Известно, что около 434 млн. лет назад из океана на сушу «вышли» первые растения и грибы, положив начало огромному разнообразию сухопутной флоры на Земле. Вслед за ними, примерно 375 млн. лет назад, на берег стали выбираться первые земноводные. Миллионы лет они эволюционировали в полностью сухопутных существ, пока в итоге не появился такой многообещающий класс, как млекопитающие. Однако в этом многочисленном и во всех отношениях перспективном биологическом классе есть по меньшей мере одна ветвь высокоорганизованных животных, которым настолько не понравилось жить на суше, что они решили вернуться в воду.
Киты – поистине удивительные животные. С давних времен эти существа будоражили воображение человека. Научное название cеtus и русское «кит» происходят от греческого слова, обозначающего «морское чудовище». Действительно, встреча с огромным, самым большим и массивным существом на всем земном шаре и сегодня оказывает большое впечатление на людей, которым посчастливилось увидеть кита. Что уж говорить о наших предках. Из фольклора разных народов мы помним об участи рыбаков, которые приняли спину кита за остров и решили высадиться на него для отдыха, о различных героях, проглоченных китами, а также о целой модели вселенной, опирающейся на китов. Из той же народной памяти всплывает и такой эпитет, как «царь-рыба», довольно точно отображающий высокое положение, которое кит занимает в человеческой фантазии, но абсолютно ошибочно трактующее природную сущность китов.
Ученые довольно рано пришли к очевидному выводу, что киты в свое время произошли от сухопутных млекопитающих. Китообразные – единственный во всем мировом океане отряд животных, дышащих с помощью легких. Строение костей в их плавниках четко соответствует строению конечностей у сухопутных животных, а движение хвоста и изгибание позвоночника во время движения под водой происходит в вертикальной плоскости (у рыб изгиб позвоночника происходит в горизонтальной) и больше подходит для физиологии наземных, шагающих животных. Как и у других млекопитающих, у китов есть волосяные фолликулы. К тому же киты теплокровны и, главное, вскармливают свое потомство молоком.
Однако, имея в совокупности целый набор однозначных фактов, ученые до недавнего времени не могли четко дать ответ на вопрос, как и от какого предка происходила эволюция китообразных.
Ошибочность в вопросе эволюции китов видна как минимум в примечательном названии одного из предков современных китообразных – базилозавра. В XIX веке, когда были впервые найдены и исследованы части скелета это вымершего животного, ученые пришли к выводу, что найденные останки принадлежат огромному морскому ящеру, ранее неизвестному науке. По реконструированному скелету и примерному внешнему виду вымершему животному было дано название «Королевский (Царственный) ящер». И только спустя годы скрупулезного изучения выяснилось, что базилозавр – никакое не древнее пресмыкающееся, а вполне теплокровное млекопитающее, живущее под водой.
О чем молчит «Происхождение видов»
Чарльз Дарвин в свое время отлично понимал, что отсутствие ответа на вопрос об эволюции китов является чуть ли не самым слабым местом в его теории. Дело в том, что если процесс формирования остальных видов был понятен и все выкладки подтверждены, то в случае с китообразными не имелось даже внятной гипотезы. Вопросы типа «Почему предки китов вновь ушли под воду?», «От кого произошли киты?» и «Где искать огромную пропасть недостающих переходных видов?» навевали на Дарвина бесконечную тоску. Однако ученый постарался представить обществу свою версию происхождения китообразных в первом издании «Происхождения видов». Так, биолог отмечал, что черные медведи могут плавать в воде с открытой пастью по несколько часов подряд, поедая упавших на поверхность воды насекомых. Таким образом, нет ничего особенного в том, что определенная группа медведей, проходя через естественный отбор на протяжении нескольких миллионов лет, все более и более приспосабливалась к водному образу жизни: меняла свои повадки, строение тела и форму пасти, пока в итоге этой эволюции не появился знакомый современникам кит. Безусловно, такое туманное и ничем не подкрепленное мнение не тянет даже на гипотезу. Противники Дарвина высмеяли его за этот пассаж, поэтому в последующих изданиях «Происхождения видов» он отсутствует. Однако дальнейшее изучение китообразных удивительным образом подтвердило предположение Дарвина. Великий биолог оказался прав практически во всем, кроме того, конечно же, что киты произошли от черных медведей.
Ископаемые реликтовых озер
Биологам здесь во многом помогли коллеги по научному цеху – палеонтологи. Обнаружение окаменелых останков для человечества штука не новая. Их находили и в Античности, и в эпоху да Винчи, а после XVIII века и становления дисциплины палеонтологии стали делать это систематически и с далеко идущими планами.
