Нескучная биология - Алексей Целлариус

Панцирные рыбы вымерли, не оставив потомков, от обширного класса бесчелюстных до наших времен дожило несколько десятков видов – миноги и миксины. В водоемах планеты ныне царствуют хрящевые (акулы и скаты) и костные рыбы. И именно костные рыбы дали начало сухопутным позвоночным. Класс костных рыб делится на два подкласса – лучеперые и лопастеперые.

Минога

Лучеперые ударились в бурную эволюцию, завоевали все водоемы планеты и сейчас именно они представляют класс костных рыб. Лопастеперые отделились от главного ствола костных рыб очень давно, вероятно, еще в силуре, более четырехсот миллионов лет назад. Их родина – пресные воды. Жизнь в мелких, прогреваемых водоемах, в которых постоянно ощущается недостаток кислорода, вынудила лопастеперых использовать для дыхания атмосферный кислород. Но жабры для этого плохо приспособлены, у рыбы, высунувшейся из воды, кровеносные сосуды рта и глотки поглощают кислород эффективней, чем слипающиеся на воздухе жаберные лепестки. И у части лопастеперых возникли легкие – глубокие карманы глотки, стенки которых густо покрылись кровеносными соудами.

В результате не успешные и продвинутые лучеперые, а именно несуразные и неперспективные лопастеперые стали предками позвоночных, завоевавших сушу. Сами же они вымерли. До наших дней дожили всего шесть видов отряда двоякодышащих и два вида отряда кистеперых.

Двоякодышащая рыба рогозуб

Амфибии, они же земноводные, – первые наземные позвоночные. При этом лягушки, жабы, саламандры и червяги процветают и поныне. Появились амфибии в начале девонского периода, около четырехсот миллионов лет назад. К этому времени на суше уже появилась растительность, и хотя огромные пространства материков еще оставались пустынными, но обширные заболоченные низменности по берегам рек и озер покрывали густые заросли псилофитов и гигантских плаунов. Среди мхов, опавших листьев и бурелома можно было найти коллембол, многоножек и примитивных насекомых, похожих на бескрылых тараканов. На этих вегетарианцев охотились древние скорпионы и пауки. Но по сравнению с кишащими всякой жизнью водоемами суша выглядела бледно. Что гнало предков амфибий из воды на эти скудные благами жизни берега? Враги? Но в мелководных пресных водоемах, из которых началось заселение суши, у рипидистий врагов не было. Они сами были хищниками, причем довольно крупными. Недостаток кислорода в воде? Но ведь за воздухом совершенно не обязательно выходить на берег, достаточно подняться к поверхности воды. Многие рыбытак и делают, но о выходе на сушу не помышляют.

Развитие амфибии

Зоологи склоняются к мнению, что рипидистии из воды и не выходили. Амфибии первоначально были чисто водными животными и вовсе не собирались осваивать сушу. У самых древних примитивных «рыбоамфибий» был совершенно рыбий хвостовой плавник, сохранялись во взрослом состоянии органы боковой линии и, вероятно, жабры. У современных амфибий все это хозяйство имеется только у личинок. Единственное, что отличает этих ископаемых созданийй от рыб – строение скелета. У них были ноги. И возникает вопрос, зачем рыбе понадобились ноги?

Ихтиостеги – самые древние и примитивные из известных нам четвероногих созданий. Это были тяжеловесные, неуклюжие, коренастые животные длиной чуть более метра, с большой головой и короткими мощными ногами. Шея у них почти отсутствовала, зубы были острые и крупные. Под стать зубам была и огромная пасть. Голова составляла четверть общей длины животного, включая хвост. Понятно, что владелец такой пасти и таких зубов охотился на крупную дичь. По своему строению ихтиостеги – типично водные существа. Если бы не ноги, никто не заподозрил бы в них обитателей суши. И опять мы сталкиваемся с вопросом – зачем водному животному ноги?

Очень вероятно, что изначально ноги ихтиостегу понадобились для поиска еды. Заболоченные прибрежные участки многих рек и озер – это система небольших, мелких, но постоянных, непересыхающих водоемов. В маленькой луже крупному хищнику не прожить долго, еды там на один зуб. И деваться ихтиостегу было некуда, он был вынужден перебираться из одной лужи в другую в поисках добычи. Проживание в одной луже одновременно нескольких крупных животных совсем уж невозможно, значит, в период размножения они должны переходить из лужи в лужу в поисках пары. Поскольку бродить по болотам ихтиостег был вынужден постоянно, изо дня в день, то затевать капитальную перестройку способа передвижения у него были все основания. В то же время охотился он, и вообще, проводил большую часть времени, в воде. Вот так и получилось первое земноводное, «рыба с ногами».

У амфибий есть множество особенностей строения, которые сильно усложняют существование. Начнем с кожи. Первоначально она была покрыта сплошным панцирем из покровных костей, как у панцирных рыб, бесчелюстных и их предков рипидистий. Вообще, идея брони в девоне имела необыкновенную популярность среди самых разных классов позвоночных. Но если в воде панцирь еще можно как-то уравновесить, развивая ткани с положительной плавучестью, например жировые, то таскать его по суше – дело тяжелое. Отказаться от панциря пришлось еще по одной причине. Легкие и кровеносная система у амфибий еще очень несовершенны, а передвигаться по суше тяжелей, чем в воде, кислорода мышцам нужно много. И у амфибий развилось кожное дыхание, оно поставляет им больше половины нужного кислорода. Но кожное дыхание возможно только при влажной коже. Тонкая, голая, постоянно влажная кожа – на суше это не самое удачное изобретение, животное теряет слишком много воды. Очень несовершенны у амфибий и конечности. Как и плавники их предков, конечности торчат в стороны и передвигаться амфибиям приходится на растопыренных ногах. Это требует очень больших мышечных усилий. И практически все амфибии, и древние, и современные, малоподвижные животные.

Все это можно было бы пережить. Некоторые амфибии, например зеленая жаба, ухитряются жить даже в сухих степях и пустынях. Самое же главное, что привязывает амфибий к воде – размножение. Яйца амфибий не имеют никаких приспособлений, защищающих их от высыхания. Мало того, зародыши амфибий, так же, как и зародыши рыб, не имеют специальных приспособлений для «накачивания» в яйцо кислорода и выведения наружу ядовитых продуктов обмена веществ. У рептилий, птиц и млекопитающих такие приспособления есть, а у рыб и амфибий – нет. Кислород просачивается внутрь икринки пассивно, через ее поверхность. А это значит, что чем больше размер (и, соответственно, объем) яйца, тем меньше кислорода будет получать зародыш, поскольку при увеличении размера объем возрастает в кубической прогрессии, а поверхность – только в квадратической. В большой икринке крупный зародыш просто задохнется, поэтому даже большие амфибии вынуждены откладывать мелкие яйца. А из мелких яиц вылупляются личинки, по сути еще не завершившие развитие, они скорее рыбы, чем земноводные, и жить на суше не могут вообще. Для размножения амфибиям нужна вода и это привязывает их к водоемам намного прочнее, чем тонкая влажная кожа и несовершенные конечности.