Из всех ископаемых животных наибольшей популярностью среди широкой публики пользуются динозавры. Эти крупные рептилии были хозяевами планеты в течение 150 миллионов лет, уступив место млекопитающим. Первые млекопитающие - наши далекие предки - появились тоже очень давно, одновременно с первыми динозаврами. Эти невзрачные зверьки были измельчавшими потомками большой и разнообразной группы так называемых зверообразных рептилий, которые господствовали на планете еще до эпохи динозавров. Палеонтологи предполагают, что крупные зверообразные рептилии измельчали и превратились в млекопитающих именно потому, что только таким способом они могли спастись от новых страшных двуногих хищников, которые первыми из крупных животных научились быстро бегать - от динозавров и их ближайших родственников текодонтов. О происхождении млекопитающих рассказывает палеонтолог, сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Раутиан.
Александр Сергеевич, скажите, пожалуйста, с чего началась история млекопитающих?
История, непосредственно ведущая к млекопитающим, началась с появления зверообразных рептилий. Первый человек, который догадался, что история млекопитающих должна начинаться не от рептилий, а от амфибий – это был Томас Гексли, который обратил внимание на то обстоятельство, что даже мы, настоящие млекопитающие, во многом похожи на амфибий, а не на рептилий. Например, настоящие чешуйчатые рептилии, они выделяют мочевую кислоту, а мы выделяем мочевину, это то, что характерно для амфибий, многих рыб и не характерно для чешуйчатых рептилий – змей, ящериц, крокодилов.
Если мы будем говорить о том, что такое рептилии – это уровень организации, который был достигнут несколькими ветвями. То есть, по всей вероятности, независимых амфибийных предков имели, по крайней мере, черепахи, то, что называется диапседные рептилии – ящерицы, змеи, крокодилы, динозавры в том числе и зверообразные рептилии. То есть по всей вероятности минимум три ствола на рептильный уровень выходили независимо.
Наш ствол начинался он со зверообразных рептилий. Это очень древняя группа, ее самые древние представители известны со среднего карбона, то есть, соответственно, больше трехсот миллионов лет назад. Это существа, которые достаточно сильно на нас не похожи, но, тем не менее, они произвели в истории наземной биоты настоящую революцию. Это первые животные, которые вырвались в крупноразмерный класс даже среди наземных позвоночных. Есть совсем небольшое количество очень крупных насекомых, есть очень небольшое количество наземных позвоночных очень мелкого размера.
Мы происходим от сравнительно мелких представителей этой же большой группы. Все млекопитающие происходят от сравнительно мелких представителей. Но члены этой большой предковой группы – это первые животные, которые вырвались в крупноразмерный класс. Только в самое последнее время стали понятными важные последствия этого прорыва. Дело в том, что достаточно активное животное крупного размерного класса не может быть хладнокровным. По крайней мере, на ходу они должны сильно разогреваться. Если мы мысленно будем пропорционально увеличивать животное, то, соответственно, объем будет расти как куб линейных размеров, а поверхность тела будет расти как квадрат линейных размеров. Естественно, тепло вырабатывается объемом, то существо, активно двигающееся, греется.
Это очень важное обстоятельство, и вот почему. Если мы возьмем мелких рептилий, у которых температура тела существенным образом не отличается от окружающей среды, среди них ни в какие исторические времена не было активных растительноядных форм. Они едят либо животную пищу, либо если они едят растительную пищу, то они это делают не слишком эффективно. Дело в том, что существует железное правило в стационарном сообществе: энергия, которая переходит с одного уровня на другой, составляет 10%. То есть те, кого едят, в 10 раз больше тех, кто ест.
Таким образом, рептилии – хладнокровные, они и сейчас не умеют этого делать. Причем на самом деле можно догадаться, в чем беда. Дело в том, что растительные корма обладают массой достоинств: они от вас никуда не убегают, их огромное количество и прочие дела, но они низкокалорийные. Надо очень много съесть и самое главное, что для того, чтобы много съесть, надо быстро переваривать, должен быть мощный обмен веществ. Именно крупные зверообразные рептилии - это были первые в истории наземных позвоночных растительноядные существа.
Какими были первые растительноядные формы?