Изначально обнаружение нехарактерных для той или иной местности останков животных, как в случае с обнаружением останков морских животных в альпийских, карпатских и гималайских горных системах, приписывалось такому явлению, как Великий потоп. В общем-то, это логично – если вода покрыла собой всю землю, то найти скелет древней рыбы в итоге можно вообще где угодно.
Однако к XIX веку у скептиков от науки появился неопровержимый аргумент против такого толкования, и назывался он «датировка ископаемых». Опыты показали, что разные останки имеют разный возраст с диапазонами в сотни лет, что никак не вязалось с религиозной теорией. При этом бесспорным выступал факт, что когда-то над всеми обнаруженными ископаемыми останками морских рыб и растений плескался океан, пусть даже ископаемые эти найдены на высоте нескольких сотен метров над уровнем моря.
Так в 1893 год появилась гипотеза о существовании древнего океана Тетис, который являлся своего рода гигантским внутренним морем в период мезозоя (около 252 млн. лет назад).
Мезозойская эра – это период активного формирования современного тектонического облика планеты. Океан Тетис занимал положение между двумя суперконтинентами – Лавразией и Гондваной. На протяжении двух сотен миллионов лет происходил распад суперконтинентов на привычные нам Европу, Америку, Африку, Азию, Австралию и Антарктиду. После распада Гондваны на Южную Америку и Африку, последняя стала двигаться на север, к недавно образовавшейся Европе. Европа, в свою очередь, подалась немного к востоку и соединилась с Азией, после чего к этой парочке присоединилась и Африка. Во время дрейфа континентов происходило постепенное сокращение океана Тетис, а после окончательного соединения древний могучий океан оказался замкнут тремя континентальными плитами и существенно сократился до размеров соленых реликтовых «озер»: Средиземного, Черного и Каспийского.
При этом во время столкновения материков происходило поднятие земли по зоне соприкосновения. Эти процессы совпали с понижением уровня воды мирового океана. Буквально со дна древнего Тетиса из-за невероятно мощного давления напирающих друг на друга континентов поднялись горы – Альпы, Кавказ, Гималаи. Таким образом, территории, на которых находят останки морских животных, некогда были морским дном и в результате геологической эволюции Земли вышли из-под воды на поверхность.
Праотец китов
Головоломка о происхождении китов, впрочем, пришлась по вкусу многим исследователям. Вместе с накоплением знаний о живущих и вымерших видах млекопитающих, ученые стали размышлять над вопросом праотца китов. Не одному десятку биологов и палеонтологов было интересно отыскать это удивительное существо, которому вдруг взбрело в голову уйти с суши в океан путем эволюции в кита.
Первоначально выбор пал на доисторических предков млекопитающих – мезонихий. Представители этого отряда жили в период с раннего палеоцена до конца эоцена (66 – 38 млн. лет назад) и прекрасно себя чувствовали в нише крупных хищных млекопитающих. Размеры этих животных были различными, в зависимости от вида и места распространения – от габаритов волка до бурого медведя и более. Примечательно, что пасть мезонихий была непропорционально большой в сравнении с остальным телом. Крупная вытянутая голова и особенно строение зубов животных позволили ученым предположить, что киты произошли именно от этих млекопитающих. Однако, как комментировали эту гипотезу некоторые биологи, зубы – всего лишь аппарат приспособления. На протяжении нескольких сотен лет, в зависимости от условий, внутри этого аппарата могут произойти существенные изменения. Наука, очевидно, нуждалась в более точном определении предка китов.
Четвероногий кит
И таковой явил себя группе исследователей под руководством Филипа Джинджерича, известного палеонтолога, биолога, геолога и антрополога. Группа проводила раскопки в северном Пакистане и, надо признать, искала вовсе не предка китов. Джинджерич хотел проследить миграцию млекопитающих из Азии в Европу в раннем эоцене. Однако анализ отложений, выбранных для исследования, показал, что они были образованы не на земле, а на дне водоема – в глубине того самого океана Тетис, который 50 млн. лет назад скрывал под толщей воды северный Пакистан. Однако работы были продолжены, и в 1977 году группа археологов обнаружили несколько тазовых костей, датированных тем же ранним эоценом. Находка поставила ученых в тупик: откуда в целиком водной среде могут появиться тазовые кости сухопутного животного? Находку в шутку приписали «ходячему киту» и на некоторое время забросили в запасники.
