В 2010 году году в Польше были обнаружены отпечатки следов древнейшего четвероногого существа, проковылявшего по илистому берегу доисторического водоема почти 395 миллионов лет назад.
Это открытие довольно существенно изменило представления ученых о времени появления тетрапод, к которым относимся и мы с вами. Совсем недавно школьные учебники непосредственным предком четвероногих называли латимерию, считавшуюся вымершей сотни миллионов лет назад. Но оказалось, что латимерия жива и мы не потомки ее, а в лучшем случае внучатые племянники. Собственная же история целаканта заслуживает отдельного рассказа.
Рис. ЭЛЬДАРА ЗАКИРОВА
…Ахмед вздрогнул и проснулся. В его домике было душно и влажно. Помолившись в темноте и кинув на плечо всегда готовый к работе вонючий мешок со снастями, он побрел на каменистый пляж, где вместе с десятками других ночевала его лодка.
Двадцать лет назад в их деревне случилось чудо. Сосед Али рассказывал, что откуда-то из-за моря правительству Коморских островов выделили деньги. На них купили лодки, моторы и сети. Основным условием этой благотворительности было то, что рыбачить они отныне должны были не у берегов, а в открытом море. Богатые иностранцы не хотели, чтобы коморские рыбаки добывали гомбессу — ту странную синюю рыбу, которая изредка клюет на их донки и из чьей чешуи они делают наждачку. Иностранцы называют ее смешным словом «целакант».
Но моторы и сети постепенно пришли в негодность, а новые никто не покупал. Других источников дохода здесь нет, поэтому пришлось вновь пересаживаться на старые деревянные лодки с балансирами.
Монотонно работая веслом, Ахмед за полчаса догреб до того места, где когда-то хорошо ловилась вкусная «масляная» рыба. Она и сейчас здесь попадается, вот только гораздо реже. И почему-то очень мелкой стала.
Подобрав со дна лодки камень и подвязав его на леску, рыбак насадил на крючок наживку и опустил за борт. Неподалеку уже стояли лодки соседей-рыбаков. Море розовело, начинался новый знойный день… Утро 22 декабря 1938 года для куратора маленького музея в южноафриканском городке Ист-Лондон не отличалось ничем особенным. 31-летняя Мaрджори Куртене-Латимер очищала и монтировала скелет ископаемой рептилии, солнце все настойчивее грело торцы книжных полок, а с улицы через раскрытое окно доносились обычные звуки и запахи начинающегося дня. Мардж была довольна своим местом. Хотя зарплата маленькая, всего два фунта в месяц, зато сама себе начальник. Когда она пришла в музей, вся его коллекция состояла из чучела шестиногого поросенка, нескольких траченных молью птичьих чучел и десятка старых книг. Музей стал смыслом жизни Марджори. Никакого специального образования она не имела, зато у нее был глубочайший интерес к естественной истории.
Зазвонил телефон. На проводе оказался сотрудник порта: «Это мисс Латимер? Капитан Гузен просил передать, что он вернулся и что мисс Латимер может приехать посмотреть на улов».
Взяв такси, мисс Латимер добралась до порта, выяснила у диспетчера, где пришвартовался траулер и мимо штабелей разнообразных грузов и снующих черных грузчиков пешком отправилась к Гузену. Вчера шхуна «Нерина» тралила на глубине 70 м недалеко от устья реки Халумна, и ничего особенного в ее улове Мардж не нашла. Она уже готова была покинуть судно, когда ее внимание привлек крупный голубоватый плавник, высовывавшийся из-под лежащей на палубе груды акул и скатов.
Растаскивая лежащие сверху рыбьи тела (маленькая леди никогда не брезговала подобной работой), Латимер в конце концов «раскопала» то, что в своих воспоминаниях она назвала «самой прекрасной рыбой, какую я когда-либо видела; пять футов длиной, тускло лилово-синяя с поблескивающими серебристыми точками». Марджори понятия не имела, что перед ней, однако было ясно, что эта рыба должна попасть в музей.
