Расцвет жизни в воде

От палеозойской («древней») эры, следовавшей за архейской, остались нам более ясные следы жизни, но тогдашние живые существа совсем еще не были похожи на теперешние. Конечно, жители морей тогда уже очень далеко ушли от самых первых зачатков жизни на Земле. Да и время от начала жизни до палеозойской эры исчисляется сотнями миллионов лет. Тянулась палеозойская эра также миллионы и миллионы лет. Об этом можно судить по тем громадным пластам осадков, которые накопились за ее время. Понятно, что и жизнь за эти долгие годы не стояла на месте; животные и растения начала палеозойской эры сильно отличаются от живших в конце ее. Поэтому палеозойскую эру удобно разделить на первую и вторую половины.

Одно из величайших событий в истории жизни разыгралось в первой половине палеозойской эры. Это — выход растений на сушу и ее завоевание. До того времени суша была совершенно безжизненна. Она представляла такую бесплодную и голую пустыню, какой теперь на Земле не отыскать. Сожженные солнцем пески Сахары и голые скалы полярных морей далеко уступают по бесплодию и оголенности палеозойским землям.

Яркую противоположность этой бесплодной суше составляло тогдашнее море. Оно все было населено бесчисленными растениями и животными. Эволюция жизни прошла бóльшую часть своего пути в морской воде. Здесь шла жестокая борьба за жизнь, и в ней возникали все новые и новые формы.

В особых условиях оказывались те растения, которые жили в полосе морских приливов. Вода по очереди то покрывала их, то схлынув оставляла открытыми. Конечно, в большинстве случаев это было гибельно для растений. Их нежные ткани нуждались во влажной среде, а теплота солнечного луча сушила и убивала их. Порывы ветра, бушевавшего на пустынной Земле, заканчивали разрушение выброшенных из моря детей жизни.

Но среди водорослей оказывались и более стойкие породы. Представление о них может дать живущая теперь на Земле очень древняя морская водоросль — ламинария, называемая еще «морской капустой» (рис. 14). Уже это название показывает, что ткани ламинарии довольно плотные, напоминающие ткани наземного растения. И действительно, рассмотрев строение ламинарии под микроскопом, нашли в ней и покровную защитную ткань, напоминающую кожицу нынешних растений, и проводящие ткани, и такие ткани, которые служат лишь для укрепления тела этой водоросли, — ткани механические. Оно и понятно: это укрепление тканей необходимо ламинарии, так как она растет в прибрежной полосе, прикрепившись к подводным камням. Прикрепление это очень прочно: напрасно приливные волны дергают ламинарию и тянут ее к берегу, напрасно треплет ее морской прибой, — ее гибкое лентообразное тело только извивается в воде, и ламинария остается на месте прикрепления.

Рис. 14. Водоросль ламинария. Ее тело расчленено на корневидную и стеблевидную части и листообразный орган

Возникает вопрос, не получили ли первые наземные растения свое начало от таких сложно построенных водорослей, как ламинария?

Прежде чем ответить на этот вопрос, нам надо указать на некоторые замечательные черты, свойственные всем наземным растениям.

У всех них (за очень малыми исключениями) тело расчленено на части — на стебель, листья и корни или корневые выросты. Оно и понятно: корень нужен наземному растению для прикрепления и для добывания из почвы воды и необходимых солей; водоросль в корне не нуждается, ведь она впитывает соли прямо из окружающей воды, в которой они растворены. Лист также нужен наземному растению: при помощи находящегося в нем хлорофила лист, как мы знаем, добывает главный питательный материал — углерод, разлагая находящийся в воздухе углекислый газ. Наконец, для поддержки листьев и для связи их с корнями служит стебель. Поэтому наземные растения можно еще назвать «листостебельными».

Рис. 15. Приспособление растений к наземной жизни: образуется корень, стебель и лист, сокращается половое поколение и развивается бесполое. У цветковых остались только следы полового поколения: половые клетки развиваются у них внутри проросших спор, и соединение их происходит внутри тканей растения

Отличаются наземные растения еще одним признаком: у них имеется два способа размножения — половой и бесполый. Половой способ состоит в соединении (слиянии) двух особых половых клеток, мужской и женской, и в образовании семян. При бесполом же размножении в растении возникают споры, прорастание которых и дает начало новому растению. При этом происходит чередование обоих способов размножения: полового и бесполого. Это чередование размножения связано с чередованием двух поколений — полового и бесполого. Весь ход развития в основном происходит так: из споры развивается половое поколение, у которого так или иначе возникают мужские и женские половые клетки. Женские половые клетки называются яйцами. Происходит оплодотворение, т. е. слияние половых клеток, после чего из оплодотворенного яйца вырастает бесполое поколение, производящее споры. Яснее всего это чередование поколений выступает у таких растений, как мхи и папоротники, которые в истории развития растительного мира занимают промежуточное положение между типичными водными и высшими наземными растениями.

