Книга: Эволюция: Триумф идеи

Вперед в прошлое: о происхождении китов

Представление о том, что эволюция размеренно движется вперед, к прогрессу, хорошо согласовывалось с викторианской концепцией исторического процесса. Благодаря науке и промышленной революции люди в Европе в конце XIX в. жили лучше, чем в его начале, и считали, что так все и будет продолжаться. Казалось, что сама история — не только человечества, но и жизни вообще — свидетельствует о непрерывном прогрессе.

Но викторианские биологи уже знали, что если некий императив относительно прогресса и существует, то многие животные его игнорируют. К примеру, так называемые морские уточки произошли от свободно плавающих ракообразных, но отказались от вольной жизни ради беззаботного существования на корпусе корабля или портовых сваях. Если эволюция двигалась вперед, то с таким же успехом она могла в любой момент повернуть и вспять. Биологи викторианской эпохи не отказались от представлений о прогрессе — они просто стали рассматривать развитие как улицу с двусторонним движением и назвали движение в одну сторону прогрессом, а в другую — дегенерацией. Британский биолог Рей Ланкестер очень беспокоился о том, что человеческое общество, если не проявит осторожности, тоже может пасть жертвой вырождения. «Возможно, все мы движемся к состоянию разумных ракушек», — писал он.

Но эволюция, хотя и не является торжественным маршем прогресса, двигаться вспять тоже не умеет. Эволюция — это изменение, ни больше ни меньше. Четвероногие героически выбрались из воды на сушу 360 млн лет назад, но их потомки не один десяток раз отказывались от сухопутной жизни и возвращались в морскую стихию. Оказавшись снова в воде, они не дегенерировали до состояния ланцетника или хотя бы лопастепёрой рыбы. Вместо этого они превращались в нечто совершенно новое — например, в китов.

Киты мешали ученым жить со времен первой современной систематики Карла Линнея (1735). «Среди величайшего внешнего беспорядка виден величайший порядок», — писал Линней о классификации, однако киты не позволили ему почивать на лаврах. Долгое время попытки их классификации только еще больше запутывали дело. Рыбы это или млекопитающие? «Эти животные необходимым образом связаны с царством млекопитающих, — решительно заявлял Линней, — но их привычки и поведение скорее напоминают рыб». У китов, указывал он, сердце снабжено клапанами и предсердием, как у млекопитающих, имеются легкие; эти теплокровные животные, как и млекопитающие суши, воспитывают своих детенышей. Что еще важнее, у них есть даже веки.

Вообще, широкой публике трудно было принять классификацию Линнея. В 1806 г. натуралист Джон Бигленд жаловался, что никакая классификация «не заставит большую часть человечества относится к киту как зверю, а не как к рыбе». Вероятно, Измаил, герой «Моби Дика», высказал точку зрения большинства людей XIX в., когда заявил: «Я присоединяюсь к мудрому старинному взгляду, согласно которому кит — рыба, и призываю святого Иону засвидетельствовать мою правоту».

Дарвин нашел выход из этого тупика. Разумеется, Линней не занимался бессмысленными играми, когда причислял китов к млекопитающим. Признаки сходства, которые отмечал Линней, свидетельствовали о том, что киты (включая белух и дельфинов) произошли от сухопутных млекопитающих. Эволюция произвела метаморфозу, которая, вероятно, понравилась бы Овидию: она убрала у них ноги, дала вместо хвоста плавник, сдвинула нос на макушку и сделала такими громадными, что крупный кит по весу тянет на 2000 человек — население небольшого городка. Эволюция создала млекопитающее, похожее на рыбу, но не смогла уничтожить все свидетельства его происхождения.

Дарвин не мог сказать, как именно эволюция всего этого добилась. Никаких промежуточных звеньев между китами и сухопутными млекопитающими он вокруг не видел, но незнание не особенно его беспокоило — способ всегда можно вообразить. Он указывал на то, что медведи иногда часами плавают с открытым ртом — ловят насекомых. «Даже в таком крайнем случае, как этот — писал он в „Происхождении видов“, — если бы насекомые в воде были постоянно, а лучше приспособленных конкурентов не было, я не вижу никаких сложностей в том, чтобы какая-либо порода медведя в результате естественного отбора постепенно приобретала особенности, позволяющие обитать в воде, чтобы затем у нее постепенно увеличивались размеры пасти и чтобы она, наконец, превратилась в огромного кита».

