Добро пожаловать в царство грибов! Да, вытянутые конусы на реконструкции выше - это грибы - прототакситы. Именно им выпала честь стать первыми сухопутными гигантами Земли. И именно грибы в большей степени сформировали современную наземную фауну. Но, обо всём по порядку.
Когда жизнь поселилась на земле? Долгое время считалось, что океан - колыбель жизни, однако в последнее время всё больше исследований говорит о том, что жизнь появилась в грязевых источниках на суше, а не в воде.
Как бы там ни было, довольно быстро одноклеточные анаэробы засели в воде, спасаясь от опасного ультрафиолета. Лишь с момента появления кислорода, начинает формироваться озоновый слой, защищающий от УФ-лучей и, чисто теоретически, жизнь уже могла бы выйти на сушу, но не буду перегружать статью измышлениями, только палеонтологические факты.
Первое прямое свидетельство наземной жизни появляется около 1,2 млрд лет назад. Остатки цианобактерий были найдены ещё в 1994 году. Ничего удивительного в этом нет, цианобактерии (которые большинству известны как синезелёные водоросли) и по сей день существуют приблизительно в том же виде, что и млрд лет назад и так же могут жить на скалах, например.
Около 1 млрд лет назад на суше обнаруживаются и первые водоросли, считаются что это одноклеточные с полностью сформированным ядром. Для того, чтобы переселиться из воды необходимо было защититься от пересыхания и нарастить кутикулу. В современности и это встречается, например зеленая водоросль - трентеполия ведёт полностью наземный образ жизни. Эти водоросли отличают очень толстые клеточные стенки и запас питательных веществ.
Следующими переселенцами на сушу стали грибы. В 2021 году в Китае обнаружены нитчатые окаменелости, которые опознали как грибы со спорами и самое интересное - эти споры найдены в наземных отложениях возрастом 635 млн лет. Т.е. грибы вышли на сушу ещё до возникновения загадочной Эдиакарской биоты. И совместно с цианобактериями начали формирование первых почв.
Важнейшим этапом становления жизни на Земле, в том виде, что мы знаем, считается выход на сушу растений. Установлено, что получилось это только благодаря симбиозу с грибами. Дело в том, что у растений ещё не было корней, способных усваивать питательные вещества из почвы. Для закрепления в грунте они использовали нитевидные структуры - ризоиды.
Именно на ризоидах первых наземных растений обосновались микоризные грибы, а способность самостоятельно всасывать вещества из почвы развилась позже. Однако и сейчас для большинства современных растений всасыванием воды, минеральных солей и микроэлементов занимаются грибы, взамен получающие питательные вещества от дерева. Причём сеть микоризных грибов в миллионы раз превосходит общую поверхность корней.
Древнейшее найденное растение относится к средине Ордовикского периода (485-444 млн лет назад) - мох печёночник, произошедший непосредственно от многоклеточных водорослей. Причём в найденных отложениях опознано 5 разных родов, значит впервые мох появился ещё в начале Ордовика.
В следующем Силурийском периоде (444-419 тыс. лет назад) на суше появляются примитивные сосудистые растения, к которым в настоящее время относятся все высшие растения, кроме мхов.
Но для того, чтобы по настоящему захватить землю, растения проделали долгий путь, основанный на изменении системы размножения. Представленные на реконструкции выше первые сосудистые полностью исчезли, проиграв эволюционный спор растениям, научившимся прятать семена, ведь любое неблагоприятное событие просто уничтожало будущие поколения, срывая недозревшие семена с куксонии и ей подобных.
Первыми наибольшего рассвета достигли папоротниковые, которые в далёком Карбоне (299-359 млн лет назад) превратились в высокие деревья, не то чно ныне.
Вслед за растениями последовали членистоногие. Самым древним из найденных является скорпион - Parioscorpio venator из отложений раннего Силура (ок. 437 млн лет назад) в США. Учёным удалось определить в окаменелостях строение кровеносной системы, которое свидетельствует о наличии лёгочных мешков.
Однако не все согласны с этой точкой зрения. Останки скорпионов часто находят в отложениях мелководных солёных водоёмов, что может говорить о том, что скорпионы достаточно долго оставались привязаны к воде. Но если кого-то нашли в воде - это не значит, что он там жил, тем более ни жабер, ни плавательных ног, ни каких-либо других водных адаптаций у ранних скорпионов не обнаруживается.
*Дополнено после публикации: меня поправили, в статье я опиралась на оригинальную работу по скорпиону Parioscorpio venator 2020 года. Но в 2021 году окаменелости переизучили и разжаловали из скорпионов, в вымершую группу членистоногих.
Кто точно одними из первых освоили сушу были многоножки и пауки. Панцирные пауки, обнаруженные в слоях с датировкой 410 млн лет (Девонский период 359-419 млн лет назад) развили лёгочные мешки из жаберных ножек, чтобы не пересохнуть при выходе на сушу такие ножки прятались внутрь тела. Теперь у всех пауков лёгкие состоящие из многочисленных пластин - жаберных лепестков.