По мере приспособления растений к наземному существованию у них все больше сокращается половое поколение, которое неразрывно связано с водой (оплодотворение у мхов и папоротников может происходить только в воде), и развивается более устойчивое бесполое поколение.

Теперь мы можем вернуться к нашему вопросу: возможно ли происхождение первых наземных растений от таких водорослей, которые были сходны с ламинарией? Исследования начала XX века открыли в ламинарии замечательную черту. Оказалось, что и ламинария развивается при помощи чередования полового и бесполого поколений. То, что было давно всем известно под именем ламинарии, представляет собой бесполое поколение. Оно приносит споры. Эти споры прикрепляются к подводным камням и прорастая дают небольшие растения. Это — половое поколение: одни из этих растений приносят мужские половые клетки, другие — женские. Те и другие сливаются и снова дают начало бесполому поколению.

Теперь мы можем сказать, что от близких к ламинарии водорослей (бурых, багряных и зеленых) действительно могли произойти древнейшие наземные растения. Находки ископаемых растений палеозоя подтверждают это предположение. Оказывается, что в первой половине палеозойской эры наземные растения жили только по берегам морей, не углубляясь в пределы суши. Чем древнее, тем теснее связь этих растений с морем. По своему строению эти растения очень похожи на мхи и отчасти на водоросли. Таковы древнейшие из известных нам сухопутных растений. Это — так называемые псилофиты, прародители папоротников. У них не было корней, а у большинства не было и листьев, но у них замечается уже расчленение на ткани. Они представляли собой невысокие (в несколько сантиметров) стебли, которые ветвились вилкообразно. Стебли держались на корневище (подземный стебель). Недалеко от тех мест, где найдены эти прибрежные растения, отыскали остатки настоящих водорослей — бурых и зеленых.

Приблизительно в одно время с псилофитами возникли грибы, тоже тесно примыкающие к водорослям и перешедшие в значительной мере к жизни на суше. Грибы представляют собой очень интересную группу с многочисленными формами. Их причисляют к растениям, хотя они, подобно животным, выделяют пищеварительные соки и получают свою пищу, питаясь разлагающимися веществами или живя в качестве паразитов на растениях или животных. Некоторые из них хорошо всем известны благодаря своим крупным плодовым телам («шляпкам») — таковы съедобные грибы. Многие грибы обладают очень сильным разрушительным действием на другие организмы и вызывают у них разные болезни.

С другой стороны, многие из них, как мы уже знаем, очень полезны, например при некоторых брожениях. Началось развитие грибов в первой половине палеозоя.

Древнейший мир наземных растений, еще не порвав связи с водой, жался к морскому берегу и не проникал в глубь суши. Лишь к концу первой половины палеозоя этот мир стал сильно изменяться: псилофиты начали вымирать, а их место заняли более крупные растения. Они были частью похожи на современные хвощи и плауны, частью напоминали мелкие породы папоротников. С приближением каменно-угольного периода, которым начинается вторая половина палеозоя, среди них появились и такие, которые уже выглядели, как настоящие деревья.

В тесной связи с изменениями в климате и с развитием растительного мира изменялся и мир животных.

Первая половина палеозоя замечательна тем, что, в это время еще не было населяющих сушу так называемых сухопутных, или наземных, животных. Хотя жизнь существовала уже многие миллионы лет, она все еще держалась только в океанах, морях и пресных водах. Не было еще, конечно, не только людей, но и ни одного из тех животных, которых мы привыкли видеть вокруг себя. Не было ни одного из тех животных, которых называют позвоночными (у них вдоль спины идет хребет, состоящий из отдельных косточек — позвонков, а внутри этого хребта заключен спинной мозг). Не было также и насекомых, порхающих с цветка на цветок, да и никаких цветков еще не росло.

Это было царство водных беспозвоночных животных.