Эта идея не встретила понимания читателей. Одна из газет жаловалась, что «мистер Дарвин в своей последней весьма научной книге по этому вопросу принял сторону таких нелепых „теорий“ — как, например, о медведе, который плавал до тех пор, пока не вырос в кита, или что-то в этом роде». Дарвин исключил пример с медведем из дальнейших изданий своей книги.

За 120 лет с момента выхода книги палеонтолога обнаружили немало окаменелостей китов, но даже древнейшие из них — а им более 40 млн лет — ничем принципиально не отличаются от современных китов. У всех них имеется длинный позвоночник и кисти рук в форме плавников, а задние ноги отсутствуют. Другое дело зубы. У современных китов зубы либо отсутствуют совсем, либо имеют форму простых пеньков. Зубы древнейших китов имели гребни и выступы, такие же, как у сухопутных млекопитающих. Вообще, их зубы очень напоминали зубы вымершей линии млекопитающих, известных как мезонихиды. Эти животные были копытными — иными словами, в родстве с коровой и лошадью, — но обладали мощными зубами и сильной шеей, приспособленной к поеданию мяса, а значит, были хищниками или падальщиками.

Наконец в 1979 г. Филип Джинджерич, палеонтолог из Мичиганского университета, нашел сухопутного кита.

Джинджерич и его группа работали в Пакистане и занимались поисками окаменелостей млекопитающих возрастом 50 млн лет. Сегодня Пакистан расположен в сердце Азии, но в те времена, когда жили эти млекопитающие, его территория представляла собой всего лишь горстку островов. Индия в то время была гигантским островом и постепенно дрейфовала на север, к южному побережью Азии. Команда Джинджерича нашла множество фрагментов млекопитающих, большую часть из которых смогла сразу же определить и классифицировать, но некоторые не поддавались определению. Одной из самых загадочных находок стала задняя часть черепа возрастом 50 млн лет. Животное — обладатель черепа — было размером с койота. Вдоль верхней части черепа проходил высокий выступ, к которому, по всей видимости, прикреплялись мощные мышцы челюстей. Под черепом Джинджерич обнаружил кости уха. Две скорлупки, похожие на пару виноградин, были прикреплены к черепу косточками в форме буквы S.

У палеонтолога, каким был Джинджерич, подобные кости уха вызвали настоящий шок. Такое устройство имеют только ушные кости китов; ни у одного другого позвоночного ничего похожего нет. Джинджерич назвал свою находку Pakicetus, что означает «кит из Пакистана»; в последующие годы ему удалось найти также зубы и кусочки челюсти этого животного. По строению Pakicetus занимает промежуточное положение между мезонихидами и позднейшими китами; это свидетельствует о том, что это на самом деле кит возрастом 50 млн лет, — древнейший из известных на тот момент. Тем не менее породы, в которых были обнаружены окаменелости, показывают, что койотовидное создание жило и умерло на суше, среди невысоких кустарников и мелких ручьев глубиной всего несколько дюймов. Pakicetus был наземным китом.

Еще через 15 лет, в 1994 г., ученик Джинджерича по имени Ханс Тевиссен открыл другого примитивного кита. Тевиссену удалось найти не просто кусочки и обломки скелета этого существа, но, как оказалось позже, практически полный скелет. Этот кит, живший на суше 45 млн лет назад, имел гигантские лапы и массивный череп, по форме похожий на голову аллигатора. Тевиссен назвал свою находку Ambulocetus, что означает «ходячий кит». К концу XX в. Тевиссен, Джинджерич и другие палеонтологи успели обнаружить в Пакистане, Индии и США еще несколько видов китов с ногами. То, что прежде казалось невозможным, теперь в порядке вещей.

