От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем - Татьяна Зарубина

Часть II

Природа: Животные и растения

№ 17. Откуда взялся первый динозавр?

Ученые считают, что динозавры произошли от так называемых текодонтов (ячеистозубых). Название этих рептилий объясняется особым расположением зубов, находившихся в челюсти в специальных углублениях. Эти существа, внешне больше всего похожие на современных крокодилов, успешно пережили великое пермское вымирание, когда катастрофы смели с лица Земли 90 % всей жизни. При этом исчезли и гигантские ящеры, которые в то время населяли планету. Предки же динозавров в те времена были мелкие и лучше пережили эту катастрофу. Они смогли воспользоваться ситуацией и заняли освободившееся место. Динозавры быстро стали очень разнообразными, освоили все экологические ниши и скоро оказались весьма многочисленной группой живых существ. Это произошло примерно 240 миллионов лет назад, в начале мезозойской эры. Судя по всему, первые динозавры были мелкими двуногими хищниками.

При переходе от текодонтов к динозаврам эта очень успешная группа рептилий получила два приобретения: во-первых, колени, которые смотрели вперед, а не в стороны, благодаря чему динозавры быстро смогли встать на задние ноги и научились бегать. А во-вторых, вертикализированные челюсти, в которых мышца тянет нижнюю челюсть строго вверх (а не наискосок, как было раньше). Укус этой усовершенствованной челюсти стал намного мощнее и позволил динозаврам стать чемпионами по захвату и переработке пищи.

№ 18. Почему динозавры вымерли?

Почему вымерли динозавры, никто не знает наверняка, но по этому поводу есть несколько точек зрения. Все они сходятся на том, что к концу мелового периода (последнего периода мезозойской эры) динозавры как группа уже довольно плохо себя чувствовали. С одной стороны, они были чрезвычайно крупными животными, а это значит, что им нужно было очень много еды; планета уже с трудом могла их прокормить. С другой стороны, им было трудно оберегать свое потомство: детеныши из-за естественных пределов размера яйца рождались очень мелкими и, вероятно, легко делались жертвами активных ночных млекопитающих. Большинство детенышей погибало, и динозавры очень медленно воспроизводились. Плюс ко всему в этот момент, видимо, произошло столкновение Земли с метеоритом, в атмосферу поднялось большое количество пыли, стало темнее, и в результате средняя температура на планете могла понизиться сразу на несколько градусов. Изменение температуры плохо отразилось на растительности, которой питались травоядные динозавры. Если бы они не были такими огромными, то смогли бы приспособиться и начать питаться другими растениями, но большой размер автоматически означает очень высокую специализацию, то есть негибкость в том, что можно есть. Уменьшение количества травоядных динозавров в свою очередь ударило и по хищным – им тоже стало не хватать еды.

№ 19. Как появилось первое дерево?

Существуют разные теории появления растений на Земле, но большинство из них сходится на том, что появились они из воды, от предков, общих с водорослями. Соответственно и сами были похожи на эти самые водоросли. Попав в воздушную среду, они очень долго адаптировались и в итоге начали занимать вертикальное пространство, то есть расти вверх. Первыми растениями были хвощи и плауны, среди которых встречались и 100-метровые гиганты – первые «деревья». Но они не были настоящими деревьями в нашем с вами понимании: у них не было древесины, вторичной ткани. Растения долго экспериментировали с древоподобными жизненными формами, из которых до нас дошли пальмовидные древовидные папоротники. Но ведь у них нет настоящей древесины! Весь ствол состоит из черешков листьев. Затем климат на планете поменялся, стало прохладнее, и растения поняли, что такой огромный ствол нуждается в большей защите от испарения влаги, от ветров и других внешних воздействий. Именно это и привело к появлению в стволе камбия, нового слоя постоянно делящихся клеток, которые внутрь откладывают древесину, а наружу луб – внутренний слой коры.

№ 20. Почему стволы деревьев круглые?

Если посмотреть на спил дерева, то мы увидим круги – годичные кольца. Ближе к краю спила мы обнаружим кору, а под ней – луб. Затем идет слой камбия, расположенный в стволах деревьев между лубом и древесиной. Клетки камбия делятся, равномерно откладывая наружу клетки, которые станут лубом, а внутрь – клетки, которые станут древесиной. Если по какой-то причине работа клеток нарушается, то ствол может приобрести самые разнообразные выпуклости, ребра и другие «дополнения» к его ровным очертаниям.