Рассматривая их остатки, дошедшие до нас, мы с изумлением наблюдаем, какое множество странных животных произошло от тех простейших существ, которые первыми возникли на Земле. В водах палеозойского океана появились многочисленные породы губок и кораллов. Из морской воды они извлекали известь и строили из нее свои скелеты. Лепясь друг к другу, кораллы создали колонии (рис. 16). Эти колонии разрастались в ширину и высоту, превращаясь в огромные коралловые мели. Недремлющие подземные силы могли приподнять в таком месте морское дно, и тогда коралловое сооружение выступало над морской поверхностью, образуя новую сушу — коралловый остров. Но почва такого острова была бесплодной, и пустынным стоял он многие тысячелетия.

Рис. 16. Красный, или благородный, коралл

Кроме неподвижных губок и кораллов, водились в тогдашних морях медленно передвигавшиеся морские ежи и морские звезды. Они пробирались среди водорослей, отыскивая себе пропитание. Немало их жило в палеозойском море, и в каждом собрании ископаемых животных можно найти в изобилии их окаменевшие раковины.

Жили тогда в большом числе разные раки огромной величины и удивительной формы. Особенно многочисленна была группа морских ракообразных животных, известных под названием трилобитов (их тело состояло из трех отделов); питались они преимущественно илом, но некоторые из них были, повидимому, хищными (рис. 17).

Рис. 17. Трилобит. Видно членистое строение его тела и разделение на три отдела

К концу первой половины палеозойской эры развитие жизни сделало большой шаг вперед: в морях из беспозвоночных животных развились первые рыбы. Снаружи они были закованы в твердый панцырь, как раки. Эти древнейшие панцырные рыбы медленно двигались своим неуклюжим телом и, как думают ученые, больше ползали по морскому дну, чем плавали. Эти рыбы вымерли в палеозое. Нелегко заметить в них родство с нынешними рыбами, проворными и верткими обитательницами наших рек и морей.

Рис. 18. Панцырные рыбы и другие животные палеозоя

Рядом с ними возникли и настоящие морские рыбы. У них твердый скелет был не снаружи, а внутри тела и состоял из хряща, а в коже сверху сидели чешуи. Хотя сами они не дожили до нашего времени, но отдаленные их потомки — акулы — носятся и теперь по волнам океана. В теле акул также нет костей. Весь их скелет — хрящевой. Акулы стоят особняком среди теперешних рыб и своим видом резко отличаются от них.

С появлением рыб началась история той ветви животного мира, которая постепенно превзошла все его остальные ветви и вышла победительницей из жестокой борьбы за жизнь. Эта ветвь — позвоночные животные. Медленным путем развитие жизни привело к появлению первых позвоночных. Много миллионов лет потребовалось, чтобы из первых живых существ образовалась акулоподобная рыба.

Эта долгая история наукой освещена еще недостаточно. Нам гораздо лучше известен дальнейший путь: от первых позвоночных к человеку. В земных пластах нашлись документы в виде множества окаменелых остатков и отпечатков, намечающих этот путь. Мы остановимся на его главнейших этапах.

Каменноугольный период

Особенно пышно расцвела жизнь во второй половине палеозойской эры, начиная с так называемого каменноугольного периода. За этот долгий период в Земле накопились несметные богатства каменного угля, теперь открытые и разрабатываемые человеком. Накоплению этих ценных запасов прежде всего содействовал тогдашний климат: теплый и влажный воздух окутывал весь земной шар, и, как в гигантском парнике, на нагретой почве дружно всходили и быстро разрастались высокие деревья.

Нередко в каменном угле видны отпечатки листьев, кусков древесной коры, шишек, веток и т. д. Для изучения растений, из которых образовался каменный уголь, делают тонкие срезы (шлифы), просветляют их особым образом и рассматривают в микроскоп. Изучение это показало, что в каменноугольный период сильно возросло разнообразие растительного мира. Новых пород древесных растений появилось так много, и среди них были такие великаны, что каменноугольную флору (растительность) считают самой мощной и богатой из всех, когда-либо существовавших на Земле. Благодаря ей на Земле впервые возникла плодородная почва. До этого времени растениям приходилось укрепляться на голых скалах, на камнях или песке. Теперь образовался перегной, который смешался с песком и камнями и создал настоящую почву.

