша обладали прикусом и потертостями, отличными от таковых у млекопитающих того же времени, остатки которых находят в Южной Америке, в Европе или в Китае. Если бы мы могли сравнивать этих ископаемых только с современными рептилиями, происхождение характерных для млекопитающих способов питания оставалось бы большой загадкой. Как я уже говорил, у крокодилов и ящериц зубы верхней и нижней челюсти не совпадают друг с другом. Чтобы найти решение этой проблемы, нужны такие существа, как трителедонты. Если вернуться назад во времени, к породам где-то на 10 миллионов лет более древним, чем те, что мы изучали в Новой Шотландии, мы найдем трителедонтов с ранними зачатками прикуса. У трителедонтов бугорки зубов не смыкаются друг с другом полностью, как у млекопитающих. Вместо этого вся внутренняя поверхность верхнего зуба трется о наружную поверхность нижнего зуба, почти как половинки ножниц. Конечно, характер прикуса изменялся не на пустом месте. Нет ничего удивительного в том, что древнейшие существа, обладающие характерным для млекопитающих прикусом, напоминают млекопитающих также строением нижней челюсти, черепа и скелета.
Этот пример напоминает историю многих технических достижений человечества. После того как была изобретена технология литья пластмасс, ее стали использовать для изготовления всего на свете, от автомобилей до детских игрушек. С зубами история была во многом похожая. После того как у животных впервые появился способ, позволяющий формировать зубы, модификации этого способа стали применяться для формирования множества разных органов, закладывающихся внутри кожи. На примере остракодерм мы видели, как далеко может заходить применение этого способа. Во многих отношениях еще дальше оно зашло у птиц, рептилий и людей. У всех этих существ никогда бы не возникли перья, чешуи или молочные железы, если бы когда-то у их предков не возникли зубы. Видоизмененный механизм формирования зубов позволил развивать многие другие важные структуры кожи. Между такими разными органами, как зубы, перья и молочные железы, есть вполне реальная глубокая историческая связь.
В четырех главах мы с вами говорили о способах изучать историю появления и развития органов у самых разных живых существ. В первой главе мы рассмотрели способ, позволяющий предсказывать, в каких именно древних горных породах мы можем найти в ископаемом виде древнейшие формы наших собственных органов. Во второй главе речь шла о том, как проследить историю развития определенных элементов скелета, начиная от рыб и заканчивая людьми. В третьей главе было показано, как работает у разных организмов та составляющая их тела, которая действительно передается по наследству, а именно ДНК, и как формируются органы в соответствии с записанным на ДНК рецептом. Здесь, в четвертой главе, мы рассмотрели общую основу таких разных органов, как зубы, молочные железы и перья, и убедились, что биологические механизмы, лежащие в основе их развития, представляют собой варианты одного и того же. Вглядываясь в черты глубокого сходства, объединяющего органы и тела разных живых организмов, мы начинаем убеждаться, что все разнообразие жизни на Земле представляет собою лишь вариации на одну и ту же тему.
У Билла под микроскопом лежала крошечная челюсть, не больше полутора сантиметров в длину. На ней было несколько миниатюрных зубов. Эта челюсть определенно принадлежала рептилии, потому что у каждого зуба было лишь по одному корню, в то время как у млекопитающих всегда присутствуют зубы с несколькими корнями. Но на этих зубах были бугорки и ямки, которые я видел даже невооруженным глазом. Когда же я посмотрел на эту челюсть под микроскопом, меня ждал самый большой сюрприз: на выступах этих зубов были характерные стертые участки. Это была челюсть рептилии, обладавшей прикусом! Найденное нами ископаемое было полурептилией-полумлекопитающим.
Пока я был в отпуске, Билл распаковал один из собранных нами кусков породы, нашел на нем выступающий фрагмент кости и под микроскопом освободил его от породы препаровальной иглой. Мы не осознавали этого, пока были в поле, но наша экспедиция оказалась необычайно успешной. И все благодаря Биллу.
Чему я научился за это лето? Во-первых, я научился слушать, что говорят Чак и Билл. Во-вторых, я узнал, что многие важнейшие открытия делаются не в поле, а в лаборатории, в ходе работы препаратора. Впрочем, впоследствии оказалось, что главные уроки полевой работы палеонтолога мне еще предстояли.
