Почему мы никогда не узнаем всего о динозаврах

Почему одни динозавры известны по десяткам скелетов, а другие — по одной кости? Можно ли по фрагментарным остаткам понять место вида в эволюции? И насколько вообще точна современная картина разнообразия мезозойских животных? Об этом нам рассказал биолог и палеонтолог, главный научный сотрудник Зоологического института РАН Александр Аверьянов. — Один из самых распространенных образов палеонтолога — это человек, который по одной кости восстанавливает и внешний облик животного, и его место в эволюции. Насколько этот образ соответствует реальности? — Это действительно очень расхожее представление: ученые якобы постоянно работают только с единичными костями. Конечно, фрагментарные находки есть, но есть и достаточно много полных скелетов, которые дают вполне адекватное представление об эволюции динозавров. Главная трудность в другом — в неполноте геологической летописи. Обычный человек часто спрашивает: какие динозавры жили, например, в Ленинградской области и почему их там не находят? Ответ прост: мы не знаем и, скорее всего, никогда не узнаем. Динозавры жили практически везде, но далеко не везде их остатки могли сохраниться. Чтобы животное попало в геологическую летопись, должны совпасть очень специфические условия. Чаще всего это происходит в узких зонах осадконакопления — например, в долинах рек, особенно там, где река выходит на равнину и течение становится спокойнее. В горных реках трупы и кости обычно быстро разрушаются: сильное течение, камни, механическое воздействие... На равнине, напротив, остатки могут быть захоронены осадками и при благоприятных условиях попасть в летопись. Нередко такие захоронения происходят в старицах — отрезанных руслах рек, где течение слабое. Иногда кости динозавров встречаются и в прибрежно-морских отложениях, там, где река выносит осадки в море. Но это все равно очень ограниченные по площади условия. Иными словами, геологическая летопись пишется чрезвычайно выборочно. Мы, например, практически ничего не узнаем о животных, живших в горах. Очень мало знаем о тропических областях, потому что там органические остатки быстро разлагаются, а условия для захоронения и сохранения костей крайне неблагоприятны. Кроме того, мало просто попасть в летопись: соответствующие отложения еще должны сохраниться до нашего времени, не быть разрушенными тектоническими процессами, эрозией и другими геологическими изменениями. И наконец, они должны выйти на поверхность, чтобы стать доступными палеонтологам. Поэтому мест, где действительно удается находить динозавров, сравнительно немного. Обычно это пустынные и полупустынные регионы — например, пустыня Гоби, бэдленды Северной Америки, некоторые районы Патагонии. — Получается, сама геологическая летопись дает фрагментарную картину прошлого? — Именно так. И это касается даже самых известных сюжетов. Все знают школьный ответ на вопрос, почему вымерли динозавры: упал астероид, и они исчезли. На самом деле это событие в непрерывной континентальной летописи хорошо прослежено лишь в очень ограниченном числе мест. Есть известные разрезы, где можно видеть переход от позднего мела к палеоцену: в верхних слоях мелового периода еще встречаются кости динозавров, а в вышележащих палеоценовых — уже нет. Но такая последовательность в мире только одна, на Среднем Западе США. Поэтому мы не можем с полной уверенностью сказать, что происходило в это время в других регионах Земли. Возможно, в одних местах динозавры исчезли раньше, в других — позже. Однако локальная картина часто экстраполируется на весь мир. Эту особенность важно понимать, когда мы говорим об эволюции и вымирании. — Тогда почему так часто новый динозавр оказывается новым видом? — Во многом по той же причине. Из-за неполноты геологической летописи местонахождения динозавров обычно сильно разнесены и в пространстве, и во времени. Поэтому вероятность того, что находка из нового местонахождения относится к уже известному виду, действительно часто невелика. Сейчас известно примерно 1500–2000 видов динозавров. Современных птиц, которые тоже являются динозаврами, около 10 000 видов. А динозавры существовали примерно 150 миллионов лет. Сколько видов было на самом деле, никто не знает, но, вероятно, речь идет о десятках или даже сотнях тысяч видов. То, что мы знаем сегодня, — лишь малая доля прежнего разнообразия. Поэтому если мы находим новое местонахождение, то вполне вероятно, что найденный там динозавр относится к новому таксону. Настоящие трудности начинаются в тех редких случаях, когда у нас есть много находок из одной области и примерно одного времени. Таких местонахождений немного. Это, например, позднеюрская формация Моррисон и позднемеловые формации Лэнс и Хелл-Крик в США, несколько позднемеловых свит пустыни Гоби в Монголии, раннемеловые озерные отложения Джехольской биоты в Китае. В таких случаях у исследователя появляется массовый материал, и сразу встает проблема изменчивости. — Где проходит граница между новым видом и вариацией уже известного? — Если у вас один экземпляр из одного местонахождения, вы просто описываете его признаки и фиксируете отличия. Но когда у вас много особей, нужно понимать, чем являются эти различия: это признаки разных видов или индивидуальная, возрастная, половая изменчивость внутри одного вида? Отсюда и возникает центральная проблема: что такое вид в палеонтологии? В реальной биологии вид — это важнейшая единица эволюции. Если говорить о двуполых позвоночных, то вид — это совокупность особей, способных скрещиваться между собой и генетически изолированных от других таких совокупностей. Понятно, что на ископаемом материале мы не можем напрямую проверить, могли ли эти животные скрещиваться. Поэтому в палеонтологии получила распространение более формальная практика: видом считают такую выборку экземпляров, которую можно отличить от других по набору признаков. Но этот подход не всегда имеет прямое отношение к биологической реальности, потому что он часто игнорирует изменчивость. А изменчивость может быть очень значительной. Если довести такой подход до абсурда, можно было бы, условно говоря, всех второклассников выделить в отдельный вид, поскольку они