Сегодня живые организмы населяют всю поверхность суши и прилежащие воздушное пространство. Но прежде, чем пойти и полететь, надо сначала встать. Об опоре, которая помогает живым существам держаться вертикально, мы сегодня и поговорим.
В предыдущей части я указывал, что живые организмы представляют собой, очень огрубляя, банки, наполненные жидкостью. Удержание в вертикальном положении твёрдых тканей и подача наверх физиологических жидкостей — это две разных задачи. Для нормальной жизни на суше надо решить их обе.
* * *
Первый ответ жизнь нашла почти сразу. Древесина. Прочная и упругая ткань, способная выдерживать чудовищную нагрузку. Крупнейшие современные деревья — секвойи и секвойядендроны — достигают высоты в 115 метров и массы почти в 2000 тонн. Ни один другой одиночный организм неспособен даже приблизиться к таким параметрам.
Древесина является естественным развитием клеточной стенки. Стенки, состоящие из целлюлозы были общей чертой всех растительных клеток с древнейших времён — когда вся жизнь ещё ютилась в море. Поэтому после выхода на сушу решение нашли быстро. Если первые сухопутные растения известны из отложений позднего силура, то к концу следующего, девонского периода появляются уже настоящие деревья. Путь занял не более 70 миллионов лет. С тех пор ничего столь же революционного в области опорных технологий растения уже не производили.
Древесина позволяет растению тянуться к свету, опережая конкурентов, и подводит к ветвям и листьям воду. Она совершенно не питательна и защищает от травм. Но она не позволяет растению двигаться. Впрочем, для автотрофов это не столь существенно.
* * *
Животные, в отличие от растений, экспериментировали с различными типами скелетов уже в море. Там он требовался для защиты и как опора для двигательной мускулатуры.
Самый простой, нерасчленённый скелет — по типу раковины — на суше оказался малоприменим. Как и древесина, он несовместим с активным передвижением, а животным оно необходимо. Сейчас среди сухопутных обитателей раковину используют только улитки, но опорную функцию она у них не несёт.
* * *
Другой вариант — наружный скелет. Им обзавелись членистоногие. В воде он позволяет им вести активный образ жизни, достигая сравнительно крупных размеров. Но на суше все членистоногие — маленькие.
Причин тому много. Главная — недостатки дыхательной системы большинства наземных членистоногих. Но и наружный скелет играет свою отрицательную роль. Он жёсткий, но хрупкий. А на каждую броню найдётся свой молотобоец — рак-богомол не даст соврать.
В случае же серьёзного повреждения панциря у крупного членистоногого возникают большие проблемы. Их скелет — это и защита, и опора для мышц, и оболочка, удерживающая жидкую среду организма (а кровеносная система у них незамкнутая). Очень неосмотрительно возлагать столько важнейших функций на одну систему органов, которая к тому же и расположена снаружи.
Среди позвоночных неоднократно появлялись формы, которым требовался внешний панцирь. И каждый раз они эту проблему как-то решали. Очень редко они использовали для этого кости и никогда не затрагивали кровеносную систему. Подобное решение представляется более надёжным.
Вторая проблема для существ с экзоскелетом — линьки. Чтобы достичь крупного размера, они должны расти, а значит сбрасывать время от времени старый скелет. Пока не затвердеет новый, животное остаётся беззащитно. А найти надёжное укрытие — заметная проблема для крупного существа.
Конечно, она решаема. Медведи ведь как-то находят себе убежища для спячки. Только берлоги зимой никто специально не ищет. Разбуженный до срока медведь — это проблема для незадачливого охотника, а вовсе не сытный обед. Мясистый и беззащитный рак или паук — совсем другое дело.
* * *
Последний и самый удачный вариант опорной системы — внутренний сочленённый скелет. Та самая черта строения, что позволила позвоночным зарезервировать за собой на суше все экологические ниши среднего и крупного размера.
Ключевое слово здесь "сочленённый". Древнейшие позвоночные могли похвастаться лишь скелетом из хрящей и отдельных, плохо связанных между собою костей. Акулы обходятся таким и сейчас. Но более прогрессивные группы обзавелись чисто костным скелетом, дающим надёжную опору для мышц.
Но то рыбы. Перед сухопутными позвоночными встала новая задача: их скелет должен был выдерживать вес тела.
Как минимум, это означало появление мощных рёбер. Они оберегали внутренние органы от сдавливания и позволяли сделать вдох. Без них делать на суше было нечего, поэтому четвероногие обзавелись ими практически сразу. Позже, по мере развития конечностей, их получилось заметно облегчить.
Дальнейшее развитие требовало перенести вес тела на ноги. Это позволило бы при передвижении тратить энергию не на постоянный отрыв тела от земли, а на что-то более полезное. Например, на бег. И здесь нужны были суставы особого рода.
Обычно связки и суставы обеспечивают подвижное сочленение костей. Но у четвероногих перед суставами ног, поясов конечностей и позвоночного столба встала задача поистине ТРИЗовская. Они должны были быть подвижными, чтобы животное могло перемещаться, и неподвижными, чтобы нести вес тела.
Выход нашли также по ТРИЗу. Суставы оставались в основном подвижными, но в некотором положении смыкались в жёсткую несущую конструкцию. Решение имело свою цену: какие-то движения стали для суставов в принципе недоступны. Даже так поиск волшебной конфигурации заняло многие миллионы лет.
Только в конце триасового периода, через 150 миллионов лет после выхода четвероногих на сушу, появляются формы, передвигающиеся на полностью выпрямленных конечностях. Что характерно, возникли они практически одновременно среди завроморфов (архозавров) и синапсид. Тогда же в обеих группах появляются первые настоящие гиганты. Но если для синапсид это оказалась лебединой песней, то у динозавров всё только начиналось.
Платеозавр (динозавры) и лисовиция (дицинодонты). Крупнейшие сухопутные существа позднего триаса достигали примерно одного размера и, возможно, даже встречались. Но позиции дицинодонтов к тому времени были серьёзно подорваны, и вскоре они вымерли, тогда как динозавров ожидало большое будущее.
* * *
И последнее соображение: а может ли крупное сухопутное существо обходиться вообще без опорных органов? Теоретически да. Осьминоги ведь могут некоторое время ползти по суше. Практически же такие организмы сами закрывают для себя третье измерение, а значит заранее проигрывают в конкурентной борьбе тем, кто его освоит. Среди растений от опорных структур избавились вьюны и лианы — они фактически паразитируют на других видах. Животных же с подобной стратегией просто не нашлось.
#эволюция #макроэволюция #СпекулятивнаяБиология #СпекЭво