История Земли - Ричард Флинт

4. Потеря панциря. Панцирь из костяных пластинок, который покрывал голову кистеперых рыб, очевидно, был необходим для защиты от хищников в воде. Но после выхода на сушу, где в те времена еще не было хищников, эта необходимость отпала. Панцирь стал бесполезной и обременительной тяжестью, как солдатские доспехи в Европе XVI в. после того, как вошло в употребление огнестрельное оружие. В результате эволюционного процесса панцирь исчез. Одна за другой группы животных лишались панциря, поскольку он был уже не нужен в окружающих условиях.

5. Увеличение размеров мозга. Процесс увеличения объема черепной коробки (полости в черепе, содержащей мозг) ясно прослеживается по черепам ископаемых амфибий. Но даже если бы такие ископаемые свидетельства отсутствовали, мы бы все равно были уверены, что мозг амфибий должен был вскоре превзойти по размерам мозг двоякодышащих рыб. Поскольку наземное животное подвергается в гораздо большей мере воздействиям окружающей среды по сравнению с животными, обитающими в воде, то условия суши в сильной степени вынуждают его развивать свои умственные способности, с тем чтобы оно могло соответственно реагировать на внешние факторы. Не обладая более совершенным механизмом реакций, амфибии не смогли бы выжить.

Упомянутые пять изменений были важны сами по себе. Но даже вместе взятые, они еще не могли скрыть очевидное сходство, существовавшее между ископаемыми рыбами и амфибиями. Взгляните снова на рисунок 31, и вы увидите, насколько сильно это сходство.

Мы уверены,что, помимо пяти изменений, прослеживающихся в ископаемых остатках, за 50 миллионов (или около того) лет, которые протекли между позднедевонским и позднекаменно-угольным временем, амфибии усовершенствовались еще в одном направлении, хотя по ископаемым остаткам этого не видно. Должно было произойти развитие все еще довольно примитивного легкого в более крупный и более развитый орган дыхания. При более быстром передвижении, которое обеспечивали удлинившиеся ноги, требовалось больше кислорода. Улучшение снабжения кислородом было также важно, если животное на короткое время погружалось в воду, как это, должно быть, делала безногая змеевидная амфибия, которую мы видим на фото 38.

Несмотря на исторический шаг, который сделали амфибии, будучи еще кистеперыми рыбами, и в ходе которого они одержали двойную победу - начали дышать воздухом и двигаться по суше, - несмотря на то что они первыми перешли к внутреннему оплодотворению, дальше этого амфибии не продвинулись. Они не сумели перейти к такому способу размножения, который позволил бы им порвать с водной средой. Они навсегда остались привязанными к воде, потому что им приходилось возвращаться к ней, чтобы откладывать яйца. Яйца современных амфибий, мягкие и непрочные, как у рыб, должны откладываться в воде, где они могут быть оплодотворены, и оставаться там, пока из них не выведется молодь. На воздухе они быстро высыхают и не развиваются. После выхода из яиц молодь находится в личиночной фазе (как, например, современные головастики) и дышит с помощью жабр, как рыбы.

Из-за такой особенности процесса размножения амфибии занимают среди животных приблизительно такое же положение, как бессеменные в царстве растений. И тем и другим для размножения требуется вода. Поэтому амфибии никогда не могли заселить возвышенные и сухие территории и по сию пору стремятся оставаться в местах, где по крайней мере в некоторые сезоны есть вода, в которую они могут откладывать яйца.

Несмотря на все эти несовершенства в строении амфибий, мы не можем так просто сбросить их со счета, поскольку они занимают действительно важное место в эволюции живых существ. Амфибии не только первыми из позвоночных прочно обосновались на суше, но и внесли свой вклад в эволюционный процесс. Вклад этот состоял в развитии таких особенностей строения, которые сделали возможным появление рептилий, что в свою очередь вызвало новую волну усовершенствований. Подобно тому как один из видов девонских рыб "выработал" легкое, так и один из видов амфибий в позднекаменноугольное время "усовершенствовал" строение яйца и тем самым положил начало линии рептилий. Развитие такого яйца было большим достижением и стало еще одной вехой на пути эволюции животных. Сейчас амфибии занимают далеко не господствующее положение среди животных, но в течение по крайней мере 50 миллионов лет палеозоя они были доминирующей и развивающейся группой. Пятьдесят миллионов лет - относительно продолжительный период; он больше, чем тот позднейший отрезок времени, в течение которого все человеческие расы и обезьяноподобные предки человека заселили Землю. Это время было достаточным для многочисленных "проб и ошибок", которые привели к созданию амниотического яйца.