Затем, еще через два года, в том же регионе был найден окаменелый череп, по размеру похожий на волчий, с нетипичными костными гребнями сверху и по бокам. К этим гребням должны были крепиться мощные мышцы шеи и нижней челюсти. При довольно больших размерах пасти, черепная коробка для мозга оказалась очень маленькой. И самое примечательное место – слуховая булла с S-образным выступом. Само наличие этой кости и выступа такой формы – отличительная особенность китов, благодаря которой они могут слышать под водой. При этом у черепа недоставало некоторых других специфических элементов, присущих современным китообразным. Из всего этого Джинджерич сделал вывод, что найденные им останки – череп и тазовые кости – принадлежали предку современных китов, который вел полуводный образ жизни.
Благодаря долгой и кропотливой работе по поиску, классификации и анализу ископаемых, Джинджерич и коллеги составили череп, позвоночник и некоторые конечности найденного животного, которое получило название пакицет, то есть Пакистанский кит. Только представьте себе, этот четвероногий доисторический кит был размером с собаку, имел маленькие копытца и жил на суше, правда, вблизи воды, около 50 млн. лет назад. Современная территория Пакистана в то время была восточной окраиной океана Тетис и лишь с течением времени поднялась над уровнем моря до современного положения.
Уникальность пакицетов – в строении их скелета. Лодыжечные кости ног животного сходны по строению с соответствующими костями свиней и бегемотов, а вот формой черепа эти существа напоминают китов. Ну и опять же ушная булла и в целом строение ушной полости находит аналоги только у китообразных. Как отмечают ученые, животное еще не ушло окончательно под воду и вело наземный образ жизни, охотясь на обширных мелководьях океана Тетис.
Долина китов
Сахара тоже когда-то была частью дна огромного океана Тетис, а если точнее – его довольно обширной песчаной отмелью. И именно она сегодня дает наиболее полную картину эволюции китообразных от полностью сухопутных существ, бродивших по земле миллионы лет назад, до исключительно морских животных сегодня.
Местность Вади-аль-Хитан – одна из многих частей необъятной Сахары. Она располагается в полутораста километрах к юго-западу от Каира, столицы Египта. Именно здесь находится самое большое и значимое в мире кладбище доисторических китов. Его особенность состоит в высочайшей степени сохранности скелетов – сухой климат надежно предохранил кости животных от разрушения. В некоторых случаях ученым даже удается распознать содержимое желудков вымерших животных. Помимо останков китов в пустыне находят и кости других морских животных, что существенно помогает воссоздать общую картину периода, завершившегося несколько десятков миллионов лет назад.
Собственно, Вади-аль-Хитан так и переводится с арабского – «Долина китов». Огромные скелеты доисторических животных здесь находят с начала XIX века. За исключительную научную значимость и превосходно сохранившиеся археологические останки древних китов Вади-аль-Хитан в 2005 году был внесен список Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Несомненно, ноги должны быть
Количество скелетов в Вади-аль-Хитан поистине огромно. Проблема выбора, проистекающая из этого гигантского доисторического кладбища китов, в полной мере соотносится с проблемой количества предлагаемых сегодня читателю книг – за одну человеческую жизнь невозможно прочитать их все, равно как и изучить все скелеты в Вади-аль-Хитан. Исследователь, как и читатель, должен обладать определенной компетенцией и критическим взглядом, чтобы выбрать из огромного количества предложений самые перспективные.
Вот как раз на самых перспективных находках Вади-аль-Хитан и сконцентрировалась экспедиция Джинджерича, который после своего пакистанского открытия решил заняться проблемой эволюции китообразных. Ученый рассчитывал найти в этом заповеднике реальное подтверждение гипотезе «ходячих китов» в останках тех ископаемых животных, которые уже перешли к водному образу жизни, но современный облик еще не приобрели. Филип Джинджерич был полностью убежден – у предков китов должны быть ноги, пусть даже в рудиментарном состоянии, но еще не превратившиеся в плавники.
С 1980-х команда Джинджерича обосновалась в Вади-аль-Хитан. Исследования проводились в слое отложений, который был на 10 млн. лет моложе отложений, в которых был обнаружен пакицет. Были обнаружены частично сохранившиеся скелеты предков базилозавра и его «меньшего брата» – дорудона.
Работы было такое огромное количество, что группа только к 1989 году смогла найти то, за чем приехала в Египет – Филип Джинджерич обнаружил коленный сустав базилозавра. Причем «открытие века» дало палеонтологам очень ценную подсказку – искать следует совсем не в том месте, где ученые предполагали наличие ног у древнего кита. Дело в том, что базилозавр обладает поистине уникальным строением позвоночника. Его позвонки достигают феноменальной длины – как утверждают ученые, максимальной за всю историю эволюции китообразных. Общая длина вымершего животного составляет до 25 м. Палеонтологи просто промахнулись на несколько метров в поисках ног базилозавра. Когда Джинджерич осознал этот просчет, он возобновил раскопки на исследованных ранее скелетах. Результатом работы стал полный набор задних конечностей ископаемого существа, вплоть до фаланг пальцев, собранный от разных скелетов.
