Мир в девонском периоде
В девонском периоде (420 – 358 миллионов лет назад) на нашей планете царил ровный и теплый климат. Суша уже была заселена первыми примитивными растениями риниофитами, из которых уже выделились группы плаунов, хвощей и папоротников. Под кронами девственных зарослей ползали разнообразные моллюски, черви и артроподы (членистоногие). Жизнь выбиралась на сушу.
На протяжении девонского периода происходит бурная эволюция рыб. Появляются все их основные группы, в морях безраздельно царствуют вымершие плакодермы и акантоды, примитивные акулы и кистеперые рыбы поднимаются по дельтам первобытных рек. Естественно, рыбы тоже пытались освоить пространства на речных берегах. Судя по всему, эти попытки предпринимали разные группы девонских рыб, но для завоевания суши требовался ряд важных адаптаций, с которыми справились не все.
Как появились кости в плавниках
Для начала необходимо было обзавестись прототипами конечностей будущих тетрапод. С этим успешно справились кистеперые рыбы. Как известно, любые новые свойства, появляющиеся у живых организмов, должны сразу же быть поддержаны естественным отбором, то есть сразу же обязаны приносить пользу. Как же в плавниках появились кости?
Плавая, рыбы используют грудные и брюшные плавники для маневрирования. Очевидно, что плавники должны быть достаточно жесткими, чтобы противостоять давлению при быстром движении в водной среде. Рыбы решали эту задачу по разному. Например, у самых распространенных в наше время рыб - лучеперых: карасей, сельдей, щук, барракуд и других - плавники содержат жесткие и эластичные костяные или хрящевые лучи-радиалии. У акул структура плавника укреплена хрящевой тканью, а у современных лопастеперых рыб полиптерусов в плавниках находятся настоящие кости, сходные с теми, которые появились у древних кистеперых рыб.
Скелет головы рыб сложен и своим происхождением обязан панцирю древних агнат, бесчелюстных рыб, покрытых броней. Панцирь превратился в череп со всеми его особенностями строения. Кости черепа древних рыб оказались эволюционно пластичными. Скелет нашего плечевого пояса возник из отдельных костей жаберных дуг. Скелет же тазового пояса явился следствием развития среднего отдела позвоночника древней рыбы. Так, из-за необходимости быстро маневрировать в воде, мы обзавелись нашими руками и ногами.
Как рыбы научились дышать воздухом
Вы задумывались, откуда взялись наши легкие? Это видоизмененный плавательный пузырь древних рыб. Задача дыхания - снабжать кровь кислородом. Кислород проникает в кровь через поверхность тела. Лягушки получают большую часть кислорода через кожу. Рыбы и мы с вами - через специальные органы, площадь поверхности которых сопоставима с площадью кожи или превышает ее. У рыб это жабры, снабженные множеством пластин или отростков, пронизанных кровеносными сосудами. У нас - ветвистые легкие, через которые проходит кровь, обогащаясь вдыхаемым нами кислородом.
А откуда взялся плавательный пузырь, и почему он превратился в легкие? Плавательный пузырь - отросток пищевода рыб, специально предназначенный для регуляции плавучести. Тяжелые панцирные рыбы, чтобы легче плавать, видимо, заглатывали воздух с поверхности воды. Воздух содержался в пищеводе. Случайная мутация, карман, клапан или просто расширение пищевода, оказалась удачной и быстро закрепилась, развившись в специальное отделение - плавательный пузырь. Судя по различиям в строении, плавательный пузырь возникал несколько раз у разных групп рыб, у акул и скатов так и не появился, поэтому чтобы всплыть, они вынуждены двигаться.
Рыбе было бы все равно, где дышать, в воздухе или под водой. Жабры и кожа способны усваивать кислород из воздуха, но они быстро высыхают, а высохшие клетки мертвы и неспособны усваивать кислород. Вот почему лягушки всегда влажные или мертвые. В водоемах, бедных кислородом, современные рыбы всплывают к поверхности, чтобы "глотнуть" воздуха. Этот воздух попадает в плавательный пузырь и используется не только для регуляции плавучести, но и для дыхания, ведь в пузыре тоже находятся клетки эпителия, способные усваивать кислород.
Плавательный пузырь вовсю используется для дыхания некоторыми современными рыбами, а у двоякодышащих и вовсе превратился в полноценные легкие. Плавательный пузырь наших предков по стечению обстоятельств оказался парным органом (впрочем, как и у некоторых двоякодышащих), из которого развились наши парные легкие.
Как плавники стали ногами
Сам факт того, что рыбы научились дышать атмосферным воздухом, подсказывает нам характеристики их среды обитания. Как и в современном нам мире, бедны кислородом болота, заводи с медленным течением и старицы рек. Именно там, скорее всего, и жили предки четвероногих, что подтверждает находка тиктаалика именно в отложениях древней речной дельты.
Однако это не объясняет развития сильных ног с пальцами. Но если мы внимательно изучим подобные места, существующие ныне, мы обнаружим кое-какие свидетельства, позволяющие сделать определенные предположения о развитии ног.
Быстро текущая вода приносит в омуты и заводи коряги, камни и другой мусор, часто создающий на дне настоящие завалы. В болотах и старицах скапливаются стволы медленно гниющих (из-за недостатка кислорода) стволов растений. Пробираться через такие завалы сложно, сложно подкрасться к бдительным личинкам насекомых, живущих в этой среде. Наши предки смогли эффективно охотиться в этих условиях, начав активно использовать грудные и брюшные плавники.