Чтобы понять, как эти ранние «киты» эволюционировали до современного рыбоподобного состояния, палеонтологи сравнили их ископаемые остатки с современными и другими вымершими видами. Получилось эволюционное древо, по которому можно примерно представить ход этого превращения. Дарвин зря думал о медведях. Скорее ему следовало представить себе бегемотов — или просто коров. Именно эти копытные млекопитающие приходятся китам ближайшими родственниками. Палеонтологи сходятся на том, что животные вымершей группы копытных, известных как мезонихиды, состояли с китами в еще более близком родстве. Мезонихиды имели множество форм, от мелких, размером с белку, до ужасающих монстров под названием Andrewsarchus длиной до четырех метров — крупнейших известных плотоядных млекопитающих всех времен. На их фоне первые киты, гуляющие по суше, ничем особенным не выделялись.

Pakicetus, живший 50 млн лет назад, был далек от первого кита. Вообще, общий предок мезонихид и китов жил, по всей видимости, ранее первых известных китов и древнейших мезонихид. Если первым китам около 50 млн лет, то древнейшие мезонихиды жили 64 млн лет назад, о чем свидетельствуют их окаменелости. Таким образом, киты должны были отделиться от мезонихид более 64 млн лет назад — за 14 с лишним миллионов лет до времени пакицетуса.

У первых китов все еще были ноги и кости поясов верхних и нижних конечностей (плеч и бедер), надежно прикрепленные к позвоночнику. Их уши по-прежнему напоминали уши наземных млекопитающих, способные улавливать звуки в воздухе. Их зубы в общем и целом были похожи на зубы мезонихид, но изменения в них уже начались. Морин О’Лири, палеонтолог Университета штата Нью-Йорк в Стони-Брук, пригляделась внимательно к зубам первых китов и обнаружила длинные выемки вдоль внешнего края нижних коренных зубов. Эти выемки образовались от трения верхних зубов о нижние коренные. По форме выемок ясно, что эти животные могли только кусать вертикально, но не способны были пережевывать пищу боковыми движениями. Имеются также свидетельства, что более поздние киты, у которых тоже были эти канавки, питались рыбой. О’Лири предположила, что пакицетус и современные ему «киты» уже начали питаться рыбой и другими морскими животными. Даже не обладая телом современного кита, древние киты умели плавать, хотя и «по-собачьи».

Вскоре после появления Pakicetus эволюция начала менять и другие части китовой анатомии, и новые животные были лучше приспособлены к плаванию. Ambulocetus, ходячий кит Ханса Тевиссена, имел короткие ноги, длинную морду, большие лапы и мощный хвост. Такого рода строение позволяло ему плавать как выдре — отталкиваясь задними лапами назад и добавляя энергии движениями хвоста вверх и вниз. Но у амбулоцетуса, как и у выдры, бедренная кость по-прежнему соединялась с позвоночником. Иными словами, это животное по-прежнему могло ходить по земле. Вероятно, оно вылезало из воды, чтобы погреться на солнышке и выспаться; спаривалось и производило на свет детенышей оно тоже на суше.

В пограничной зоне между морем и сушей получили развитие многие виды ходячих китов. Одни из них приспособились ходить по дну, другие — нырять. Эти линии в большинстве своем вымерли, и мы, возможно, никогда не узнаем почему. Но одна линия китов адаптировалась к жизни дальше от берега. В ней есть такие виды, как Rodhocetus — кит с короткими ногами и слабо связанными с позвоночником бедренными костями, которого Джинджерич нашел в Пакистане. В воде это животное могло двигать хвостом и туловищем примерно так, как это делают современным киты. Конечно, сегодняшние киты плавают гораздо лучше — ведь у них на конце хвоста есть плавник, состоящий из соединительной ткани. Но эти ткани редко сохраняются в окаменелостях, так что никто не знает, имелся ли у родоцетуса настоящий плавник.

40 млн лет назад уже существовали настоящие морские киты. Basilosaurus, к примеру, достигал в длину 15 метров, имел стройное змеевидное тело, длинный нос и передние лапы, превратившиеся в короткие плавники. Это животное обитало далеко от берега, и суша стала бы для него смертным приговором. Иногда среди окаменелостей в том месте, где у базилозавра должен был находиться желудок, палеонтологи находят остатки трапезы в виде акульих костей. Это животное уже почти укладывается в наши представления о китах. Но миллионы лет Basilosaurus жил рядом с полуводными и тюленеподобными китами, которые еще сохраняли в себе признаки сухопутного прошлого.