Рис. 19. Отпечатки растений на каменном угле

Первое место среди тогдашних растений занимали древовидные папоротники, огромные хвощи и плауны. Папоротники высоко над землей возносили свои раскидистые листья, затеняя малорослые формы, ютившиеся внизу. Огромного развития достигало бесполое поколение папоротников, приносившее миллиарды спор, которые усыпали Землю толстым слоем. Местами каменный уголь целиком состоит из бесчисленных уплотненных, спрессованных спор. Хвощи поднимали свои толстые стебли, украшенные вверху плодовыми шишками. Листья их сидели кольцами вокруг стволов, а нижние части стеблей были погружены в болото. Плауны были одеты небольшими узкими листьями, придававшими стволам их вид чешуйчатых колонн. С их вершин свешивались плодоносные шишки, выбрасывавшие целые тучи спор. Были еще особые семенные папоротники с рассеченными листьями, по краям которых сидели семена. Местами попадались невысокие деревья с широкими веерообразными листьями — гинковые деревья, которым предстояло роскошное развитие в следующую — мезозойскую — эру.

Рис. 20. Деревья каменноугольного периода

Земля на обширных пространствах была покрыта болотами, и на них вздымались огромные леса. Отмиравшие деревья постепенно погружались в топкую почву и глубоко засасывались ею. Уцелевшие стволы, листья и ветки деревьев, тесно сплетенные друг с другом, постепенно затягивались илом, нагромождались одни на другие. Вновь отмиравшие деревья налегали на нижние, сдавливали их, а потом и сами подвергались той же участи.

В течение многих и многих тысячелетий накоплялись эти деревья, этаж за этажом, хороня вместе с собой животных, приютившихся у них под корой или в дуплах. Не раз исследователям попадались среди стволов, образующих каменный уголь, остатки улиток, тысяченожек, а то и целые окаменевшие скелеты похожих на лягушек животных, сидевших в дуплах.

Многие миллионы лет скрывались эти растительные и животные остатки под землей. Над ними накоплялись все новые и новые пласты, уплотняя нижележащие. Не раз заливало их море, и они оказывались глубоко под морским дном. Вещество растений все более уплотнялось, подвергалось разным химическим изменениям, обугливалось и постепенно превращалось в твердую горючую горную породу, в каменный и другие угли.

Много тысячелетий прошло, пока человек научился добывать уголь, и его упорный труд проложил дорогу к погребенному в Земле драгоценному топливу, движущему теперь наши пароходы, паровозы и фабричные станки. Человек извлек из недр Земли те богатства, что окрылись там в каменноугольном периоде.

Почти все животные, о которых мы говорили, были жителями морей или пресных вод. Сухопутных животных в этой глубокой древности почти не было.

Жизнь возникла в воде. Долгое время она и развивалась только там. Она постепенно принимала новые формы, стала бесконечно сложнее и разнообразнее. Мы, видели, что растения стали приспособляться к наземному образу жизни, мало-помалу овладевая сушей. Наконец и животные смогли сделать новый крупнейший шаг в своей эволюции. Вслед за растениями они тоже начали завоевание суши. Ведь суша, уже заселенная растениями, могла служить им удобным местом обитания.

Нам, существам сухопутным, давно привыкшим к наземному существованию, кажется, что жить на земле куда легче и привольнее, чем в воде, что для жизни в воде нужны особые приспособления. Но это не так. Для множества низших животных нет более удобной среды жизни, чем морская вода. На сотни и тысячи километров в ширину, на километры в глубину — все та же вода, с более или менее одинаковым составом, со сходной температурой в более глубоких слоях. Морская поверхность по временам еще волнуется от бурь и непогоды, но на большую глубину никакое волнение почти не проникает, тишина и спокойствие царят здесь… Казалось бы, ничто не может потревожить безмятежного существования глубоководных обитателей. Недаром в воде произошло и самое возникновение жизни, в воде протекли и очень долгие первые века ее развития.

Даже высшие животные — и люди, и звери, и птицы — до сих пор носят в своем теле как бы запас морской воды в виде крови. Кровь по содержанию солей довольно близка к морской воде. В ней, как в морском аквариуме, купаются внутренние органы всех животных: сердце, желудок, печень, кишки, мозг — все это омывается кровью.

Теперь спрашивается: если животные так привольно жили миллионы лет в морской воде, если они к ней великолепно приспособились, то почему же они покинули свою древнюю родину? «От добра добра не ищут», — говорит пословица про людей, но она справедлива также относительно животных и растений.

В самом деле: где, когда и по каким причинам были вынуждены животные (и растения) оставить водную стихию и выбраться на негостеприимную сушу?

Выход животных на сушу

Немало пришлось потрудиться в поисках ископаемых следов вымерших существ, чтобы выяснить этот вопрос. Прежде объясняли переход животных на сушу так: в воде, мол, много врагов, и вот рыбы, спасаясь от них, стали по временам выползать на сушу, постепенно вырабатывая нужные приспособления и переделываясь в другие, более совершенные формы организмов.