Водные животные часто ориентируются при помощи органов осязания, регистрирующих малейшие изменения давления воды, возникающей при движении хищника. Рыба, извиваясь всем телом, создает возмущения давления и любая личинка насекомого торопится скрыться, почувствовав приближение хищника. Поэтому современные придонные хищники как правило охотятся из засады, ожидая часто целыми днями, пока жертва проползет мимо, затем внезапно делая бросок и хватая жертву.
Тритон или другое водное четвероногое может позволить себе осторожное передвижение при помощи лап, активно (ну сравнительно активно) патрулируя территорию, разыскивая пищу и подкрадываясь к ней. Также, видимо, охотились наши предки. Пробираясь среди завалов и зарослей древних заводей и болот, они работали плавниками. Те, у кого плавники имели меньшую поверхность, получали преимущество, меньше возмущая давление, поэтому лопасть плавника постепенно уменьшалась. В конце концов плавник расщепился, потеряв перепонку. Появились пальцы, с помощью которых можно было эффективнее использовать рельеф местности, лучше цепляться и толкаться.
А про важность шеи обычно забывают
Еще одним важным нововведением была, как ни странно, способность двигать головой отдельно от туловища, то есть появление подвижной шеи. Рыбы шеи не имеют, маневрируя в воде всем туловищем. А в условиях, в которых жила, например, акантосега, двигать шеей было важно. В прибрежных завалах, где чуткая добыча могла убежать при любом неосторожном движении, шея позволяла быстро схватить жертву, быстро направив голову в нужную сторону. Рыбы так не могут.
Тем не менее рыбы по своему решают эту проблему, охотясь в зарослях камыша или в подводных завалах. Но именно шея позволила нашим предкам эффективно охотиться на суше. Представьте себе, что Вы - сухопутная рыба, а мимо Вас ползет червяк. Чтобы схватить червяка, не имея шеи, вам придется маневрировать всем телом, а пока Вы торопливо переставляете неуклюжие плавники, уползет даже улитка, не то что резвый червяк.
Возможно, на сушу пытались выйти рыбы, лишенные шеи. Однако они, несомненно, потерпели поражение в конкурентной борьбе, уступив тем, кто мог двигать головой.
Кстати, здесь же стоит сказать и о голове, ставшей плоской. Собственно плоская голова не редкость и у нынешних водных хищников. Она развивается у придонных засадных хищников и у тех, чьей добычей, напротив, становятся насекомые и другие твари, приближающиеся к поверхности воды или падающие на нее. Это еще один аргумент в пользу того, что наши предки перестали активно плавать в толще воды и стали жить в мелких водоемах со спокойной водой.
Так кто же когда и кто за кем?
Прежде, чем шагнуть на берег и освоиться на суше, предок всех тетрапод уже умел дышать воздухом, толкаться развитыми лапами, вертеть головой и, скорее всего, утратил жабры. Кого же мы можем считать первым истинно наземным животным, из известных науке?
Вот линия наших предков, согласно современным исследованиям:
- Эустеноптерон. Очень распространенная в начале девонского периода рыба, обладавшая скелетом конечностей. Кости плавников пока еще не были объединены в плечевой и тазовый пояс.
- Пандерихтис. Голова пандерихтиса уже становится уплощенной, он переходит жить в среду, в которой позже возникнут наши предки.
- Тиктаалик. Обитатель речной дельты. Он уже обладал шеей, обзавелся ключицами и тазовыми костями. Вполне вероятно, он мог выбираться на берег и перемещаться в старицы, заболоченные рукава дельты, отделенные от основных проток.
- Акантостега. Все еще помогала себе жабрами при дыхании, но ее плавники уже превратились в ноги, пока еще семипалые.
- Ихтиостега (отсутствует на иллюстрации). Утратила жабры и чешую, обладала вполне выраженными костями плечевого пояса и таза. Не вызывает сомнений, что ихтиостега могла передвигаться по суше, однако большинство ученых склоняются к тому, что основной средой ее обитания была вода.
- Педерпес первое настоящее сухопутное животное, несомненно обладавшее всеми чертами, присущими современным земноводным. От ихтиостеги его отделяет промежуток в 20 миллионов лет, пока не заполненный окаменелостями.
Вот так выглядит путь рыб на сушу в палеонтологической летописи. При этом мы не отразили здесь ряд находок, сделанных китайскими и российскими учеными в последние годы, не привели некоторые известные давным-давно виды ископаемых животных. Дело в том, что недостающих звеньев стало слишком много, и каждая из вновь найденных переходных форм не добавляет ничего принципиально нового к картине заселения суши.
Упомянутые животные тоже могут быть тупиковыми ветвями, не оставившими потомков, скорее всего, так и есть. Шансы на то, что мы отыщем останки именно нашего пра- пра- пра- ...дедушки мизерны. Однако мы можем быть совершенно уверены, что у тиктаалика и нас с Вами был общий предок, очень похожий на тиктаалика и являющийся его ближайшим родственником. Так что можно заключить, что имеющиеся в наличии ископаемые освещают все этапы выхода рыб на сушу, предоставляя доказательства блестяще предсказанных Дарвином этапов эволюции.
Подписывайтесь на наш канал, вы найдете здесь много интересных авторских материалов по палеонтологии, антропологии, археологии и общей философии, узнаете о новостях науки и прочитаете опровержения сенсационных заявлений РенТВ!
Мы будем рады и благодарны Вам за лайки и репосты!