Basilosaurus имел и собственные черты, характерные только для него. Так, его ноздри были сдвинуты назад по морде лишь наполовину по отношению к тому, где у современных китов находятся дыхала. В 1989 г. Джинджерич нашел в Египте окаменелость, которая еще прочнее связала базилозавра с далеким прошлым. На гигантском змеевидном теле морского зверя он обнаружил тазобедренные суставы и прикрепленные к ним задние конечности. Эти конечности были всего по несколько дюймов длиной, но каждое заканчивалось пятью изящными пальчиками.

Как все эволюционные деревья, эволюционное древо китов — всего лишь гипотеза. И подобно всем гипотезам, она не абсолютна. Возможно, совсем скоро новые данные потребуют ее пересмотра или уточнения. К примеру, окажется, что базилозавр — не ближайший родственник современных китов; эту честь вполне может перехватить у него вид под названием Dorudon. А пока суд да дело, ученые исследовали гены китов и обнаружили там массу поразительной информации. Китовая ДНК ясно показывает, что киты — копытные млекопитающие, как давно уже определили палеонтологи. Но этого мало: изучение генов позволяет предположить, что ближайшим родственником китов является одно конкретное копытное млекопитающее — гиппопотам. Палеонтологи засомневались. Дело в том, что бегемоты принадлежат к группе копытных млекопитающих, известных как парнокопытные. У всех парнокопытных путовая кость имеет особую характерную форму и скруглена с двух концов. У мезонихид этого нет. А поскольку киты считались близкими родственниками мезонихид, они не могли быть парнокопытными. Получалось, что результаты анализа ДНК не имеют смысла. Но в 2001 г. Джинджерич с коллегами обнаружил в Пакистане еще один фрагмент ископаемого кита — первый, у которого нашлась путовая кость[9]. И у кости этой были скругленные концы, как и в скелете бегемота.

Хотя в вопросе о происхождении китов остается немало неясностей — в том числе весьма существенных, — то, чему нас учит эволюционное древо, по сути не меняется. Кит является рыбой не в большей степени, чем летучая мышь — птицей. Древние киты эволюционировали до форм, очень напоминающих рыб, путем постепенных пошаговых изменений. Но внутри каждого китового плавника по-прежнему находится кисть руки с пальцами и пястью. И если тунец при движении машет хвостом из стороны в сторону, то киты плавают, двигая хвостом вверх и вниз. Это потому, что киты произошли от млекопитающих, которые на земле умели скакать галопом. Первые киты обратили этот галоп в плавательный стиль выдры; они выгибали спину, чтобы покрепче оттолкнуться ногами. Со временем появились и новые киты, у которых это движение превратилось в движение хвостом.

Киты пережили необычайный всплеск эволюции, но их история обозначила ее пределы. И это не единственное ограничение. Киты и другие млекопитающие начали свое победоносное наступление не раньше, чем исчезли преобладающие позвоночные того времени — динозавры и гигантские морские рептилии. Первые млекопитающие появились более 225 млн лет назад но более 150 млн лет оставались мелкими — размером с белку — и почти неразличимыми между собой. Первые ископаемые остатки представителей большинства современных отрядов млекопитающих появляются лишь после окончания мелового периода, 65 млн лет назад. Только тогда по веткам запрыгали первые приматы, только тогда киты отделились от остальных копытных и начали свое возвращение в океан. Всего за несколько миллионов лет среди млекопитающих появились летучие мыши; возникли гигантские родичи современных носорогов и слонов; появились мощные хищники размером со льва. Млекопитающие пережили собственный эволюционный взрыв, который по масштабам занимает место где-то посередине между кембрийским взрывом и эволюционной вспышкой цихлид в озере Виктория. Начиная с этого момента млекопитающие безраздельно господствуют на земле и в океане. Но произошло это только потому, что с нашей планеты внезапно исчезли миллионы видов — включая морских рептилий и динозавров. Расцвет млекопитающих — не результат стабильного постепенного совершенствования. Нет, это результат внешнего вмешательства — прилетевший из глубин космоса астероид смел с Земли все старое и открыл путь новому[10].