У большинства обывателей наука палеонтология часто ассоциируется со скелетами. Скелеты динозавров, мамонтов, древних амфибий и прочих удивительных существ действительно являются объектами изучения палеонтологии, по которым мы можем воссоздать внешний вид, образ жизни древних животных и их рацион. Но вот интересно: как так получилось, что у животных в принципе есть скелеты, наружные или внутренние, позволяющие им окаменевать и преподносить палеонтологам хорошо сохранившиеся свидетельства эволюции? В сегодняшней нашей статье, мы разберёмся, что привело к появлению скелетного строения.
Скелет — это не только то, что есть у нас, у гордых позвоночных. Раковина улитки, панцирь рака, панцирь морского ежа — это тоже скелет. Но, что самое удивительное, все это разнообразие скелетов появилось практически одновременно. В начале кембрийского периода произошло событие, которое палеонтологи называют кембрийским взрывом, когда в течение 20–30 миллионов лет — а это по геологическим меркам очень короткий срок — появились все современные типы организмов: и моллюски, и членистоногие, и позвоночные, и иглокожие, и многие другие — все как раз с минеральным скелетом, причем он мог быть различного состава. У нас, позвоночных, это фосфат кальция в чистом виде. У многих беспозвоночных, например, морских ежей или моллюсков, это кальцит, немного разный по составу — у кого-то больше магния или стронция и в зависимости от этого, соответственно, меняется крепость скелета.
Кстати, мы очень хорошо знаем такой материал, как арагонит, хотя сами его не производим, но очень любим им пользоваться. Потому что арагонитовые кристаллы, благодаря матрице, на которой растет скелет, который создают, скажем, моллюски, получаются в виде таких тонких структур, которые очень хорошо и много раз отражают лучи света. И получается очень красивая блестящая матовая поверхность, которую мы называем перламутром.
Перламутр — это очень крепкий арагонитовый скелет, потому что арагонитовые пластинки выдерживают давление в несколько атмосфер.
Если такую небольшую пластинку взять и попытаться на нее нажать, то ее непросто сломать, хотя она максимум всего в несколько десятков микрон толщиной. Причем, если взять целый скелет, который состоит из многих таких пластинок, окажется, что его тоже очень сложно раздавить. Раковина кажется тоненькой, но на самом деле, чтобы ее сломать, надо прилагать очень мощные усилия. Почему? Потому что каждая такая пластинка на самом деле не является отдельным кристаллом, а она является целой системой мелких кристаллов, кристаллитов, которые проложены очень тонкими органическими слойка́ми.
Все эти кристаллиты тоже состоят из наногранул, которые проложены органическими слойка́ми. И когда на раковину оказывается давление — в природе часто это делают раки, которые охотятся на двустворок, ломают их клешнями, или какие-нибудь рыбы типа скатов, которые двустворчатых моллюсков выкапывают из морского дна и пытаются их сдавить своими плоскими зубами, — то это оказывается не так просто. Потому что эти кристаллиты начинают свободно разъезжаться, и оказывается, что раковина, которая кажется куском камня, на самом деле очень пластична, поэтому не ломается и выдерживает давление в несколько атмосфер, а то и несколько десятков атмосфер. Для того чтобы раздавить известковую раковину, нужны более крепкие фосфатные зубы, как у упомянутых выше скатов, ибо их зубы выдерживают давление уже не в несколько десятков, а в несколько сотен атмосфер. То есть, чтобы раздавить один зуб, нужно уронить на него танк с пятого этажа, и только тогда он превратится в порошок, если это, конечно, нормальный крепкий зуб, а не поврежденный кариесом.
Учёным известно, что известковые и фосфатные скелеты появились одновременно? Первые — для того чтобы защищаться, а вторые — чтобы давить. Получилось именно так, ибо если организм очень быстро двигается, то у него внутри вырабатывается достаточно большое количество молочной кислоты, соответственно, среда подкисляется, а если среда подкисляется, то известковый скелет начинает быстро растворяться. Фосфатный эту повышенную кислотность выдерживает. Это незначительное, конечно, повышение кислотности, на 1–2 знака, но тем не менее для организма это очень много. То есть известковый скелет растворится, а фосфатный будет цел и невредим.
И вот получается, что естественный отбор распорядился таким образом, что фосфатные скелеты стали использоваться хищниками, а известковые - тем, кому от них надо защищаться.
Если мы вернемся к истокам скелетной жизни и посмотрим, что происходило, то мы действительно увидим, что часть организмов, которая предпочитала пассивный образ жизни, могли быть фильтраторами, малоподвижными растительноядными организмами, малоподвижными донными хищниками, и им, соответственно, хватало известкового скелета: он менее затратный по отношению к фосфатному. А те, кто быстро двигался, — крупные хищные, членистоногие и наши предшественники, первые позвоночные, — приобрели фосфатный скелет. Но так сложилось, что у членистоногих скелет находится снаружи, а не внутри. Поэтому членистоногие могут расти только до определённого предела (ведь скелет их сдерживает), потому что все время надо самому, чтобы вырасти, этот скелет немного растворять, а затем "дорастать" до нового, увеличенного размера. Но животное с растворённым скелетом становится лёгкой добычей, чем очень многие, скажем, те же рыбы, пользуются. Они знают, примерно вычисляют периоды, когда раки, живущие в той части водоема, где они сами живут, должны линять, — как правило, это происходит сразу, у многих раков практически синхронно. Тогда раков можно вытащить и съесть и они ничего сделать не смогут, потому что у них нет минерализированных челюстей.
Позвоночные, которые начали строить фосфатный скелет внутри, приобрели возможность не только хищничать, как им хочется, но еще и расти в довольно больших размерах.
Потому что самые крупные позвоночные хищники за всю историю — это гигантские ихтиозавры, плезиозавры, мозазавры, которые часто достигали размеров где-то 12–14 метров, даже гигантские акулы типа мегалодона.
То есть мир животных стал скелетным примерно 540–520 миллионов лет назад именно за счет того, что в природе появился хищник — он и стал двигателем прогресса.
Появляется новая, все более подвижная, более быстрая группа хищников и стимулирует — во всяком случае, это происходит в океане — эволюцию животных, которые в океане живут. Поэтому организмы вынуждены лучше защищаться, то есть отращивать себе шипы, бугорки на раковинках, устраивать более сложные замки, которые не пускают никого в эту раковину, а хищники, соответственно, отращивают все более и более мощные зубы. И с каждой эрой, соответственно, становится все меньше малоподвижных организмов (в относительном соотношении уж точно), все больше становится самых разнообразных хищников, потому что из хищников можно выстроить очень длинную цепочку, где каждый более крупный хищник ест более мелкого.
Это напоминает картину художника Питера Брейгеля Старшего, где показаны рыбы, съевшие других рыб. Но самую большую хищную рыбу пытаются разделывать сверххищники - люди.
Автор статьи: Viggo Jackson
#эволюция #животные #биология #интересные факты #наука #анатомия