Рептилии

Амниотическое яйцо. Появление принципиально новой "конструкции" яйца (рис. 43) ознаменовало новую эпоху, поскольку это яйцо не обязательно было откладывать в водной среде. Оно было устроено таким образом, что имело запас воды внутри себя, хотя и откладывалось на суше. Подобно космическому кораблю, амниотическое яйцо содержало привычную "микросреду" и все необходимое для жизнеобеспечения внутри своей защитной оболочки. "Обитателем" яйца был эмбрион рептилии; таким образом, создав яйцо, амфибии положили начало эволюционной линии рептилий. В настоящее время подобного устройства яйца нет ни у одной амфибии, зато им обладают все рептилии, а также все птицы и два вида млекопитающих. Конструкция яйца была настолько удачной, что основные ее черты остались неизменными на протяжении 300 миллионов лет с момента его появления.

Рис. 43. Основные черты строения амниотического яйца

Помимо всего прочего, это яйцо имеет три оболочки, образующие три мешка. Первый, внутренний, мешок - амнион (от которого яйцо получило название амниотического) - содержит эмбрион, плавающий в жидкости. Жидкость и есть искусственная водная среда, заменяющая озерную или речную воду, в которой амфибии и рыбы откладывали яйца и в которой из яиц появлялись головастики, дышащие при помощи жабр, а позднее превращавшиеся во взрослую особь, дышащую воздухом.

Второй мешок содержит желток, большой запас пищи для эмбриона. Третий - зародышевый мочевой пузырь - связан с почками эмбриона и служит для сбора отходов - мочи эмбриона. Все три мешка заключены в твердую, но проницаемую оболочку; изнутри она выстлана другой оболочкой, позволяющей дышать находящемуся внутри яйца эмбриону. Эта оболочка, играющая роль легкого, обеспечивает проникновение внутрь яйца кислорода из окружающей среды и удаление из яйца углекислого газа. Остальное пространство внутри яйца заполнено жидкостью, которая разделяет все три мешка и играет роль гидравлического амортизатора, защищающего эмбрион.

Оплодотворение амниотического яйца было внутренним и происходило внутри тела самки. Яйца рыб оплодотворялись после того, как они отложены, и для того, чтобы выжить, рыбы должны были откладывать много яиц. Как и голосеменные растения, они должны были отличаться плодовитостью. Некоторые рыбы откладывают почти миллион икринок в каждый сезон размножения. Икринок погибает так много, что необходимо очень большое их количество, чтобы обеспечить выживание хотя бы немногих. Внутреннее оплодотворение привело к гораздо большей надежности размножения, потому что вероятность выживания отдельного оплодотворенного яйца значительно возросла.

Очевидно, что появление амниотического яйца явилось еще одним звеном в цепи усовершенствования способа размножения, начавшегося на ранних этапах существования биосферы с появлением полового размножения растений. Возникновение внутреннего оплодотворения и амниотического яйца было очень важным этапом, но на нем усовершенствование не закончилось.

Все меры предосторожности, обеспечивающие безопасность беспомощного эмбриона, покоящегося в своем мешке, как до, так и после откладывания яиц, выглядят так, как будто бы они были предварительно продуманы и спланированы, но это было не совсем так. По сути дела, это было ответной реакцией на воздействие окружающей среды, осуществлявшейся через естественный отбор в каждом новом поколении амфибий в течение очень долгого времени. Каким же именно было это воздействие? Вполне возможно, что основное влияние оказало постоянное увеличение в озерах и реках численности и разнообразия рыб и беспозвоночных хищников, охотно поедавших икру и небольших личинок - головастиков, беззащитную молодь амфибий. Создавшееся в результате этого положение не представляло опасности для взрослых особей, но ставило под угрозу выживание всего их сообщества. Появление любого приспособления, которое позволило бы яйцам постоянно находиться вне воды и дало бы возможность молоди пройти эту стадию личинок (когда они наиболее уязвимы) внутри яйца, а не в полной опасностей внешней среде, было бы величайшим достижением.