Рептилия, которую обнаружил Билл, относилась к трителедонтам — существам, найденным как в Южной Африке, так и в Новой Шотландии. Это были очень редкие ископаемые, поэтому мы решили вернуться на следующее лето в Новую Шотландию, чтобы найти новые образцы. Всю зиму я с нетерпением ждал этой экспедиции. Если бы можно было добывать ископаемых зимой из-подо льда, я бы непременно занялся этим.
Летом 1985 года мы вернулись на то место, где был обнаружен наш трителедонт. Содержащий ископаемых слой находился в самом низу обрыва, где несколько лет назад обвалился небольшой его фрагмент. Чтобы работать на этом месте, нужно было правильно рассчитать время: во время прилива туда было не добраться, потому что вода слишком близко подходила к нужной нам точке. Я никогда не забуду волнение, охватившее меня в первый день, когда мы огибали скальный выступ, чтобы вновь увидеть тот небольшой участок ярко-оранжевого песчаника. Запомнилось не то, что мы увидели, а то, чего не увидели — большей части той породы, с которой мы работали в прошлом году. За зиму она был уничтожена эрозией. Наше замечательное местонахождение, содержавшее остатки прекрасных трителедонтов, было смыто волнами.
Хорошая новость, если это можно так назвать, состояла в том, что на берегу теперь лежало немного больше обломков песчаника, доступных для обследования. Боґльшая часть грунта на берегу, особенно там, где мы каждое утро обходили скальный выступ, состояла из базальта — застывшей лавы, извергавшейся из древнего вулкана около 200 миллионов лет назад. Можно было не сомневаться, что ископаемых мы в этой породе не найдем. Это по сути одна из аксиом палеонтологии — в таких породах, некогда нагретых до огромной температуры, ископаемые остатки костей сохраняться не могут. Дней пять или больше мы обследовали побережье во время отливов, крошили песчаник — и абсолютно ничего не находили.
Настоящий прорыв в наших поисках произошел после того, как однажды вечером к нашему жилищу пришел президент местного отделения благотворительной организации «Lions Club International». Ему нужны были судьи для конкурса красоты, который проходил в ходе празднования традиционной Недели родительского дома («Old Home Week») в Паррсборо. Эту ответственную работу жители Паррсборо всегда доверяли приезжим, потому что вокруг таких конкурсов кипели страсти, и местным жителям было бы непросто судить своих землячек непредвзято. Судьями обычно была одна пожилая пара из Квебека, которая в том году не приехала в Паррсборо, и моему отряду предложили исполнить за них эту почетную обязанность.
Но из-за того, что мы судили здешних красавиц, а затем еще и спорили о своем решении, мы очень поздно легли спать, забыли о времени прилива и на следующий день оказались в плену у моря за изгибом базальтового обрыва. Около двух часов нам пришлось провести на небольшом уступе шириной метров пятнадцать. Этот уступ был сложен вулканической породой, и нам никогда не пришло бы в голову искать на нем ископаемых. Мы пускали блинчики, пока нам это не наскучило, а затем решили осмотреть породу — вдруг удастся найти в ней какие-нибудь интересные кристаллы или минералы. Билл скрылся за скальным выступом, а я осматривал базальтовую стену за нашей спиной. Минут через пятнадцать я услышал свое имя. Никогда не забуду, как, стараясь не выдать волнения, Билл позвал меня: «Эй, Нил, посмотри, что я нашел, тебе, наверно, понравится». Только обойдя выступ, я увидел, как он взволнован. Затем я посмотрел на породу у его ног. Из нее выступали маленькие белые фрагменты — ископаемые кости. Тысячи ископаемых костей!
Это было именно то, что мы искали, — местонахождение мелких костей. Оказалось, что вулканические породы в этом месте не были чисто вулканическими. Базальт местами прорезали тонкие слои песчаника. Скалы этого уступа были образованы древним грязевым селем, сопровождавшимся извержением вулкана. В грязи этого селя и оказались захоронены ископаемые.