Если допустить, что скорпионы произошли в воде, а не от общего предка с пауками, перешедшего к жизни на суше, то придётся признать, что лёгочные мешки у хелицеровых независимо развились дважды.
Предположительно от небольшого рачка, переселившегося на сушу, происходят насекомые. И уже в Каменноугольном периоде (359-299 млн лет назад) на земле началась эра гигантских насекомых.
Почему именно членистоногие первыми вылезли на сушу? Всё просто - у них был надежный внешний скелет - кутикула, поддерживающий тело и не дающий ему высохнуть. Эти животные оказались идеально подготовленными для суши.
Последними на сушу проникли позвоночные.
С какими проблемами столкнётся рыба, собравшись прогуляться по берегу? Ну из очевидного - у неё нет ног, она не сможет дышать (если, конечно, она не относится к двоякодышащим) и она высохнет. Эту проблему начали решать кистепёрые рыбы, но совершенно в других целях.
В девонском и каменноугольном периоде (Карбоне) деревья достигали огромных размеров, их было очень много, но не все из них могли похвастаться развитой корневой системой. С этим связывают огромное количество упавших деревьев, которые и образовали большую часть современного каменного угля.
Обилие деревьев и их корни начали задерживать в почве большее количество воды и водоёмы начали мельчать.
Когда дерево падает в воду, начинается процесс гниения, в процессе которого активно расходуется кислород. А теперь представьте себе мелководный водоём, в котором одномоментно гниют сотни деревьев. Волей не волей рыбе приходится искать пути добычи кислорода из воздуха и возникают рыбы с двойной системой дыхания: и жабры и лёгкие.
Активно плавать в замусоренных водах - занятие не то, чтобы очень удобное, да и для выныривания из воды необходимо как-то над этой водой подняться. И у рыб начинают формироваться мясистые плавники с косточками внутри.
Так же, развитию и закреплению обеих мутаций могло способствовать и проживание в периодически пересыхающих водоёмах. Но у такого сценария есть существенный минус - большинство современных рыб и амфибий, поставленных в подобные условия, при пересыхании водоёма просто зарываются во влажную глину и впадают в спячку, а не шастают по соседним водоёмам, которые, скорее всего, так же пересохли.
Ещё одним плюсом, способности передвигаться вне воды на небольшие расстояния, является сохранение потомства. Ведь можно "перешагать" в близлежащую отдельную заводь и отложить там икру, вне доступа хищников из родного водоёма. Таким образом, выживаемость потомства таких рыб увеличивается по сравнению с обычными рыбами.
Первую рыбу, которую смело можно назвать переходным звеном от рыбы к земноводному зовут Тиктаалик (жил 376-383 млн лет назад):
Для описания передаю слово первооткрывателю тиктаалика, потратившему 10 лет жизни на его поиски:
Открытое нами существо стирало грань между рыбами и наземными позвоночными. Как рыба, оно было покрыто чешуёй и имело перепончатые плавники. Но голова у него была плоской, как у наземных позвоночных, а ещё у него была шея. Внутри передней пары его плавников находились кости, соответствующие плечевой, локтевой и лучевой и даже некоторым костям запястья. Эти кости были к тому же соединены суставами: перед нами рыба с плечевым, локтевым и лучезапястными суставами!
"Внутренняя рыба" Нил Шубин
Стоит отметить, что в Девоне несколько групп кистепёрых рыб независимо стали земноводными и попытались перейти в настоящие тетраподы (четвероногие). И наряду с настоящими тетраподами некоторое время существовали несколько сходных полуводных животных.
Постепенное укрепление плавников, развитие полноценных лап и перемещение их под тело позволило уходить первым наземным позвоночным дальше. Но многое ещё привязывала к воде.
Не стоит забывать, что кожа у примитивных амфибий связана и с процессом дыхания. Поэтому пришлось перестраивать кровеносную систему, разделив артериальную и венозную кровь, сердце (у амфибий оно трехкамерное, у рептилий как бы тоже, но в желудочке возникает неполная продольная перегородка), так же необходимо было развить грудную клетку с диафрагмой для нагнетания дыхания.
Важным вопросом, являлась икра, которую надо было оставлять в воде, иначе она пересохнет. Для разрыва последней связи необходимо было "заковать" её в скорлупу, оставив внутри воду и питательные вещества. При этом скорлупа должна быть не слишком тонкой, чтобы содержимое не высохло, но и не слишком толстой, чтобы детёныш смог выбраться.
Изменение кожных покровов - влажных и богатых железами, пошло двумя путями: одни её полностью изолировали, создав роговой слой и стали рептилиями; другие модифицировали, оставив основные характеристики - так возникли звероящеры, а из них и млекопитающие. Но это уже совсем другая история.
Спасибо за внимание. Список источников в закреплённом комментарии.