Лестница жизни. Десять великих изобретений эволюции - Ник Лэйн

Современных растительноядных ящериц очень мало, а среди 3,4 тысячи видов змей нет и вовсе ни одного растительноядного. Некоторые ящерицы все же специализируются на растительной пище, но для них обычно характерны или довольно крупные размеры (зеленые игуаны), или более высокая активность, а также более высокая температура тела по сравнению с плотоядными ящерицами. В отличие от плотоядных ящериц, в случае надобности быстро снижающих температуру тела и погружающихся в оцепенение, растительноядные ящерицы не обладают подобной гибкостью и не позволяют себе расслабляться. Традиционно это связывали с трудностями переваривания растительной пищи, которое осуществляется с помощью кишечных микробов, способных расщеплять ее особо стойкие компоненты (этот процесс гораздо лучше идет при высоких температурах). Но Классен и Нолет утверждают, что здесь может быть и другая причина, связанная с низким содержанием азота в обычной растительной пище. Исследователи рассчитали количество азота, содержащегося в различных продуктах питания ящериц, и убедились, что у растительноядных ящериц с этим действительно связана серьезная проблема.

Представьте, что вы питаетесь только растительной пищей, содержащей мало азота. Как обеспечить себя азотом? Можно, конечно, попытаться разнообразить рацион, искать падаль, грызть семечки и так далее, но и этого может оказаться недостаточно. Но можно просто есть больше. Если, съедая корзину листьев, вы удовлетворяете, например, пятую часть суточной потребности организма в азоте, значит, нужно съедать ежедневно пять корзин листьев. Но тогда вы будете получать избыток углеводов, которыми богата растительная пища, и от них нужно будет как-то избавляться. Как? Сжигать, — предлагают Классен и Нолет. Теплокровные животные легко могут себе позволить чисто растительный рацион, потому что так или иначе все время сжигают углеводы корзинами, но для холоднокровных это всегда проблематично. Теперь вернемся к листрозаврам, которые были растительноядными, и цинодонтам, среди которых были и растительноядные, и плотоядные. Не могла ли теплокровность развиться у цинодонтов оттого, что они уже обладали высокой аэробной мощностью (которая в те трудные времена была им жизненно необходима) в сочетании с рационом, богатым растительной пищей? Когда же у этих древних растительноядных выработалась теплокровность, они вполне могли воспользоваться преимуществами связанного с ней дополнительного притока энергии, чтобы быстро нарастить свою численность, преодолевая многие мили по засушливым триасовым равнинам в поисках пищи или спасаясь от хищников. У хищников, вероятно, не было столь насущной потребности в теплокровности, связанной с питанием, но им приходилось держаться наравне с оснащенными турбонагревателем травоядными. Возможно, что теплокровность понадобилась им просто потому, что иначе им было не угнаться за Черной Королевой, обернувшейся теплокровной вегетарианкой.

А как обстояли дела у гигантских динозавров — самых известных из древних растительноядных? Можно предположить, что они решили ту же проблему иначе. Если съедать пять корзин листьев в день, но не сжигать их постоянно, можно просто накапливать где-то потребляемую пищу, то есть увеличивать размер тела! Гиганты не только обладают большей “вместимостью”, но и всегда отличаются более низкой интенсивностью обмена веществ, а значит и более медленным оборотом белков и ДНК и, следовательно, меньшей потребностью в азоте. Итак, есть два способа успешно придерживаться рациона, богатого растительной пищей: крупные размеры в сочетании с замедленным обменом веществ или маленькие размеры в сочетании с ускоренным обменом веществ. О многом говорит факт, что и современные растительноядные ящерицы всегда выбирают одну из этих двух стратегий, хотя низкая аэробная мощность не дает им стать по-настоящему теплокровными. (Как предки этих ящериц пережили пермское вымирание — вопрос, который мы здесь обсуждать не будем.)