Мы привезли домой тонны этой породы. В ней были остатки трителедонтов, а также примитивных крокодилов и других похожих на ящериц рептилий. Самыми драгоценными из них были, разумеется, трителедонты, потому что они свидетельствовали о том, что некоторые рептилии того времени уже обладали свойством, характерным для нас, млекопитающих, а именно прикусом.
У древних млекопитающих вроде тех, которых группа Фэриша раскопала в Аризоне, зубы были уже очень хорошо подогнаны друг к другу. Потертости на бугорках зубов верхней челюсти полностью соответствовали зеркальным отражениям этих потертостей на зубах нижней челюсти. Система этих потертостей столь четко выражена, что по характеру прикуса и износа зубов у древних млекопитающих можно отличать друг от друга разные виды. Аризонские млекопитающие Фэриша обладали прикусом и потертостями, отличными от таковых у млекопитающих того же времени, остатки которых находят в Южной Америке, в Европе или в Китае. Если бы мы могли сравнивать этих ископаемых только с современными рептилиями, происхождение характерных для млекопитающих способов питания оставалось бы большой загадкой. Как я уже говорил, у крокодилов и ящериц зубы верхней и нижней челюсти не совпадают друг с другом. Чтобы найти решение этой проблемы, нужны такие существа, как трителедонты. Если вернуться назад во времени, к породам где-то на 10 миллионов лет более древним, чем те, что мы изучали в Новой Шотландии, мы найдем трителедонтов с ранними зачатками прикуса. У трителедонтов бугорки зубов не смыкаются друг с другом полностью, как у млекопитающих. Вместо этого вся внутренняя поверхность верхнего зуба трется о наружную поверхность нижнего зуба, почти как половинки ножниц. Конечно, характер прикуса изменялся не на пустом месте. Нет ничего удивительного в том, что древнейшие существа, обладающие характерным для млекопитающих прикусом, напоминают млекопитающих также строением нижней челюсти, черепа и скелета.
 |
Трителедонт и фрагмент его верхней
челюсти,
добытый в Новой Шотландии.
Автор рисунка фрагмента челюсти —
Ласло Мешолей.
|
Благодаря тому что зубы так хорошо сохраняются в палеонтологической летописи, в нашем распоряжении есть очень подробные сведения о том, как именно возникли основные способы питания млекопитающих — и как именно древние млекопитающие переходили к питанию другой пищей. История млекопитающих — это во многом история развития разных способов потребления пищи. В слоях чуть менее древних, чем те, где мы находим трителедонтов, можно найти уже множество разных видов млекопитающих с новыми особенностями строения зубов и прикуса, которые, очевидно, научились использовать свои зубы по-новому. В породах возрастом около 150 миллионов лет, залегающих по всему свету, можно уже найти остатки мелких млекопитающих, обладавших зубным рядом нового типа. Эти существа вымостили путь, который привел к возникновению нас с вами. Они обладали одной очень важной особенностью: зубы на их челюстях были разными. Их зубы выработали своего рода разделение труда. Расположенные спереди резцы специализируются на разрезании пищи, идущие за ними клыки — на прокалывании ее, а следующие за ними предкоренные и коренные — на том, чтобы крошить или раздавливать пищу. Эти мелкие млекопитающие, внешне похожие на мышей, — важнейшей этап нашей собственной истории. Если вы в этом сомневаетесь, то представьте себе, каково было бы есть яблоко или тем более большую морковку, не имея резцов и коренных зубов. Наш разнообразный рацион, от фруктов и пирожных до овощей и мяса, возможен лишь потому, что наши предки, древние млекопитающие, выработали зубы с очень четким прикусом. И конечно, ранние стадии этого процесса мы можем наблюдать у трителедонтов и других, более древних наших родственников, у которых передние зубы обладают несколько иной формой и строением бугорков и ямочек, чем зубы, расположенные глубже во рту.
Практически само собой разумеется, что зубы выделяются из других органов своей исключительной твердостью. Зубы должны быть крепче, чем кусочки пищи, которые с их помощью перемалывают (представьте, каково было бы резать мясо с помощью губки). Во многих отношениях зубы тверды как камень, и это связано с тем, что в них содержится очень твердое вещество. Этим веществом, которое называют гидроксиапатитом, пропитаны изнутри как зубы, так и кости. Оно делает эти органы устойчивыми к сгибанию, сжатию и другим механическим воздействиям. Особая прочность зубов связана с тем, что их наружный слой, зубная эмаль, намного богаче гидроксиапатитом, чем любая другая структура организма, не исключая и кости. Эмаль придает зубам блеск и белизну. Конечно, эмаль — это лишь один из слоев, входящих в состав наших зубов. Более глубокий слой, дентин, тоже богат гидроксиапатитом.
