Экспансия из рая: как и зачем земная жизнь покинула океан

В наше время суша полна жизни, но когда-то она была бесплодной пустыней. Смельчак, сунувшийся на сушу, встретился бы с голодом, жаждой, постоянно меняющимся ландшафтом и губительным ультрафиолетовым излучением. Как и зачем жизнь покинула райский сад океана?

Полмиллиарда лет назад в океане уже резвились членистоногие, предки позвоночных животных, головоногие и брюхоногие моллюски, иглокожие и черви. Суша же в это время была неприглядным местом. По бескрайней пустыне медленно ползли гонимые ветром дюны.

Мутные потоки дождевой воды размывали бесплодную землю, не скрепленную корнями растений, и постоянно меняли свое русло. Солнечный ультрафиолет грозил опасностью организмам, привыкшим жить в море, ведь воздух поглощает ультрафиолетовые лучи значительно хуже, чем вода.

На страшных берегах

Ученые предполагают, что первыми на суше обосновались бактерии и, возможно, одноклеточные водоросли. Среди них и сейчас немало видов, приспособленных к экстремальным условиям. Но одноклеточные редко сохраняются в окаменелостях, поэтому у палеонтологов нет ни прямых доказательств их присутствия на древнейшей суше, ни четкого понимания, когда именно они там появились.

О том, что привлекло их на сушу, тоже можно лишь догадываться. Возможно, бактерии научились извлекать энергию из химических реакций, ингредиенты для которых встречались на суше в изобилии, а водорослям, освоившим фотосинтез, могло приглянуться обилие света и углекислого газа. А может, их вытеснили из моря другие, более приспособленные виды, и отважным первопроходцам пришлось адаптироваться к новой среде для выживания.

Зеленый свет

Следующими после микробов на сушу вышли, вероятно, растения. Что им понадобилось на негостеприимных берегах? Вероятнее всего, солнечный свет и углекислый газ. Того и другого на суше больше, чем в океане. А может, дело в конкуренции со стороны водорослей.

Первые остатки наземных растений — это криптоспоры. Так называют микроскопические находки, напоминающие споры современных растений. Они отличаются строением от настоящих спор, но их стенка состоит из того же вещества — спорополленина.

Это природный полимер, предохраняющий споры от высыхания и ультрафиолета. Благодаря ему мы знаем, что растения были наземными или по крайней мере держали «голову» над водой: кому же под водой грозит высыхание? Ученые полагают, что растения, производившие эти криптоспоры, были близки к мхам и печеночникам.

Одно из доказательств этого — находка веточек возрастом 475 млн лет, на концах которых располагались спорангии — органы размножения, заполненные криптоспорами. По строению они похожи на споры печеночников. Криптоспоры появились в ордовикский период (487–443 млн лет назад), а в самом его конце возникли и настоящие споры.

Кто здесь ползал?

А что же животные? Еще задолго до появления наземных растений они начали ползать по обнаженной отливом полоске дна и кромке берега. Одними из первых смельчаков были эвтикарциноидеи — членистоногие с широким телом и длинным тонким хвостом. Они отдаленно напоминали мечехвостов, но на деле были ближайшими родственниками многоножек.

Эти существа, по-видимому, вели земноводный образ жизни. Возможно, их привлекали бактериальные пленки, покрывавшие сушу, или остатки морских водорослей, выброшенные на берег. Чтобы наесться вдоволь подальше от многочисленных морских хищников, стоило выбраться из моря!

А может, они, как мечехвосты, выползали на сушу, чтобы отложить яйца там, где никто до них не доберется. У берега ползали и трилобиты — очаровательные вымершие членистоногие. Их голову защищал крепкий панцирь, тело делилось на сегменты, а короткий хвост был прикрыт хвостовым щитом.

Первые следы ползания у берега относятся к кембрийскому периоду (539–487 млн лет назад).

Суша начинает шуршать

Кто из животных первым по-настоящему вышел на сушу? Насколько известно, это членистоногие. А именно, многоножки. Самой древней из известных — Pneumodesmus — 425 млн лет. Как ученые поняли, что она по-настоящему наземная? У Pneumodesmus были обнаружены дыхальца — дыхательные отверстия в хитиновом панцире, необходимые для дыхания воздухом, а не водой.

Позже компанию сухопутным многоножкам составили тригонотарбиды. Это родственники пауков, довольно похожие на них внешне. Правда, они не умели плести паутину, а их брюшко, в отличие от паучьего, было разделено на сегменты.

Зачем членистоногие пришли на сушу? Вероятно, чтобы полакомиться растениями. В отложениях того периода находят не только споры, но и почти целые растения, самые древние из тех, что знает наука. Одно из наиболее известных называется Cooksonia. Это было маленькое растеньице до 10 см в высоту, у него были тонкие стебельки, ветвящиеся надвое, совершенно лишенные листьев, а на концах веточек располагались круглые спорангии, в которых созревали споры.

Итак, в силурийском периоде (443–420 млн лет назад) первые наземные многоножки уже шуршали среди первых наземных растений. Студенты-палеонтологи запоминают этот факт с помощью забавной мнемоники: «силур — шур-шур». Оставалось по-настоящему освоить новую среду, создать там сложные сообщества живых организмов.