Мертвый целакант (Latimeria chalumnae), выловившие его рыбаки с удовольствием позируют рядом. Целакант обычно обитает на глубине от 150 до 200 м, взрослые особи достигают двух метров в длину. Фото: SPL/EAST NEWS
Проверив имевшиеся в ее распоряжении книги по ихтиологии, Мардж нашла рисунок, который привел ее к совершенно неожиданному заключению. Ее находка по строению головы, плавников и хвоста была похожа на одну из доисторических рыб. Единственным человеком, который мог бы помочь ей в точном определении, был Джон Смит, преподаватель химии, работавший в Университете Родса городка Грэхэмстаун. Биолог-самоучка, он все свое свободное время собирал, определял и описывал рыб, впоследствии став одним из крупнейших специалистов по ихтиологии Южной Африки.
Смит тут же опознал рыбу как целаканта (с латыни Coelacanthus переводится как «полый шип») — представителя группы Coelacanthimorpha, относящейся к кистеперым рыбам, вымершим, как считалось, около 80 миллионов лет назад. Профессор позднее писал: «Не было и тени сомнения: до последней чешуйки, до последней косточки и плавника это был настоящий целакант!» Невероятный случай, все равно как если бы в мясном магазине на прилавке лежал разделанный динозавр.
После того как фотография чучела рыбы появилась в газетах, целакант, Марджори и Смит в одну ночь стали знаменитостями. Трофей мисс Латимер окрестили самой важной биологической находкой ХХ века. Посмотреть на чучело целаканта в тот день, когда оно было выставлено в музее Ист-Лондона, пришли 20 000 человек. В июне 1939 года Смит опубликовал научное описание находки, в котором назвал рыбу Latimeria chalumnae —в честь мисс Латимер и реки, у места впадения которой в Индийский океан было поймано живое ископаемое. Популярности целаканту добавляло то, что кистеперых рыб тогда считали переходным звеном на эволюционном пути к наземным четвероногим животным. Ученые полагали, что именно они первыми ступили на сушу. На самом деле это не так. Далекими предками четвероногих (Tetrapoda) были древние рыбы из группы тетраподоморфных. У них, а также у чудом дошедших до нас кистеперых, были общие предки. Так что правильнее говорить, что целаканты — родня предкам тетрапод.
Целаканты появились в так называемом веке рыб — девонском периоде, около 415 миллионов лет назад. До открытия Смита считалось, что эта группа рыб вымерла в конце мезозойской эры (в меловом периоде). Поразительно, как такая крупная рыба могла выпасть из поля зрения ученых? Кроме того, возникает вопрос: почему ископаемые остатки целакантов ни разу не были найдены в осадочных морских породах моложе 70 миллионов лет?
Палеонтологи объясняют это следующим образом. Судя по тому, что современные латимерии живут в «сумеречной зоне» на относительно больших глубинах, их постмезозойский предок также мог жить на глубине. В то же время глубоководные отложения, содержащие скелеты рыб, крайне редки. Чтобы легкие и довольно слабо обызвествленные рыбьи кости сохранились, труп должен быть быстро занесен осадочным материалом, например песком. На глубине же на дно падает только очень тонкая взвесь, она накапливается медленно, и скелет быстро разрушается благодаря деятельности бактерий. Вероятно, именно по этой причине кистеперы умудрились просуществовать от конца эпохи динозавров до нашего времени, оставаясь незамеченными (если, конечно, не считать рыбаков с затерянных в океане островов).
Индонезийский целакант
В 1998 году мир облетает сенсационная новость. Целакант найден в 10 000 км от Коморских островов, в Индонезии. 30 июля 1998 года целаканта длиной 1,2 м поймали в глубоководную акулью сеть у вулканического островка Манадо Туа, что расположен к северу от Сулавеси. Местное название рыбы — Raja Laut, что означает «король моря». Целакант прожил еще почти шесть часов, позволив американскому биологу Марку Эрдманну отснять под водой на видеокамеру свою расцветку и движения плавников. Внешне он был очень похож на коморского целаканта, за исключением того, что окраска его была не темно-голубой, а серо-коричневой, с мельчайшими золотыми блестками. Исследования показали, что это новый вид, названный Latimeria menadoensis.
