Нескучная биология - Алексей Целлариус

Амфибии во многих отношениях удивительно несовершенные животные. В воде им далеко до их предков – рыб. На суше они не могут тягаться со своими потомками – рептилиями, птицами и млекопитающими. Их место – «ничейная земля», зона контакта воды и суши, они уже не водные, но еще и не вполне сухопутные существа. Царство их было недолгим. Уже через тридцать, сорок миллионов лет после появления земноводных их начали теснить их собственные потомки – рептилии и синапсиды. С тех пор и до наших дней амфибии – самый малочисленный класс позвоночных животных.

Первые по-настоящему сухопутные позвоночные появились на Земле в каменноугольном периоде, карбоне, около трехсот миллионов с хвостиком лет назад. Раньше всех этих древних позвоночных, потомков амфибий, называли рептилиями или пресмыкающимися. Однако потом стало ясно, что две ветви «рептилий» – предки птиц и предки млекопитающих, имеют разное происхождение. Они издревле отличались и по строению внешних покровов, и по физиологии, и по деталям строения кровеносной системы. Общий предок этих ветвей неизвестен, не исключено, что ветви разошлись еще на уровне амфибий. Для той ветви, вершиной которой являются птицы, сохранили название рептилий, а ту, в которую входят млекопитающие, называют синапсиды.

Синапсиды появились в середине карбона, рептилии на пару десятков миллионов лет позднее. И те и другие были довольно мелкими существами, длина их тела не превышала полуметра. Длинный хвост, хорошо развитые лапки, небольшая голова, – все свидетельствует о том, что они были довольно подвижными. Они, вероятно, умели лазать по камням и бурелому, заглядывали во все щели, разыскивали и поедали беспозвоночных. Их мелкие и острые зубы говорят о том, что именно насекомые, пауки и многоножки служили им добычей. И внешностью и поведением они напоминали современных ящериц.

Строение яйца: 1 – белок; 2 – халаза; 3 – развивающийся эмбрион; 4 – желток

И рептилии, и синапсиды имели невиданное до тех пор в мире позвоночных строение яйца. По одной из особенностей этого яйца – амниону – обе эти ветви называют амниотами. Еще их всех называют высшими позвоночными. А всех прочих позвоночных – анамниями или низшими. У амниот яйцо, проходя перед откладкой через яйцеводы самки, стало одеваться двумя оболочками. Внутренняя состоит из пропитанного водой белка. Наружная оболочка сухая, кожистая скорлупа, плохо проницаемая для воды, часто с твердым известковым слоем на поверхности. Чтобы зародыш мог спокойно развиваться, яйцо стало снабжаться очень большим запасом питательных веществ – желтком. Желток есть в яйцах всех животных, от червей до амфибий. Но там его обычно мало и из яйца выходит очень мелкая и, по сути, недоразвитая личинка.

И желтком, и оболочками яйца снабжает зародыш мать. Но и сам зародыш не сидит сложа руки. Начав развиваться, он отращивает вокруг себя собственную двойную оболочку, наполненную жидкостью, и оказывается в уютной упаковке, вроде водяного матраса. Называется этот матрас – амнион. Но зародышу нужно еще и дышать. Хотя скорлупа яйца и пропускает кислород, но яйцо, снабженное запасами воды и желтка, оказывается весьма крупным. А кислорода в крупном яйце зародышу всегда не хватает. Кроме того, водонепроницаемая оболочка не позволяет выводить из яйца продукты обмена зародыша. И у зародыша начинает развиваться особый мешок с замысловатым названием аллантоис. Этот мешок, протиснувшись из под амниона и сплющившись, расползается под внешними оболочками яйца, окружая зародыш с амнионом. Внутренность этого «мешка» служит накопителем отбросов. А его оболочка, густо пронизанная кровеносными сосудами, служит зародышу органом дыхания. Зародыш в таком яйце не нуждается в воде, защищен от высыхания (и, кстати, от многих паразитов, хищников и микроорганизмов), и может спокойно развиваться на суше. Амниоты бесповоротно рвут связь с водоемами и становятся настоящими сухопутными животными.

Млекопитающие, кстати, довольно долго откладывали яйца, утконосы и ехидны продолжают это делать до сих пор. Живорождение они разработали позже и воспользовались аллантоисом для прямого подключения зародыша к кровеносной системе матери. Аллантоис зародыша срастается со стенкой матки – мускулистого мешка, который служит своего рода инкубатором. А кровеносные сосуды соединяются с кровеносными сосудами матки. Теперь аллантоис называется плацентой, а наружные яйцевые оболочки – белок и скорлупа – теряются за ненадобностью. Амнион же сохраняется, он предохраняет плод от травм. Только перед самыми родами он лопается, амниотическая жидкость вытекает (отходят воды), а ребенок (теленок, щенок или мышонок) появляются на свет или разорвав амнион окончательно, или прямо в нем, и тогда про них говорят, что они «родились в рубашке».

Любое животное, если оно хочет двигаться по пути прогресса, должно решить несколько задач. Поскольку для животного прогресс, это прогресс поведения, движения, то в первую очередь нужно решить вопрос лучшего обеспечения организма топливом и кислородом. Это необходимо, кроме всего прочего, для развития более совершенного центра управления – мозга. Мозг амниот уже достаточно сложная машина и чтобы он работал эффективно желательна высокая и постоянная температура тела. Сложнейшие комплексы биохимических реакций, идущих в нервных клетках, весьма болезненно реагируют на скачки температуры. Весь этот клубок взаимосвязанных проблем требовал перестройки кровеносной системы, в том числе системы управления сосудами. Кровь не только разносит по телу кислород и пищу, она, вдобавок, несет тепло. Тепло выделяют интенсивно работающие внутренние органы, не только мышцы, очень много тепла выделяется при переваривании пищи, при работе печени, греется при работе мозг. Поверхностные сосуды либо теряют тепло – в холодную погоду, – либо перегреваются – в жару. Поддержание постоянной температуры тела, это умение так регулировать интенсивность кровотока между разными частями тела, чтобы поддерживать равновесие между приходом и расходом тепла. Второй комплекс задач связан уже непосредственно с движением – требуется перестройка скелета и мышечной системы.

Ранняя синапсида биорамазух

За решение этих задач взялись две группы древних амниот. Архозавры из ветви рептилий и терапсиды из ветви синапсид. Поскольку и архозавры, и терапсиды изначально имели различия в физиологии и строении, то и пути решения этих задач оказались не вполне одинаковыми. Несколько различным оказался и результат. Терапсиды дали начало млекопитающим, а архозавры – птицам.

Рептилии великолепно приспособлены к жизни в засушливых местах. Кожа рептилий покрыта плотными роговыми чешуями, не пропускающими воду, а их органы выделения выводят «шлаки» не в виде водного раствора (мочи), как у амфибий и млекопитающих, а в виде кашицы из кристаллов. Синапсиды же сохранили некоторые амфибийные черты и поэтому рептилии, появившись позже синапсид, поначалу вырвались вперед и долго сохраняли первенство. Рептилии освоили не только всю сушу, но и просторы океанов и даже воздушную стихию. Среди рептилий были гиганты, достигавшие 80 тонн веса, и были карлики, весившие всего около одного грамма. Были могучие хищники и мирные травоядные, стремительные бегуны и пловцы, не уступавшие самым быстрым рыбам. Крылатые рептилии господствовали в воздухе и очень долго их потомки – птицы – не могли с ними тягаться. Рептилии безраздельно господствовали на суше более 200 миллионов лет.