Заросли и охотники

Большинство ранних наземных растений, известных науке, внешне мало отличались от Cooksonia. У них тоже были голые, делящиеся надвое стебли со спорангиями. Настоящих корней у них еще не было, были стелющиеся по земле специализированные побеги — ризомы.

Но, что удивительно, к началу девонского периода (420–359 млн лет назад) у растений уже была микориза. Это особый вид симбиоза с грибом, когда грибные гифы внедряются в ткань растения для обмена питательными и минеральными веществами. А еще некоторые растения, например, Asteroxylon, уже начали обзаводиться листьями. Правда, в то время они выглядели как маленькие чешуйки, покрывавшие стебли растения.

Сухопутные членистоногие тоже стали разнообразны. Кроме многоножек и тригонотарбид, появились коллемболы, или ногохвостки. Эта группа членистоногих здравствует до сих пор, почти не изменившись с девонского периода. У них шесть лапок, как у насекомых, и вилка на конце брюшка, с помощью которой они упираются в землю и далеко прыгают.

Другая группа, возникшая в девоне почти в современном виде, — сенокосцы, или косиножки. Вы наверняка видели этих родственников пауков с маленькими тельцами и длинными-предлинными ногами. Кроме того, выбрались на сушу скорпионы, питавшиеся, вероятно, другими членистоногими, и клещи, высасывающие сок растений.

Растения производили органику путем фотосинтеза. Отмершие части растений с удовольствием подъедали детритоядные многоножки и коллемболы. За коллемболами охотились длинноногие сенокосцы. Тригонотарбиды поджидали добычу, прячась в зыбкой тени голых стеблей. Хищные многоножки рыскали в поисках жертвы.

Объедки, оставшиеся после чужого пиршества, расщепляли почвенные грибы, возвращая минеральные вещества обратно в круговорот природы. Это было сообщество прочно обосновавшихся на суше организмов, приспособившихся к жизни друг с другом. Суша, которая до того была самым неприглядным местом на планете, преобразилась до неузнаваемости.

К середине девонского периода (393–382 млн лет назад) растения захватили сушу, раскинулись лесами, деревья взмыли к небу. Вот только их почти некому было есть. Вышедшие на сушу грибы и многоножки не справлялись с таким обилием пищи, и все недоеденные листья, все обломанные ветки, все поваленные стволы деревьев стали сноситься в водоемы.

Там за них принялись бактерии, расходуя кислород на разложение всего этого мусора. Так было по всей планете, что и привело к резкому снижению уровня кислорода в атмосфере. В воде его было еще меньше, и, возможно, именно это подтолкнуло позвоночных к тому, чтобы тоже начать выглядывать из воды.

Рыбы, ваш выход!

У студентов есть присказка-мнемоника: «Девон — рыбы вон!». Именно в девонском периоде позвоночные впервые вышли на сушу. Этот подвиг совершили рыбы из группы тетраподоморф, или четвероногоподобных. Их потомков называют тетраподами, или попросту четвероногими, и к ним относятся амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие.

Представление о том, как выглядели предки четвероногих, дает вымершая рыба Eusthenopteron, выраставшая до метра в длину. В основании ее плавника располагались три кости: одна ближе к телу, а другие две, параллельные друг другу, примыкали к ней. По такому же принципу устроены все конечности наземных позвоночных: ближе к телу располагается плечевая или бедренная кость, а к ним примыкают, соответственно, лучевая и локтевая или большая и малая берцовые кости.

Первый этап превращения в шлепающее по суше четвероногое, по-видимому, отражают рыбы Panderichthys и Tiktaalik, выраставшие более метра в длину. Они жили в воде, но, похоже, нередко выглядывали из нее: морда у них вытянулась, а глаза начали смещаться вверх, как у крокодила.

Передние плавники стали крупнее, возможно, чтобы упираться ими в дно и приподнимать голову над водой. Tiktaalik, похоже, даже начал обзаводиться шеей. И Panderichthys, и Tiktaalik дышали жабрами, но кости, связанные с жаберным аппаратом, у них начали уменьшаться. Похоже, эти существа уже были не прочь глотнуть воздуха.

Второй этап представляют собой Acanthostega и Ichtyostega. Эти животные уже могли дышать легкими, но все еще имели жабры и не спешили избавляться от крупного хвостового плавника. Зато они отрастили себе довольно крупный таз, пусть даже он и не прирастал к позвоночнику.

Передние конечности стали еще крупнее, на них появились пальцы (у Ichtyostega их было семь, у Acanthostega — сразу восемь) и локти, чтобы было удобнее упираться в землю. Возможно, эти животные могли выползать на сушу, но очень ненадолго.

* * *

Покинуть море — еще не значит покинуть воду. По-настоящему сухопутным можно назвать лишь существо, проводящее в воде ничтожно малую часть своей жизни или совсем не сующееся в воду. Первые такие существа появились в каменноугольном периоде (359–299 млн лет назад).

_{Материал опубликован в июне 2025}