В гостях у целаканта
Второй целакант был пойман в 1952 году у Коморских островов, лежащих к северу от Мадагаскара. Выяснилось, что местные рыбаки хотя редко, но регулярно вылавливают эту рыбу, однако интереса она для них не представляет, так как не годится в пищу. Ввиду большой научной ценности таких рыб местные чиновники обязали рыбаков сообщать о каждой поимке, и в результате более 200 экземпляров целакантов попали в руки ученых.
Отпечаток целаканта в девонских породах. До 1938 года полагали, что эти рыбы вымерли еще в меловом периоде, около 70 млн лет назад. Фото: CORBIS / FOTO SA
После того как внешнее и внутреннее строение латимерии было тщательно изучено, встал вопрос о том, как она двигается. Выше уже упоминалось, что многим хотелось видеть в ней существо, давшее начало ветви позвоночных, вышедших из воды на сушу. С легкой руки профессора Смита необычные плавники кистеперой рыбы неспециалисты готовы были рассматривать чуть ли не как ноги. Высказывались даже предположения, что целакант может ходить по дну. Необходимы были прямые наблюдения.
Легко сказать!.. Ныряльщики с обычным снаряжением латимерию не находили. Использование специальных ловушек тоже успехом не увенчалось. А те целаканты, которые были пойманы на крючок и извлечены с большой глубины, погибали в течение нескольких часов. Для наблюдения целакантов в естественной среде необходимо было организовать экспедицию, оснащенную глубоководным батискафом.
Ганс Фрике мечтал об этом со студенческих лет. Книга Смита «Старина-четвероног» была его любимым чтением. В 1974 году, едва получив университетский диплом биолога, Ганс отправился на Мадагаскар, где, вооружившись аквалангом со специально подобранными смесями газов, нырял на глубину 85 м, но и там целаканта не встретил. Нужна была подводная лодка, а она, естественно, недешева. Однако Фрике не сдался. Через 12 лет у него появился подводный аппарат. Но помимо этого требовались очень тщательная подготовка, большие материальные средства, нужен был «материнский» корабль, который доставит батискаф к месту погружений и будет их обеспечивать. Все эти трудности энтузиаст успешно преодолел, и осенью 1986 года в длительное путешествие к Коморам отправилась переоборудованная мотояхта «Метона», транспортирующая батискаф.
Еще в 60-х годах прошлого века, после изучения строения целаканта, французские зоологи предположили, что он может ползать по морскому дну, а карикатуристы рисовали идущего вразвалочку кистепера, выбирающегося из воды на берег вулканического острова. Если целакант действительно может ходить по дну, то Фрике хотел это увидеть! Также очень важно было изучить экологическую нишу этой рыбы, позволившую ей выжить в течение десятков миллионов лет. Но долгое время поиски оставались без результата.
Тогда исследователи решили поговорить с местными рыбаками. Выяснилось, что гомбесса (как называют латимерию местные жители) клюет только ночью. Тогда спускаемый аппарат переоснастили, и погружения стали ночными. И вот вскоре первый кистепер появился в свете прожекторов. Произошло это 17 января 1987 года у острова Гран-Комор на глубине 198 м.
