В 1799 году заведующий отделом естественной истории Британского музея был озадачен, когда получил странный экземпляр. Он выглядел как шкура бобра, грубо пришитая к клюву утки.
Учёный внимательно изучил находку, подробно описал её особенности и признался, что почти не верил собственным глазам: клюв казался слишком реалистично присоединённым, чтобы быть подделкой.
Однако это не было мистификацией. Так состоялась первая встреча европейской науки с утконосом — пушистым, ядовитым млекопитающим, откладывающим яйца.
Этот биологический парадокс — живое напоминание о наших самых древних предках, прямой потомок первых млекопитающих, ступивших на Землю.
Его существование поднимает важнейший эволюционный вопрос: как яйцо — столь радикальное изобретение, позволившее жизни выйти на сушу, — оказалось отвергнутым большинством млекопитающих, включая человека?
Ответ на этот вопрос — путешествие через сотни миллионов лет климатических катастроф, генетических преобразований и случайной встречи с доисторическим вирусом.
Древнее яйцо, покорившее сушу
Первые яйца откладывались в воде задолго до того, как утконос ввёл натуралистов в замешательство. Эти первобытные яйца, подобно яйцам современных лягушек, были покрыты желатиновой оболочкой.
Такая оболочка была хорошей средой для эмбрионов, но имела один существенный недостаток — она требовала постоянного присутствия воды, иначе зародыш высыхал.
Поэтому первые четвероногие позвоночные — тетраподы — были связаны с водной средой.
Примерно 385 миллионов лет назад, в девонский период, эти существа начали осваивать сушу, вероятно, привлечённые изобилием насекомых и паукообразных.
Но для полноценной жизни на суше им нужно было решить главную проблему — как сохранить эмбрионы влажными в сухом мире.
Одним из первых, кто преодолел этот барьер, стало небольшое животное под названием Казинерия, жившее около 334 миллионов лет назад на территории современной Шотландии.
Она сочетала в себе черты амфибий и рептилий — важнейший шаг в переходе от воды к суше.
Затем последовало великое изобретение — амниотическое яйцо.
Это был новый тип яйца с плотной, кожистой и пористой оболочкой. Такая скорлупа защищала эмбрион от внешних воздействий и болезней, позволяя при этом газообмену.
Внутри яйца находилась закрытая система из жидких оболочек, — своего рода «внутренний пруд», где развивался зародыш. Это означало, что эмбрион больше не зависел от внешней воды.
Благодаря этому гениальному шагу первые амниоты освободились от водной зависимости.
Это преимущество стало особенно важным во время краха карбоновых дождевых лесов, когда влажные болота Земли начали высыхать.
Многие амфибии, всё ещё зависящие от воды, вымерли. Но амниоты, обладая собственными «переносными водоёмами», распространились и покорили сушу.
Две эволюционные линии древнего яйца
История яйца затем сделала новый поворот. Примерно 315 миллионов лет назад амниоты разделились на две крупные ветви, обе из которых существуют и сегодня.
Одна ветвь, сауропсиды, дала начало рептилиям, динозаврам и впоследствии птицам.
Другая, синапсиды, стала предками всех млекопитающих.
Обе группы начинали с мягких, кожистых амниотических яиц. Но такие яйца плохо сохраняются, поэтому в палеонтологической летописи существует «пробел в истории яйца».
Первые надёжные окаменелые яйца амниотов принадлежат динозавру Mussaurus и датируются примерно 193 миллионами лет назад, что оставляет около 100 миллионов лет неизвестной истории.
Палеонтологи заполняют этот пробел с помощью метода филогенетического обрамления. Все амниоты — рептилии, птицы и млекопитающие — имеют общего предка, который несомненно откладывал амниотические яйца.
Самое древнее бесспорное ископаемое амниота — Hylonomus, небольшое ящероподобное существо возрастом около 310 миллионов лет, найденное в Новой Шотландии.
Это означает, что яйцо появилось ещё раньше — именно тогда началось расхождение двух линий.
Сауропсиды (предки рептилий, динозавров и птиц) в основном сохранили яйцекладку. Некоторые, как черепахи, остались при мягкой оболочке, другие — как динозавры и птицы — добавили кальций, образовав твёрдую скорлупу, знакомую нам сегодня.
Синапсиды (предки млекопитающих) пошли гораздо более сложным путём. За миллионы лет они превратились из чешуйчатых, похожих на рептилий существ в тёплокровных и покрытых шерстью животных.
Более того, они развили молочные железы. Первоначально эти железы, возможно, выделяли влагу, чтобы сохранять кожистые яйца влажными на суше. Позднее это выделение превратилось в молоко, предназначенное для вскармливания потомства после вылупления.
Почему большинство млекопитающих перестали откладывать яйца
Примерно 186 миллионов лет назад часть синапсидов отделилась в группу монотремов — к ней принадлежат утконос и ехидны.
Это последние из ныне живущих млекопитающих, которые по-прежнему откладывают яйца, сохраняя черты наших древнейших предков.
Например, самка утконоса некоторое время удерживает оплодотворённые яйца в теле перед тем, как их отложить.
В этот период эмбрионы получают питательные вещества от матери, и к моменту откладывания настолько развиты, что вылупляются менее чем через две недели.
Такой способ размножения — переходная форма между яйцекладкой и живорождением.
Затем появились терии — предки всех плацентарных млекопитающих и сумчатых — около 160 миллионов лет назад.
Переход от яйцекладки к сложной беременности плохо отражён в окаменелостях, но следы этого процесса сохранились в нашей собственной биологии.
Те же самые оболочки амниотического яйца — амнион, хорион и аллантоис — присутствуют и у млекопитающих, которые рождают живых детёнышей.
У человеческого эмбриона, например, хорион и аллантоис срастаются, образуя плаценту — орган, соединяющий мать и ребёнка. Это показывает, что незначительные генетические изменения позволили использовать прежние биологические структуры в новых целях.
Но самая удивительная часть этой истории связана с вирусом. Учёные обнаружили, что белки, играющие решающую роль в формировании плаценты — синцитины, — не возникли у млекопитающих изначально.
Они происходят от древнего ретровируса, который заразил одного из наших предков более 190 миллионов лет назад, внедрив свой генетический код в ДНК хозяина.
Миллионы лет спустя этот вирусный код был повторно использован: белки, которые раньше помогали вирусу строить внешнюю оболочку, теперь помогали клеткам млекопитающих сливаться и формировать плаценту.
Эта древняя вирусная инфекция могла стать ключевым событием, позволившим млекопитающим развивать потомство внутри тела и окончательно отказаться от яйца.
Заключение
Эволюция яйца с твёрдой оболочкой стала поворотным моментом в истории жизни, позволив амниотам выжить в меняющемся мире.
Пока сауропсиды (предки рептилий, динозавров и птиц) довели до совершенства внешний способ размножения с откладыванием яиц, приводя к невероятному разнообразию этих групп, синапсиды пошли другим путём.
Благодаря длительному удержанию яиц внутри тела, переиспользованию эмбриональных оболочек и случайной вирусной мутации, предки большинства млекопитающих перешли к живорождению.
Так что, когда вы в следующий раз увидите куриное яйцо, вспомните его 300-миллионолетнюю историю.
А когда зададите себе один из «вечных вопросов» — «что появилось раньше, курица или яйцо?» — вы сможете уверенно ответить:
сначала было яйцо.
И частица древнего вируса, помогшего нам от него отказаться, всё ещё живёт в каждом из нас.