Это - эдафозавр с огромным парусом на спине из самой примитивной группы зверообразных рептилий - пеликозавров. Эдафозавры - самые крупные из них представители. У них существует проблема отдачи тепла. Когда вы таким чудовищным образом увеличиваете поверхность теплоотдачи, это значит, что у вас есть избыточное тепло. Но, тем не менее, они изобрели растительноядность. Причем то обстоятельство, что были эффективные растительноядные существа, особенно явственно видно по той причине, что были крупные хищники.
Обычно за каждое достоинство приходится чем-то платить. В этом отношении замечательное зрелище можно наблюдать в Монголии. Там по утрам бывает прохладно. Когда вы видите ящерицу, которая вылезла, чтобы погреться на солнышке рано утром, вы можете просто за ней идти, и увидите, что она не может от вас убежать, она от вас будет уходить шагом, она бежать еще не может. Если вы медленным шагом к ней походите, скажем, минут пять, то после этого она не будет пытаться от вас уйти даже при прямой попытке на нее наступить. Это происходит по той причине, что она до сих пор от вас убегала в долг по кислороду.
Другой пример: представим себе, что мы с завтрашнего дня становимся организмами с непостоянной температурой тела. Это означает, что нам минимум упятерили зарплату. Потому что мы сейчас предпочитаем есть хотя бы раза три в день, а для рептилий, когда она ест раз в неделю – это совершенно достаточно. Есть крокодилы, которые едят досыта раз в полгода.
А потом все это медленно переваривается, а кроме того на этих запасах можно существовать довольно долго. То есть преимущество независимости от температуры окружающей среды очень велико, но надо иметь в виду, что мы за это платим огромные деньги в буквальном смысле. А мы их тратим на то, чтобы обогревать окружающее пространство, потому что мы едим, а большая часть того, что мы съели выделяется обратно в виде тепла.
Как же развивались первые млекопитающие?
История оказывается такой: 150 миллионов лет назад происходит замечательная вещь – в истории Земли впервые появляется крупный хищник, который умеет бегать. Дело в том, что эти зверообразные рептилии – это был совершенно потрясающий мир. Крупные животные ходили шагом. Вообразите себе картину, когда жертва шагом уходит от хищника, а хищник шагом ее догоняет.
Еще никто не научился бегать в крупноразмерном классе. В мелкоразмерном классе научились бегать гораздо раньше. Когда в истории Земли возникла ситуация нам знакомая, когда в крупноразмерном классе жертвы удирают от хищников бегом, а хищники их бегом преследуют? Началась эта история 230 миллионов лет назад. Потом очень быстро побежали, потому что, понятно, как только заводится крупный бегающий хищник он получает конкурентное преимущество, и всем другим хищникам делать нечего, они просто погибают.
Дальше есть только два пути: нужно либо учиться бегать как эти хищники, либо нужно наоборот измельчать до такой степени, чтобы у крупного хищника пропал к вам интерес. Первыми научились бегать текодонты, предковая группа по отношению к динозаврам. Другие настолько увеличились в размерах, что хищнику было трудно с ними справиться. Это те, кто так и не научился быстро бегать, но достиг огромных размеров. Но это их тоже не спасло, в конечном счете.
Теперь в мелкоразмерном классе находились зверюшки, которые и породили млекопитающих. Это были мелкие зверообразные рептилии. Мы, к сожалению, знаем их очень плохо, главным образом по обломкам челюстей, изолированным зубам и другим фрагментам. К концу триаса появляются млекопитающие. Это 200-230 миллионов лет назад. Они были совсем маленькие, гораздо меньше кошки. Динозавры, кстати говоря – это современники млекопитающих. Первые динозавры и первые млекопитающие встречаются биологически одновременно. С динозаврами главное, что происходит: среди текодонтов нет растительноядных животных, первоначально это были хищники. Соответственно, динозавры с самого начала своей истории создают своих собственных растительноядных животных. То есть среди динозавров есть растительноядные существа. Когда мы начинаем смотреть самых древних растительноядных динозавров, они уступают по достоинствам челюстного аппарата всем предшественникам по растительноядной пище. Оказывается, для того, чтобы выжить, растительноядному существу, важнее чем иметь хороший челюстной аппарат, нужно иметь хорошие ноги, потому что от этих хищников необходимо убежать.