Целаканта первым увидел Олаф Райнике, аспирант из Мюнхена. Рыба из давно ушедших времен степенно плыла под батискафом, и ее глаза отражали свет прожекторов, блестя светло-зеленым светом. От радости оба пилота заорали так, что завибрировали стенки батискафа. Кистепер слышал шум, но это его абсолютно не беспокоило. Усыпляюще-медленно он «покатился» вниз по подводному склону…
Одни из самых интересных наблюдений команды Фрике касаются очередности и синхронизации движений грудных и брюшных плавников латимерии. Покадровый просмотр пленки показал, что в совокупности они напоминают «рысь» наземных позвоночных. Если правый плавник двигается вверх, то левый вниз, причем брюшные плавники двигаются в противофазе по отношению к грудным. Вместе плавники двигаются «крест-накрест». Очень подвижными оказались второй спинной и анальный плавники, которые также могут совершать гребущие движения, часто описывая дугу в 180°. Движения плавников кистепера напомнили исследователям походку саламандры, однако ожидания, что он может ходить на плавниках по дну, не оправдались. Кистеперы предпочитают дрейфовать, используя даже самые слабые токи воды. Это делает хищника абсолютно «беззвучным», что крайне эффективно при охоте в полной темноте. Свои большие грудные и брюшные плавники латимерии используют, как птицы во время парения, постоянно корректируя свой подводный полет. После просмотра записи движений рыбы один из английских ихтиологов назвал кистеперов «двупарнокрылыми».
Всего было встречено шесть экземпляров, которые продемонстрировали массу курьезных вариантов движения. Целаканты минутами могли плыть на спине или же «включали задний ход», гребя из состояния покоя назад. Иногда казалось, что они дурачатся, то становясь на голову, то, наоборот, делая свечку. При первой встрече зоологи думали, что встретили сумасшедшую больную рыбу, но каждый обнаруженный целакант непременно делал стойку на голове. Было очевидно, что это нормальное поведение. В такой стойке рыба определяет положение добычи, спрятавшейся на дне.
Целаканты охотятся ночью. На глаза они вряд ли полагаются, используя какие-то другие источники информации. Ученые предположили, что ее поставляет так называемый ростральный орган, который имеется в голове кистеперов, он схож по строению с электрочувствительными органами акул — ампулами Лоренцини. При помощи этого органа хищник обнаруживает слабое электрическое поле, создаваемое добычей. Чтобы проверить эту гипотезу, была изготовлена модель «жертвы» из платиновых электродов. Установив их прямо перед иллюминатором батискафа и замкнув контакт, биологи не поверили своим глазам. Почти двухметровый целакант появился в конусе света и… встал на голову. Его огромные грудные плавники задели стекло иллюминатора. Он был так близко, что можно было рассмотреть маленьких рачков-паразитов, сидящих на краях больших чешуек. Потом при помощи этого же устройства ученые смогли водить кистепера «на прогулку».
Ханс Фрике рассказывает: «Мы часто спрашивали себя, как такое медлительное существо могло выжить в течение миллионов лет? Как могла эта медлительная хищная рыба выдержать конкуренцию со стороны более активных морских хищников? Потом мы поняли. Латимерия ведет «теневое существование» в пространстве, бедном питательными ресурсами. Пребывание здесь хищников с высокими темпами обменных процессов просто не оправдано. Кистепер же выживает благодаря экономии энергии. В холодной воде холоднокровное животное может довольствоваться минимумом пищи. Кроме того, на охоте он мастерски использует подводные течения». Наблюдения за поведением кистепера показали, что он — «пассивный» охотник, медленно дрейфующий над грунтом в поисках мелкой рыбы и головоногих моллюсков. Быстрые броски используются только в случае атаки или избегания хищника. Следует отметить, что двухметровые современные целаканты при всей своей внушительности все же серьезно уступают некоторым ископаемым видам. Целакант Megalocoelacanthus dobiei, обитавший в позднемеловых морях Северной Америки, достигал в длину 3,5 м! В отличие от латимерии мегалоцелакант был фильтратором. Медленно двигаясь в толще воды, он процеживал ее микроскопическое содержимое через сито своей «жаберной корзины» — жаберного аппарата с многочисленными зубчиками.