С этим объяснением нельзя согласиться. Ведь и теперь есть такие удивительные рыбы, которые по временам выползают на берег, а потом возвращаются в море (рис. 21). Но они докидают воду вовсе не ради спасения от врагов. Вспомним и о лягушках — земноводных, которые, живя на суше, для произведения потомства возвращаются в воду, где они мечут икру, и где развиваются молодые лягушата — головастики. Прибавьте к этому, что древнейшие земноводные вовсе не были беззащитными, страдающими от врагов существами. Они были закованы в толстый твердый панцырь и охотились на других животных, как жестокие хищники; невероятно, чтобы их или им подобных выгнала из воды опасность со стороны врагов.

Высказывали также мнение, что водные животные, переполнявшие море, будто бы задыхались в морской воде, ощущали потребность в свежем воздухе, и их привлекали неисчерпаемые запасы кислорода, находящиеся в атмосфере. Так ли это было в действительности? Вспомним о летающих морских рыбах. Они то плавают у поверхности моря, то сильным всплеском поднимаются из воды и несутся в воздухе. Казалось бы, им всего легче начать пользоваться воздухом атмосферы. Но они как-раз им не пользуются. Они дышат жабрами, т. е. органами дыхания, приспособленными для жизни в воде, и вполне довольствуются этим.

Зато среди пресноводных имеются такие, которые обладают особыми приспособлениями для воздушного дыхания. Они вынуждены пускать их в ход тогда, когда вода в реке или озере становится мутной, засоренной и беднеет кислородом. Если засоряется морская вода какими-нибудь потоками грязи, стекающими в море, то морские рыбы уплывают в другое место. Морские рыбы и не нуждаются в особых приспособлениях для воздушного дыхания. В другом положении оказываются пресноводные рыбы, когда окружающая их вода замутняется и загнивает. Стоит понаблюдать за некоторыми тропическими реками, чтобы понять, что при этом происходит.

Рис. 21. Морская рыба илистый прыгун, выползшая из воды по корням мангрового дерева

Вместо четырех наших времен года в тропиках жаркая и сухая половина года сменяется дождливой и сырой. Во время бурных дождей и частых гроз реки широко разливаются, высоко вздымаются воды и насыщаются кислородом из воздуха. Но вот картина резко меняется. Дождь перестает лить. Воды спадают. Палящее солнце высушивает реки. Наконец, вместо текучей воды остаются цепи озер и болот, в которых стоячая вода переполнена животными. Они массами гибнут, трупы быстро разлагаются, а при гниении потребляется кислород, так что его становится, таким образом, все меньше и меньше в этих набитых организмами водоемах. Кто же может уцелеть при таких резких переменах условий жизни? Конечно, лишь тот, кто имеет соответствующие приспособления: он может либо впадать в спячку, зарывшись в ил на все сухое время, либо перейти к дыханию атмосферным кислородом, либо, наконец, может делать и то, и другое. Все же остальные обрекаются на истребление.

У рыб есть два рода приспособлений к воздушному дыханию: или жабры их имеют губчатые выросты, которые задерживают влагу, и вследствие этого кислород воздуха легко проникает в омывающие их кровеносные сосуды; либо у них есть измененный плавательный пузырь, который служит для удержания рыбы на определенной глубине, но вместе с тем может выполнять и роль органа дыхания.

Рис. 22. Строение жабер у лосося. А — удалены черепные кости и видны жаберные дуги и жаберные лепестки. Б — снята жаберная крышка, видны жабры

Первое приспособление встречается у некоторых костистых рыб, т. е. имеющих уже не хрящевой, а вполне окостеневший скелет. У них плавательный пузырь не участвует в дыхании. Одна из таких рыб — «ползающий окунь» — живет в тропических странах и теперь. Подобно некоторым другим костистым рыбам, он обладает способностью покидать воду и с помощью плавников ползать (или прыгать) по берегу; иногда он забирается даже на деревья в поисках слизняков или червей, которыми питается. Как ни удивительны привычки этих рыб, они не могут разъяснить нам происхождения тех изменений, которые позволили водным животным стать обитателями суши. Дышат они при помощи особых приспособлений в жаберном аппарате.