В природе существует немало организмов, у которых есть очень твердые части тела, — это, например, раки или двустворчатые моллюски. Но они достигают этого не за счет гидроксиапатита. У раков и двустворчатых твердость некоторых органов достигается за счет других материалов — хитина и карбоната кальция соответственно. Кроме того, у этих животных, в отличие от нас, тело обладает твердыми покровами, играющими роль скелета. У нас же скелет внутренний.
Внутреннее расположение того, что покрепче, в наших организмах, у которых во рту есть зубы, а внутри всего тела — кости, представляет собой одну из важнейших особенностей нашей природы. Мы можем питаться, двигаться, дышать, а также включать в обмен веществ ряд минеральных веществ во многом благодаря гидроксиапатиту, содержащемуся в некоторых из наших тканей. За эти способности нам нужно благодарить наших общих со всеми рыбами предков. Все рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие на планете в этом отношении похожи на нас. Все они обладают структурами, содержащими гидроксиапатит. Но откуда все эти структуры появились? Здесь мы сталкиваемся с непростой интеллектуальной задачей. Если мы узнаґем, где, когда и как возникли кости и зубы, то мы сможем разобраться и в том, почему они возникли. Почему у наших предков развился такой тип твердых тканей? Предназначались ли они для того, чтобы оберегать этих животных от воздействия каких-то факторов среды? Или же для того, чтобы дать им возможность эффективнее передвигаться? Ответы на все эти вопросы помогут найти ископаемые, заключенные в породах возрастом около 500 миллионов лет.
К самым распространенным ископаемым, обитавшим в древних океанах от 500 до 250 миллионов лет назад, относятся конодонты. Их открыл в тридцатых годах XIX века российский биолог Христиан Иванович Пандер, о котором пойдет речь в одной из последующих глав. Конодонты были небольшими морскими животными, наделенными рядами своеобразных острых шипов (сами эти шипы тоже называют конодонтами). Со времени открытия Пандера такие шипы нашли на всех континентах. На Земле есть места, где, разбив любой камень, непременно можно увидеть в большом количестве остатки конодонтов. Палеонтологи описали сотни разновидностей этих ископаемых.
Но долгое время природа конодонтов оставалась загадкой. Ученые спорили о том, что они собой представляли — ископаемых животных, растения или даже минералы. Едва ли не у каждого была своя излюбленная теория. Доказывали, что остатки конодонтов — это фрагменты двустворчатых моллюсков, губок, позвоночных или даже червей. Эти споры прекратились, лишь когда среди ископаемых удалось найти не только фрагменты, но и остатки целых конодонтов.
Первый образец, который позволил разобраться в этой проблеме, был обнаружен профессором палеонтологии, разбиравшим материалы, которые хранились в подвале здания Эдинбургского университета. Один из обнаруженных им предметов представлял собой плоский камень с отпечатком тела древнего организма, похожего на миногу. Возможно, вы помните что-то о миногах из уроков биологии: это примитивные, похожие на рыб существа, не имеющие челюстей. Они питаются кровью и тканями рыб, к телу которых они присасываются, как пиявки. На этом плоском камне в передней части отпечатка в породе сидели маленькие структуры, которые казались на удивление знакомыми. Это были остатки конодонта. Другие ископаемые остатки похожих на миног организмов были вскоре обнаружены в породах, добытых в Южной Африке, а через некоторое время — также в породах с запада Соединенных Штатов. У всех этих существ была одна исключительная черта — во рту у них были целые комплекты того, что давно уже было известно под названием «конодонты». Вывод напрашивался сам собой: конодонты были зубами. Это были зубы древних бесчелюстных организмов, похожих на миног.