Но почему только динозавры стали такими огромными? На этот вопрос никто пока не дал достаточно убедительного ответа, хотя многие пытались. Джаред Даймонд и его коллеги в статье, опубликованной в 2001 году и посвященной другим вопросам, попутно высказали идею, что ответ вполне может крыться в повышенном уровне углекислого газа в атмосфере тех времен, что, по-видимому, увеличивало первичную продукцию, то есть скорость роста растений. Однако Даймонд не рассматривал сторону вопроса, связанную с азотом, которую осветили Классен и Нолет. Высокий уровень углекислого газа действительно повышает первичную продукцию, но одновременно и понижает содержание азота в тканях растений. Этим вопросом занимается недавно возникшая отрасль исследований, связанных с возможным влиянием нынешнего повышения уровня углекислого газа на режим питания нашей планеты. Итак, проблема, стоявшая перед цинодонтами и динозаврами, была еще острее, чем та, что стоит сегодня перед ящерицами: в те времена растительноядным животным для удовлетворения потребности в азоте нужно было есть еще больше. Строгим же вегетарианцам, должно быть, и вовсе приходилось поглощать пищу в огромных количествах.

Может быть, именно поэтому тероподам не была нужна теплокровность. Они были плотоядными, а значит, проблема баланса азота перед ними не стояла. Но, в отличие от пыхтящих цинодонтов, которым приходилось на равных соревноваться с растительноядными, оснащенными турбонагревателем, тероподы были выше этого. У них имелись необычайно эффективные легкие с аспирационным насосом, позволявшие им ловить все, что движется.

Лишь позже, уже в меловом периоде, некоторые из рапто- ров сделались вегетарианцами. Одним из первых, судя по всему, был манираптор Falcarius utahensis, описанный в 2005 году в журнале “Нейчур” группой исследователей из Юты. Линдси Занно, которая была в числе авторов, формально описавших этот вид, неформально охарактеризовала его как “предел несуразности: помесь страуса, гориллы и Эдварда Руки-ножницы”. Так или иначе, это было настоящее недостающее звено, наполовину раптор, наполовину травоядное, жившее примерно в то самое время, когда на Земле распространились цветковые растения, сделавшие переход к вегетарианству заманчивым как никогда. Но для предмета нашего обсуждения самый важный факт, касающийся этого вида, состоит, пожалуй, в том, что он относился к группе манирапторов, от которой предположительно произошли птицы. Не могло ли возникновение теплокровности у птиц тоже быть связано с переходом к вегетарианскому рациону, потребовавшему сжигать гораздо больше пищи для удовлетворения потребности в азоте?

Мы завершим эту главу умозрительными рассуждениями. Но от умозрительных рассуждений легко перейти к гипотезе — тому самому мысленному прыжку в неизвестность, о котором писал Питер Медавар, а именно это и есть основа настоящей науки. Здесь остается еще многое исследовать и проверять. Но если мы хотим разобраться в причинах ускоренного темпа нашей жизни, нам может понадобиться учитывать не только физиологические принципы, но и саму историю жизни на планете, причем тот ее период, когда особенно большую роль играли исключительные обстоятельства. Возможно, эта проблема скорее историческая, чем естественнонаучная, — в том смысле, что события могли пойти иначе, но случилось то, что случилось. Могла ли высокая аэробная мощность никогда не стать вопросом жизни и смерти, если бы не было пермского вымирания и последовавшего за ним периода пониженного уровня кислорода в атмосфере? Могла ли эволюция ничего не сделать с примитивными легкими рептилий? И могла ли теплокровность никогда не возникнуть, если бы несколько животных, обладавших высокой аэробной мощностью, не стали вегетарианцами? Даже если это исторические, а не естественнонаучные вопросы, чтение летописей этой истории все-таки составляет предмет естественных наук, и результаты, которые приносят исследования в этой области, существенно обогащают наши представления о природе жизни.