И все-таки они адаптировались
Останки китов, обнаруженных в пустыне, относятся к вымершему подотряду археоцетов, который в свою очередь является ценнейшим элементом переходного периода эволюции китов от сухопутных животных к полностью морским существам. Представители подотряда археоцетов уже имели обтекаемую форму туловища и головы, а также змеевидное тело, но еще были далеки от той формы, которой обладают современные нам киты. Но самое важное для науки открытие – эти, без сомнения, уже целиком водоплавающие животные, сохранили задние лапы, типичные для сухопутных животных. Эти лапы древним китам были уже без надобности – строение позвоночника, плавники и гибкое тело помогали животным быстро и ловко двигаться под водой.
Удивительно, но исследования Джинджерича и других ученых подтверждают казавшуюся абсурдной версию Дарвина. Древние сухопутные млекопитающие, которые дали начало процессу эволюции китообразных, действительно долгое время жили вблизи мелководья. Благодаря высоким и тонким ножкам эти животные могли свободно перемещаться по неглубоким заливам океана Тетис и охотиться на морских животных. Благодаря гибкости тела и длинному хвосту они должны были проворно плавать. При этом поиск добычи в море оказался исключительно хорошей идеей – на мелководье некрупным пакицетам не угрожали морские хищники, а кормовой базы было вдосталь. Кроме того, другие виды не могли конкурировать с этим животными, так что они оказались предоставлены сами себе. Водная среда с течением времени сделала свое дело: организм пакицетов стал все больше и больше приспосабливаться к жизни на воде, а позднее – и под водой.
Как мы знаем сегодня, частичная адаптация к полуводному образу жизни вовсе не является нонсенсом в мире млекопитающих. Например, безобидный маленький представитель рода оленьковых, который обитает в тропических лесах Африки, так и называется – водяной оленек. Животное достигает в высоту около 30 см и из-за огромного количества врагов ведет скрытный образ жизни. Водяной оленек не может быстро бегать на своих коротких ножках, но в качестве защиты от птиц и хищных гигантских кошек он научился нырять и в буквальном смысле убегать от преследователя по дну водоема. Когда животному необходим воздух, он аккуратно высовывает кончик носа над поверхностью воды и, вдохнув, продолжает свое подводное бегство. При этом его рацион составляют водные растение и плоды, а также мелкие ракообразные и при случае рыба.
Долгий путь в океан
Сегодня ученые уже довольно полно могут представить картину эволюции китов. Недавние исследования из молекулярной генетики также подтверждают версию о том, что пакицеты – древние предки китов. Общий китовый предок выделился из парнокопытных в позднем меловом периоде или раннем палеоцене, около 55 – 50 млн. лет назад. Самый первый кит был полностью наземным животным и постепенно приспосабливался к жизни на воде, а потом и под водой. Результатом адаптации к водной среде наземных китов стало уменьшение волосяного покрова на теле, «сглаживание» форм тела, трансформация конечностей в плавники (причем задняя пара лап довольно долгое время сопротивлялась трансформации), изменения в строении позвоночника. Животные обзавелись равномерным толстым слоем подкожного жира, надежно защищающего внутренние органы от переохлаждения, а ноздри для оптимизации процесса дыхания переместились на самый верх головы. В древнем океане было довольно много различных переходных форм, названных протоцетидами, которые еще могли выходить на землю. Около 38 млн. лет назад в воде остались только базилозавры и дорудоны – полностью морские существа, во многом напоминающие современных китов, но еще не утратившие полностью свои конечности. Около 30 млн. лет назад киты завершили трансформацию облика и обзавелись новым способом ориентации в пространстве – эхолокацией, а также склонностью к социальным связям. Из современных животных ближе всех к киту стоят гиппопотамы.
По выражению одного из столпов палеонтологии ХХ века, Джорджа Гэйлорда Симпсона, китообразные являются наиболее странными и ни на кого не похожими млекопитающими, их можно представить группой, отколовшейся от любого из существовавших в то время отрядов или надотрядов и начавшей развиваться в совершенно ином направлении. Получается, что киты в своем развитии сумели пройти двойную глобальную адаптацию. Сначала, как и все живое, зародившись в океане, вышли из воды на сушу, а потом, по прошествии миллионов лет, вернулись в колыбель жизни. Этот феноменальный процесс весьма ярко демонстрирует возможности приспособления существ не только к угнетающей, но и к выгодной для себя среде. А еще – невообразимую гибкость природного механизма эволюции, в результате которого в том числе появились и люди.