В распоряжении палеонтологов в течение полутора веков были древнейшие ископаемые зубы, но никто не знал наверняка, что это именно они. Чтобы объяснить, почему так случилось, нужно вкратце рассказать, как сохраняются остатки древних организмов. Твердые части тела, такие как зубы, могут сохраняться без особого труда. Мягкие части, такие как мышцы, кожа, внутренние органы, обычно разлагаются и не сохраняются в виде ископаемых остатков. Музейные хранилища наполнены множеством ископаемых скелетов, раковин и зубов, но среди них можно найти лишь немногие особо ценные образцы ископаемых остатков мягких тканей. В тех редких случаях, когда от мягких тканей остаются хотя бы какие-то ископаемые следы, это обычно отпечатки или слепки. Палеонтологическая летопись переполнена зубами конодонтов, но почти 150 лет потребовалось на то, чтобы найти отпечатки их тел. У этих тел была еще одна примечательная особенность. В них совершенно отсутствовали твердые кости. Это были мягкотелые организмы с твердыми зубами.
В течение многих лет палеонтологи спорили о том, почему вообще появились твердые внутренние скелеты, содержащие гидроксиапатит. Для ученых, убежденных, что скелет начался с челюстей, позвоночника или защитных покровов, конодонты стали чем-то вроде лишнего зуба во рту. По-видимому, первыми твердыми структурами, содержащими гидроксиапатит, были именно зубы. Твердые кости возникли не чтобы защищаться от других организмов, а чтобы питаться ими. С этого-то и в самом деле началась война всех против всех среди наших водных предков и родственников. Вначале просто те, кто побольше, питались теми, кто поменьше, а затем началась гонка вооружений. Те, кто поменьше, вырабатывали защитные покровы, те, кто побольше, — увеличенные челюсти, чтобы прокусывать эти покровы, и так далее. Зубы и кости принципиально изменили условия борьбы за существование.
Все становится еще интереснее, если обратиться к представителям древнейших ископаемых, наделенных костистой головой. Перейдя к слоям несколько менее древним, чем те, в которых содержатся самые ранние конодонты, мы увидим, что собой представляли скелеты первых организмов, у которых в голове имелись твердые кости. Это были так называемые остракодермы — похожие на рыб существа, жившие около 500 миллионов лет назад. Их остатки находят в горных породах по всему свету от Арктики до Боливии. Внешне остракодермы напоминали гамбургеры с мясистыми хвостами.
Головная область остракодермы представляет собой что-то вроде большого диска, покрытого костистым щитом, напоминающим доспехи. Если бы я достал из ящика в музейном хранилище образец такого ископаемого и показал его вам, вы бы сразу заметили одну странную черту: голова остракодермы блестит примерно так же, как наши зубы или рыбья чешуя.
Одна из главных радостей ученого связана с тем, что в мире природы есть неисчерпаемые запасы удивительного и поразительного. Прекрасным примером этого могут служить остракодермы, эти древние бесчелюстные животные. Они относятся к древнейшим существам, наделенным костистой головой. Если разрезать ископаемые остатки черепа остракодермы, залить в срез парафин, положить под микроскоп и рассмотреть, нашим глазам предстанет нечто не похожее ни на одну знакомую нам ткань. Покровы этого черепа выглядят по сути точно так же, как наши собственные зубы. Снаружи они тоже покрыты эмалью. Весь щит, покрывающий голову остракодермы, как будто составлен из тысяч крошечных зубов, слившихся воедино. Этот костистый череп — один из самых древних, известных палеонтологам, — целиком состоит из зубов. Первоначально зубы возникли, чтобы кусать добычу, но затем животные стали использовать своеобразную разновидность зубов и для защиты от врагов.
Зубы и кости — что крепче?
Практически само собой разумеется, что зубы выделяются из других органов своей исключительной твердостью. Зубы должны быть крепче, чем кусочки пищи, которые с их помощью перемалывают (представьте, каково было бы резать мясо с помощью губки). Во многих отношениях зубы тверды как камень, и это связано с тем, что в них содержится очень твердое вещество. Этим веществом, которое называют гидроксиапатитом, пропитаны изнутри как зубы, так и кости. Оно делает эти органы устойчивыми к сгибанию, сжатию и другим механическим воздействиям. Особая прочность зубов связана с тем, что их наружный слой, зубная эмаль, намного богаче гидроксиапатитом, чем любая другая структура организма, не исключая и кости. Эмаль придает зубам блеск и белизну. Конечно, эмаль — это лишь один из слоев, входящих в состав наших зубов. Более глубокий слой, дентин, тоже богат гидроксиапатитом.