От плавников к ногам
В настоящее время палеонтологи выстроили относительно полную эволюционную цепочку, восстанавливающую последовательность преобразования тетраподоморфных рыб в тетрапод. Надкласс костных рыб (Osteichthyes) состоит из классов лучеперых (Actinopterygii) и лопастеперых (Sarcopterygii) рыб. В свою очередь, класс лопастеперых включает в себя несколько древних групп рыб, возникших от общего предка. Три самые крупные из них — это целаканты (Coelacanthimorpha или Actinistia), двоякодышащие (Dipnoi) и тетраподоморфные рыбы (Tetrapodomorpha). Одной из главных особенностей всех лопастеперых рыб считаются плавники с мясистыми, покрытыми чешуей и обрамленными гибкими лучами основаниями. Более того, скелет таких плавников имеет черты сходства со скелетом конечностей наземных четвероногих животных (Tetrapoda). Необходимо добавить, что во многих классификациях целакантов вместе с некоторыми другими группами лопастеперых рыб объединяют в инфракласс кистеперых рыб (Crossopterygii). Применительно к целакантам именно это название лучше всего известно широкой публике. Прямыми предками наземных четвероногих животных являются тетраподоморфные рыбы.
Но что заставило некоторых представителей рыбьего племени осваивать сушу? Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. В течение длительного времени среди биологов доминировала так называемая гипотеза пересыхающего пруда. В соответствии с ней перебраться на сушу некоторых рыб вынудили длительные сезонные засухи. В таких условиях воздушный пузырь модифицировался в орган дыхания атмосферным воздухом. Те виды рыб, что научились дышать по-новому, выжили, поскольку смогли переползать из водоема в водоем, помогая себе плавниками, как лапами. Впоследствии плавники якобы постепенно трансформировались в настоящие лапы с пальцами. Тем не менее за последние 20 лет ученые собрали убедительные доказательства, свидетельствующие, что эта гипотеза неверна. Оказалось, что лапы возникли… в воде. Как известно, одним из важнейших факторов, стимулировавших возникновение новых форм жизни, служит освоение свободных экологических ниш. Такой нишей стала суша. По всей видимости, возникновение способности дышать атмосферным воздухом у рыб было связано с низким содержанием кислорода в воде. Геохимические данные показывают, что в среднедевонское время (375–385 млн лет назад) уровень кислорода в атмосфере, и соответственно в воде, был беспрецедентно низок. «Научившись» дышать воздухом, рыбы начали освоение суши, которая предоставляла новые источники пищи (в которую отлично годились беспозвоночные, вышедшие из воды значительно раньше) или становилась убежищем, ведь атаки хищников было легче избегать на берегу или мелководье. Но одних легких для этого было недостаточно. Требовалось сразу несколько морфологических особенностей, позволявших не только дышать, но и перемещаться и ориентироваться вне воды. Так вот, ископаемые остатки свидетельствуют, что конечности первых тетрапод возникли вне какой-либо связи с переходом на сушу. Другими словами, лапы с пальцами (по-видимому, соединенными перепонкой) появились в воде и уже потом «пригодились» на берегу.
О чем рассказала латимерия
Несмотря на то что кистеперые рыбы не являются нашими прямыми предками, многие особенности их строения напоминают черты наземных четвероногих. Кроме их замечательных плавников, которые отдаленно напоминают конечности тетрапод, зубы целакантов покрыты слоем эмали, а строение внутреннего уха характеризуется некоторыми особенностями, свойственными земноводным. Интересной особенностью целакантов служит наличие сустава в черепе. Благодаря ему передняя часть черепа может смещаться вверх, значительно увеличивая объем ротовой полости в момент открывания рыбой рта. При этом добыча в буквальном смысле слова засасывается в пасть хищника.
Мягкие ткани в ископаемом состоянии не сохраняются, поэтому обнаружение «живого ископаемого» предоставило биологам возможность исследовать физиологию и обменные процессы древних рыб. Это было невероятно интересно. После того как в 1972 году международная экспедиция препарировала только что пойманного целаканта и взяла на анализ образцы тканей, крови и полостных жидкостей, их изучением занималось не менее 80 специалистов. В частности, выяснилось, что плавательный пузырь латимерии заполнен жироподобным веществом, кроме того, под кожей у целаканта находится довольно толстый слой жира. Обнаружилось, что латимерия обладает некоторыми физиологическими признаками, напоминающими те, что имеются у акул. Например, и те и другие выравнивают осмотическое давление тканевых жидкостей, используя мочевину.