Но работа камбия – это только косвенная причина круглой формы ствола. Основная причина – законы физики, действующие на нашей планете. Они повлияли на растения таким образом, что цилиндр оказался самой удачной формой для расположения продолговатых объектов в трехмерном пространстве. Круглому стволу легче противостоять воздействию ветра – за счет более обтекаемой формы. Его сложнее сломать, и он более устойчив к изгибам и наклонам.

№ 21. Как из маленькой клетки появилась рыба?

Процесс, при котором из одной маленькой клетки появляется большой взрослый организм (ученые называют это онтогенез), – удивительный и очень сложный.

Начинается он с того, что рыба-самка мечет икру, а рыба-самец выпускает в воду сперматозоиды. Икринка – это одна клетка, она большая и содержит много питательных веществ, сперматозоид – это тоже всего одна клетка, совсем маленькая, с хвостиком, и она может плавать. И в той, и в другой клетке содержатся инструкции для построения новой особи. При встрече икринка и сперматозоид сливаются в одну новую клетку (этот процесс называется оплодотворением).

После этого клетка, ставшая уже зародышем, начинает делиться: из одной клетки получаются две клетки поменьше. Потом каждая из новых клеток также делится на две и так далее. В самом начале при делении клетки не увеличиваются в размерах, чтобы делиться очень быстро: примерно каждые 15 минут. Когда клеток становится достаточно много, группы клеток начинают двигаться друг относительно друга: наползать, подворачиваться, вдавливаться внутрь. Так у зародыша появляются кишечник, мозг, сердце, мышцы. При этом одни клетки выделяют сигнальные химические вещества, как бы спрашивая: «Давай я буду позвоночником, а ты тогда спинным мозгом?» Другие клетки чувствуют эти вещества и в ответ действительно начинают превращаться в клетки спинного мозга.

Зародыш развивается внутри плотной оболочки икринки и не может питаться. Откуда же клетки берут еду и энергию? Из запасов питательных веществ, изначально имевшихся в икринке. Скопление этих веществ в клетке называют желтком, он занимает большую ее часть и постепенно расходуется в течение всего времени развития зародыша. Поскольку развивающаяся рыбка все-таки дышит и удаляет часть ненужных веществ, масса вышедшей из икринки рыбки будет меньше массы той одной клетки, из которой рыбка развилась.

У аквариумной рыбки данио рерио всего через 24 часа после оплодотворения уже есть голова, хвост и даже глаза. А на второй день она уже движется внутри оболочки икринки. Для сравнения: будущая мышка через 24 часа после оплодотворения состоит только из двух клеточек.

После выхода из икринки рыбка начинает самостоятельно питаться, расти, пока не вырастет в большую взрослую рыбу.

№ 22. Что возникло раньше: яйцо или курица?

Хотя этот вопрос кажется заковыристым, для биолога ответ на него очевиден. Конечно, яйцо. Первые яйца возникли намного раньше, чем первые курицы. Ведь, во-первых, курицы – это не самые первые птицы в истории, а во-вторых, не только птицы откладывают яйца. Сейчас уже хорошо известно, что современные птицы являются прямыми потомками динозавров, от которых они отделились не меньше 150 миллионов лет назад. И уже к этому моменту яйца современного птичьего типа существовали. А первые яйца, покрытые твердой кальциевой оболочкой, возникли еще раньше, около 300 миллионов лет назад. Курицы, понятное дело, появились сильно-сильно позже.

Но намного интереснее вопрос, зачем появились первые яйца. И здесь надо разобраться, что мы называем яйцом. Если понимать яйца в чисто биологическом смысле, то яйца с тонкой и мягкой оболочкой существовали в воде у самых древних многоклеточных животных. Такие яйца еще называют икринками. Икринки могут существовать только в воде. Но небиологи, говоря про яйца, все-таки обычно имеют в виду яйца типа куриных, с достаточно твердой оболочкой, зародыш внутри которых может развиваться на суше. Такие яйца в биологии называют амниотическими. Впервые в эволюции они возникли у пресмыкающихся, к которым относятся ящерицы, змеи, крокодилы и черепахи. У пресмыкающихся вокруг тонкой оболочки яйца морских животных появилась дополнительная оболочка из органического вещества, которая не пропускала воду. А значит, яйцо с такой оболочкой можно было оставить не только в воде, но и на суше, где в то время хищников, способных съесть яйца, практически не водилось. Это оказалось огромным преимуществом, и животные с такими новыми амниотическими яйцами смогли освоить всю сушу, а не только прибрежные районы, как амфибии до них. Постепенно животные научились покрывать яйца сверху твердыми веществами, содержащими кальций, и таким образом возникли те яйца, которые сегодня мы встречаем у куриц и других птиц. Динозавры, например, уже откладывали именно такие яйца задолго до птиц.