В природе существует немало организмов, у которых есть очень твердые части тела, — это, например, раки или двустворчатые моллюски. Но они достигают этого не за счет гидроксиапатита. У раков и двустворчатых твердость некоторых органов достигается за счет других материалов — хитина и карбоната кальция соответственно. Кроме того, у этих животных, в отличие от нас, тело обладает твердыми покровами, играющими роль скелета. У нас же скелет внутренний.
Внутреннее расположение того, что покрепче, в наших организмах, у которых во рту есть зубы, а внутри всего тела — кости, представляет собой одну из важнейших особенностей нашей природы. Мы можем питаться, двигаться, дышать, а также включать в обмен веществ ряд минеральных веществ во многом благодаря гидроксиапатиту, содержащемуся в некоторых из наших тканей. За эти способности нам нужно благодарить наших общих со всеми рыбами предков. Все рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие на планете в этом отношении похожи на нас. Все они обладают структурами, содержащими гидроксиапатит. Но откуда все эти структуры появились? Здесь мы сталкиваемся с непростой интеллектуальной задачей. Если мы узнаґем, где, когда и как возникли кости и зубы, то мы сможем разобраться и в том, почему они возникли. Почему у наших предков развился такой тип твердых тканей? Предназначались ли они для того, чтобы оберегать этих животных от воздействия каких-то факторов среды? Или же для того, чтобы дать им возможность эффективнее передвигаться? Ответы на все эти вопросы помогут найти ископаемые, заключенные в породах возрастом около 500 миллионов лет.
К самым распространенным ископаемым, обитавшим в древних океанах от 500 до 250 миллионов лет назад, относятся конодонты. Их открыл в тридцатых годах XIX века российский биолог Христиан Иванович Пандер, о котором пойдет речь в одной из последующих глав. Конодонты были небольшими морскими животными, наделенными рядами своеобразных острых шипов (сами эти шипы тоже называют конодонтами). Со времени открытия Пандера такие шипы нашли на всех континентах. На Земле есть места, где, разбив любой камень, непременно можно увидеть в большом количестве остатки конодонтов. Палеонтологи описали сотни разновидностей этих ископаемых.
Но долгое время природа конодонтов оставалась загадкой. Ученые спорили о том, что они собой представляли — ископаемых животных, растения или даже минералы. Едва ли не у каждого была своя излюбленная теория. Доказывали, что остатки конодонтов — это фрагменты двустворчатых моллюсков, губок, позвоночных или даже червей. Эти споры прекратились, лишь когда среди ископаемых удалось найти не только фрагменты, но и остатки целых конодонтов.
Первый образец, который позволил разобраться в этой проблеме, был обнаружен профессором палеонтологии, разбиравшим материалы, которые хранились в подвале здания Эдинбургского университета. Один из обнаруженных им предметов представлял собой плоский камень с отпечатком тела древнего организма, похожего на миногу. Возможно, вы помните что-то о миногах из уроков биологии: это примитивные, похожие на рыб существа, не имеющие челюстей. Они питаются кровью и тканями рыб, к телу которых они присасываются, как пиявки. На этом плоском камне в передней части отпечатка в породе сидели маленькие структуры, которые казались на удивление знакомыми. Это были остатки конодонта. Другие ископаемые остатки похожих на миног организмов были вскоре обнаружены в породах, добытых в Южной Африке, а через некоторое время — также в породах с запада Соединенных Штатов. У всех этих существ была одна исключительная черта — во рту у них были целые комплекты того, что давно уже было известно под названием «конодонты». Вывод напрашивался сам собой: конодонты были зубами. Это были зубы древних бесчелюстных организмов, похожих на миног.