Сотрудники Американского музея естественной истории с первым экземпляром целаканта, достигшим Западного полушария (его привезли в музей в 1962 году). Фото: AMERICAN MUSEUM OF NATURAL HISTORY
Как и у акул, позвоночник латимерии преимущественно состоит из хряща. Хрящевая основа позвоночного столба — нотохорд с заполненным жидкостью каналом и не полностью окостеневшими позвонками. В целом в скелет кистеперых входит большое количество хрящевых элементов, что указывает на их происхождение от более древних хрящевых рыб (Chondrichthyes), к которым относятся и акулы. Похоже на акулье и строение некоторых желез внутренней секреции.
Много интересных данных было получено молекулярными биологами и генетиками. Например, было выяснено, что первичная структура белка гемоглобина латимерии значительно больше напоминает таковую у головастиков, нежели гемоглобин любой современной костистой рыбы. То же самое можно сказать об одном из генов, регулирующих важные этапы раннего развития: у латимерии он больше похож на ген мыши, нежели такой же ген костистых рыб. То есть кистеперы филогенетически ближе к тетраподам.
Молекулярные методы определения времени расхождения в эволюции двух современных видов целакантов (африканских и индонезийских) показали, что это произошло между 30 и 40 миллионами лет назад. Именно тогда Индия «наехала» на Евразию. В результате этого геологического катаклизма возникла колоссальная горная система — Гималаи. Стекающие с Гималаев реки создали естественный барьер, «разорвавший» единый ареал латимерии: мутные пресные воды, выносимые в океан на многие километры, стали непреодолимым препятствием, обособив восточную и западную части некогда единой популяции. Несмотря на значительный возраст рассматриваемого события, два вида латимерий морфологически очень сходны. Отметим, что произошедшее приблизительно в это же время разделение китообразных на усатых и зубатых китов (27 миллионов лет назад) и обезьян на узконосых и широконосых (33 миллиона лет назад) сопровождалось колоссальными вспышками разнообразия в этих группах позвоночных. А вот латимерия с тех пор почти не изменилась, что свидетельствует о крайне высокой степени консерватизма этого существа.
Поимки беременных самок помогли исследовать особенности размножения этой древней рыбы. Выяснилось, что латимерия рождает очень крупных живых детенышей (до 36–38 см в длину), прекрасно подготовленных к встрече с морем. У потомства, которое язык не поворачивается назвать мальками, полностью сформированы плавники, чешуя и зубы. Огромные икринки (9 см в диаметре и до 325 г весом) развиваются в обособленных участках матки. Эмбрион несет крупный желточный мешок, из которого питательные вещества по особому каналу поступают в кишечник. Такой же тип «транспортировки» известен и у живородящих акул. Количество детенышей, обнаруженных внутри пойманных самок, варьировало от 5 до 26. Предполагается, что вынашивание продолжается от 13 месяцев до трех лет, то есть самка приносит потомство лишь каждый второй или третий год.
За прошедшие 10 лет в поисках латимерии подводные аппараты неоднократно опускались в глубины океана. В естественной среде были отсняты не только коморские, но и южноафриканские и индонезийские целаканты. Было получено огромное количество ценнейшей научной информации. Однако ученые констатируют быстрое уменьшение популяций кистеперов. Там, где 20 лет назад их были десятки, сейчас — единицы. Исследователи и общественные организации лишь в малой степени могут предотвратить исчезновение «живого ископаемого». На то, чтобы изменить тактику лова рыбы местными рыбаками, не раз выделялись большие деньги. Однако прогнозы не очень утешительны. Латимерии размножаются медленно, а население островов растет быстро. Для многих рыба — чуть ли не единственный источник пищи. Сумеем ли мы сохранить «старину-четверонога», чудесную рыбу, прошедшую через планетарные катаклизмы, выжившую в них, но вынужденную жить в одно время с нами? Время покажет.