отличаются от взрослых зубной формулой (у них молочные зубы еще не заменились постоянными). Примерно так и возникают проблемы в палеонтологии: возрастные стадии, половой диморфизм или индивидуальные различия интерпретируются как новые виды. — Какие регионы особенно подвержены такому «раздуванию» разнообразия? — Прежде всего Китай, особенно знаменитая Джехольская биота. Там буквально почти каждый новый скелет описывается как новый род и вид. В результате разнообразие, на мой взгляд, завышено в несколько раз. Реально могло существовать лишь небольшое число тех видов, которые там сегодня формально выделены. Особенно наглядно это видно на птерозаврах. Например, из одной формации Дзюфотан описано несколько близких форм из одной группы тапехарид, которые, скорее всего, представляют собой не разные виды, а возрастные стадии одного вида с выраженной половой изменчивостью. Это далеко не единичный случай. Поэтому я бы сказал, что разнообразие динозавров, а особенно птерозавров, в современной литературе во многих случаях переоценено. Это касается прежде всего тех мест, где есть массовый материал из одного и того же временного интервала. — А можно ли по костям вообще восстановить место вида в эволюции? — Да, в большинстве случаев это возможно. У каждой группы организмов есть определенные таксономические признаки. Например, форма зубов уже может многое сказать: острые, уплощенные зубы характерны для одних типов питания, другие — для других. Но, конечно, дело не сводится к одному признаку. Сегодня для филогенетического анализа используют большие матрицы, включающие сотни морфологических признаков. Каждая крупная группа динозавров характеризуется собственным набором таких признаков. Когда находят новый скелет, его морфологию кодируют по этим матрицам и затем включают в компьютерный анализ. В результате программа показывает наиболее вероятное положение находки на филогенетическом дереве. Если скелет достаточно полный, можно определить его положение довольно точно. Если материал фрагментарный, то хотя бы установить, к какой крупной группе он относится. Сегодня это уже отработанная процедура, и в этом смысле серьезной методологической проблемы нет. Такой прогресс стал возможен в последние несколько десятилетий — примерно за последние 20–30 лет. Раньше динозавры были изучены куда хуже. С развитием кладистического анализа исследователи начали обращать внимание на множество морфологических деталей, которые прежде просто не учитывались. Переописали музейные коллекции, открыли огромное количество новых форм. Больше половины известных сегодня динозавров были описаны после 1990 года. Это был настоящий взрыв знаний. Еще в середине XX века специалистов по динозаврам можно было буквально пересчитать по пальцам, а сегодня ими занимаются тысячи людей по всему миру. — Можно ли по скелету понять не только особенности самого животного, но и что-то об экосистеме вокруг него? — Скорее не по одному скелету, а по морфологии животного в сочетании с геологическим контекстом. Для разных животных характерны разные адаптации. Например, у спинозавров есть целый комплекс признаков, указывающих на приспособленность к жизни в воде или у воды: длинная крокодилоподобная морда, характерные зубы, мощный хвост, пригодный для плавания. Кроме того, их остатки часто находят в отложениях крупных рек вместе с костями рыб. В совокупности это довольно убедительно говорит о соответствующем образе жизни. Но здесь нужно помнить важную вещь: кости далеко не всегда захораниваются там, где животное жило. Обычно трупы переносятся водой и откладываются в другом месте. Поэтому при реконструкции среды нужно учитывать и особенности осадконакопления, и сопутствующую фауну, и геологический контекст в целом. — Если новых видов описывается так много, как понять, какие динозавры действительно надежно установлены? По каким признакам можно говорить об устойчивом виде? Что касается валидности, то есть динозавры, существование которых почти ни у кого не вызывает сомнений, и таких, вероятно, около половины от известных названий. Но есть и очень проблемные группы. Особенно сложная ситуация, опять же, с китайским материалом. Во-первых, там действительно часто недооценивают изменчивость и стремятся как можно быстрее опубликовать новый таксон в престижном журнале. Во-вторых, значительная часть находок сделана не в ходе профессиональных раскопок, а местными крестьянами, которые добывают окаменелости на продажу. Это создает дополнительную проблему: скелеты нередко оказываются составными. Если находят экземпляр без хвоста, к нему могут просто приклеить хвост от другого скелета, иногда даже от другого вида. Получаются химеры. Такие случаи известны. Некоторые образцы исследовали с помощью ультрафиолета или рентгена и действительно обнаруживали, что они собраны из разных блоков. Но доступ к таким проверкам со временем стал сложнее. Все это вносит большую путаницу. Каждый новый скелет может быть описан как новый род и вид, хотя на деле его статус бывает очень сомнителен. Даже в хорошо известных случаях, таких как спор о том, был ли нанотиран отдельным видом или молодым тираннозавром, единства нет. Периодически выходят статьи, претендующие на окончательное решение, но часто они оказываются далеко не столь убедительными, как заявляют авторы. — Получается, проблема не только в нехватке материала, но и в том, как его интерпретируют? — Совершенно верно. Наука развивается через смену парадигм, и при такой смене часть знаний теряется. В палеонтологии, на мой взгляд, в значительной степени утрачено понимание биологической изменчивости, онтогенеза, полового диморфизма. Все стремятся к более простым схемам, а сложные вещи, которые трудно проверить напрямую, отбрасываются. В результате мы получаем картину эволюции динозавров, которая во многом остается спорной. А в некоторых группах, например у птерозавров, ситуация особенно сложная. Я бы сказал так: современные знания о динозаврах колоссально расширились по сравнению с тем, что было еще несколько десятилетий назад. Но одновременно мы должны понимать ограничения этой картины. Она неизбежно неполна и во многом зависит от того, как именно мы интерпретируем изменчивость и неполноту летописи.