В распоряжении палеонтологов в течение полутора веков были древнейшие ископаемые зубы, но никто не знал наверняка, что это именно они. Чтобы объяснить, почему так случилось, нужно вкратце рассказать, как сохраняются остатки древних организмов. Твердые части тела, такие как зубы, могут сохраняться без особого труда. Мягкие части, такие как мышцы, кожа, внутренние органы, обычно разлагаются и не сохраняются в виде ископаемых остатков. Музейные хранилища наполнены множеством ископаемых скелетов, раковин и зубов, но среди них можно найти лишь немногие особо ценные образцы ископаемых остатков мягких тканей. В тех редких случаях, когда от мягких тканей остаются хотя бы какие-то ископаемые следы, это обычно отпечатки или слепки. Палеонтологическая летопись переполнена зубами конодонтов, но почти 150 лет потребовалось на то, чтобы найти отпечатки их тел. У этих тел была еще одна примечательная особенность. В них совершенно отсутствовали твердые кости. Это были мягкотелые организмы с твердыми зубами.
В течение многих лет палеонтологи спорили о том, почему вообще появились твердые внутренние скелеты, содержащие гидроксиапатит. Для ученых, убежденных, что скелет начался с челюстей, позвоночника или защитных покровов, конодонты стали чем-то вроде лишнего зуба во рту. По-видимому, первыми твердыми структурами, содержащими гидроксиапатит, были именно зубы. Твердые кости возникли не чтобы защищаться от других организмов, а чтобы питаться ими. С этого-то и в самом деле началась война всех против всех среди наших водных предков и родственников. Вначале просто те, кто побольше, питались теми, кто поменьше, а затем началась гонка вооружений. Те, кто поменьше, вырабатывали защитные покровы, те, кто побольше, — увеличенные челюсти, чтобы прокусывать эти покровы, и так далее. Зубы и кости принципиально изменили условия борьбы за существование.
Все становится еще интереснее, если обратиться к представителям древнейших ископаемых, наделенных костистой головой. Перейдя к слоям несколько менее древним, чем те, в которых содержатся самые ранние конодонты, мы увидим, что собой представляли скелеты первых организмов, у которых в голове имелись твердые кости. Это были так называемые остракодермы — похожие на рыб существа, жившие около 500 миллионов лет назад. Их остатки находят в горных породах по всему свету от Арктики до Боливии. Внешне остракодермы напоминали гамбургеры с мясистыми хвостами.
Головная область остракодермы представляет собой что-то вроде большого диска, покрытого костистым щитом, напоминающим доспехи. Если бы я достал из ящика в музейном хранилище образец такого ископаемого и показал его вам, вы бы сразу заметили одну странную черту: голова остракодермы блестит примерно так же, как наши зубы или рыбья чешуя.
Одна из главных радостей ученого связана с тем, что в мире природы есть неисчерпаемые запасы удивительного и поразительного. Прекрасным примером этого могут служить остракодермы, эти древние бесчелюстные животные. Они относятся к древнейшим существам, наделенным костистой головой. Если разрезать ископаемые остатки черепа остракодермы, залить в срез парафин, положить под микроскоп и рассмотреть, нашим глазам предстанет нечто не похожее ни на одну знакомую нам ткань. Покровы этого черепа выглядят по сути точно так же, как наши собственные зубы. Снаружи они тоже покрыты эмалью. Весь щит, покрывающий голову остракодермы, как будто составлен из тысяч крошечных зубов, слившихся воедино. Этот костистый череп — один из самых древних, известных палеонтологам, — целиком состоит из зубов. Первоначально зубы возникли, чтобы кусать добычу, но затем животные стали использовать своеобразную разновидность зубов и для защиты от врагов.
 |
Конодонт (слева) и остракодерма
(справа).
От конодонтов ученым были долгое
время известны только отдельные зубы (которые в свою очередь тоже называют
конодонтами). Затем, когда были обнаружены остатки целых организмов, удалось
разобраться, что наборы этих зубов работали вместе, располагаясь рядами во рту
древних мягкотелых бесчелюстных. У остракодерм голова была покрыта костистым
щитом. При большом увеличении наружный слой этого щита оказывается состоящим из
множества напоминающих зубы структур. Реконструкцию ряда зубов конодонта
любезно предоставили доктор Марк Пернелл (Лестерский университет) и доктор
Филип Донохью (Бристольский университет).
|
Зубы, железы и перья
Появление зубов не только знаменовало собой начало нового способа существования, но и открывало новый путь для развития органов. Зубы развиваются за счет взаимодействия двух слоев ткани в нашей коже. В основе этого процесса лежат контакт этих слоев, деление клеток и последующее изменение формы слоев, в ходе которого их клетки производят различные белки. Наружный слой выделяет вещества, на основе которых образуется эмаль, а внутренний слой формирует дентин и мягкие ткани зуба. Постепенно, после закладки базовой структуры зуба, формируются детали — бугорки, ямки и желобки, по форме которых можно отличать друг от друга разные виды млекопитающих.
Ключом к развитию зуба служит взаимодействие этих двух слоев ткани: наружного тонкого слоя клеток и внутреннего, более рыхлого слоя. В результате взаимодействия в них образуются складки, и оба слоя выделяют вещества, на основе которых и формируется орган (то есть зуб). Оказывается, совершенно такие же процессы позволяют формироваться внутри кожи и множеству других структур, например чешуе, волосам, перьям, а также потовым и даже молочным железам. Во всех этих случаях два слоя вступают в контакт, образуют складки и выделяют определенные белки. Более того, батареи переключающихся в разных тканях генов, обеспечивающих развитие всех этих органов, тоже во многом сходны.
Ключом к развитию зуба служит взаимодействие этих двух слоев ткани: наружного тонкого слоя клеток и внутреннего, более рыхлого слоя. В результате взаимодействия в них образуются складки, и оба слоя выделяют вещества, на основе которых и формируется орган (то есть зуб). Оказывается, совершенно такие же процессы позволяют формироваться внутри кожи и множеству других структур, например чешуе, волосам, перьям, а также потовым и даже молочным железам. Во всех этих случаях два слоя вступают в контакт, образуют складки и выделяют определенные белки. Более того, батареи переключающихся в разных тканях генов, обеспечивающих развитие всех этих органов, тоже во многом сходны.
 |
Зубы, молочные железы, перья и
волосы — все это развивается
в результате взаимодействия двух слоев
кожи.
|
Этот пример напоминает историю многих технических достижений человечества. После того как была изобретена технология литья пластмасс, ее стали использовать для изготовления всего на свете, от автомобилей до детских игрушек. С зубами история была во многом похожая. После того как у животных впервые появился способ, позволяющий формировать зубы, модификации этого способа стали применяться для формирования множества разных органов, закладывающихся внутри кожи. На примере остракодерм мы видели, как далеко может заходить применение этого способа. Во многих отношениях еще дальше оно зашло у птиц, рептилий и людей. У всех этих существ никогда бы не возникли перья, чешуи или молочные железы, если бы когда-то у их предков не возникли зубы. Видоизмененный механизм формирования зубов позволил развивать многие другие важные структуры кожи. Между такими разными органами, как зубы, перья и молочные железы, есть вполне реальная глубокая историческая связь.
В четырех главах мы с вами говорили о способах изучать историю появления и развития органов у самых разных живых существ. В первой главе мы рассмотрели способ, позволяющий предсказывать, в каких именно древних горных породах мы можем найти в ископаемом виде древнейшие формы наших собственных органов. Во второй главе речь шла о том, как проследить историю развития определенных элементов скелета, начиная от рыб и заканчивая людьми. В третьей главе было показано, как работает у разных организмов та составляющая их тела, которая действительно передается по наследству, а именно ДНК, и как формируются органы в соответствии с записанным на ДНК рецептом. Здесь, в четвертой главе, мы рассмотрели общую основу таких разных органов, как зубы, молочные железы и перья, и убедились, что биологические механизмы, лежащие в основе их развития, представляют собой варианты одного и того же. Вглядываясь в черты глубокого сходства, объединяющего органы и тела разных живых организмов, мы начинаем убеждаться, что все разнообразие жизни на Земле представляет собою лишь вариации на одну и ту же тему.
Нил Шубин (англ. Neil Shubin) —
американский палеонтолог и эволюционный биолог, популяризатор науки.
Заслуженный профессор Чикагского университета, член Национальной АН США (2011)
и Американского философского общества (2017). Знаменит как один из
первооткрывателей легендарного ископаемого животного — тиктаалика.