Обратимся к двум очень древним группам рыб, к тем, которые жили на Земле уже в первой половине древней эры истории Земли. Речь идет о кистеперых и двоякодышащих рыбах. Одна из замечательных кистеперых рыб, называемая полиптер, живет и в настоящее время в реках тропической Африки. Днем эта рыба любит прятаться в глубоких ямах на илистом дне Нила, а ночью оживляется в поисках пищи. Она нападает и на рыб и на раков, не брезгует и лягушками. Подстерегая добычу, полиптер стоит на дне, опираясь на свои широкие грудные плавники. Иной раз он ползет по дну на них, как на костылях. Вытащенная из воды, эта рыба может прожить часа три-четыре, если ее держать в мокрой траве. При этом ее дыхание происходит с помощью плавательного пузыря, в который рыба то-и-дело набирает воздух. Этот пузырь у кистеперых рыб двойной и развивается как вырост пищевода с брюшной стороны.

Рис. 23. Африканская легочная рыба полиптер

Мы не знаем полиптера в ископаемом состоянии. Другая кистеперая рыба, близкий родственник полиптера, жила в очень далекие времена и дышала хорошо развитым плавательным пузырем.

Двоякодышащие, или, легочные, рыбы замечательны тем, что их плавательный пузырь превратился в орган дыхания и работает, как легкие. Из них до нашего времени дожило только три рода. Один из них — рогозуб — живет в медленно текущих реках Австралии. В тишине летних ночей далеко разносятся хрюкающие звуки, которые издает эта рыба, выплывая на поверхность воды и выпуская воздух из плавательного пузыря (рис. 24). Но обычно эта большая рыба лежит неподвижно на дне или медленно плавает среди водяных зарослей, общипывая их и отыскивая там ракообразных, червей, моллюсков и другую снедь. Дышит она двойным способом: и жабрами, и плавательным пузырем. И тот, и другой орган работает одновременно. Когда летом река пересыхает и от нее остаются небольшие водоемы, рогозуб чувствуем себя в них великолепно, тогда как остальные рыбы гибнут массами, их трупы сгнивают и портят воду, лишая ее кислорода. Путешественники по Австралии много раз наблюдали эти картины. Особенно интересно, что подобные картины чрезвычайно часто развертывались на заре каменноугольного века по лицу Земли; они дают представление о том, как в результате вымирания одних и победы других стало возможно великое событие в истории жизни — выход водных позвоночных на сушу.

Рис. 24. Рогозубы (австралийские легочные рыбы), поднявшиеся на поверхность воды, чтобы подышать

Современный рогозуб не склонен перебираться для житья на берег. Он круглый год проводит в воде. Исследователям пока-что не удалось наблюдать, чтобы он впадал в спячку на жаркое время.

Его дальний родственник — цератод, или ископаемый рогозуб, — жил на Земле в весьма отдаленные времена и был широко распространен. Его остатки нашли в Австралии, Западной Европе, Индии, Африке, Северной Америке.

Две другие легочные рыбы нашего времени — протоптер и лепидосирен — отличаются от рогозуба устройством своего плавательного пузыря, превратившегося в легкие. Именно, он у них двойной, тогда как у рогозуба — непарный. Протоптер довольно широко распространен в реках тропической Африки. Вернее сказать, он живет не в самых реках, а в болотах, которые тянутся рядом с руслом рек. Питается он лягушками, червями, насекомыми, раками. При случае протоптеры нападают и друг на друга. Их плавники не годятся для плавания, а служат для опоры о дно при ползании. У них имеется даже нечто вроде локтевого (и коленного) сустава приблизительно на середине длины плавника. Эта замечательная особенность показывает, что у легочных рыб еще до оставления ими водной стихии могли выработаться приспособлений, которые очень пригодились им для жизни на суше.

От времени до времени протоптер поднимается на поверхность воды и набирает воздух в легкие. Но рыбе этой приходится туго в сухое время года. Воды в болотах почти не остается, и протоптер закапывается в ил на глубину около половины метра в особого рода нору; здесь он лежит, окруженный затвердевшей слизью, выделенной его кожными железами. Эта слизь образует вокруг протоптера как бы скорлупу и не дает ему вполне высохнуть, поддерживая кожу во влажном состоянии. Сквозь всю корку идет ход, который оканчивается у рта рыбы и через который она дышит атмосферным воздухом. Во время этой спячки плавательный пузырь служит единственным органом дыхания, так как жабры тогда не работают. За счет чего идет в это время жизнь в теле рыбы? Она сильно худеет, теряя не только свой жир, но и часть мяса, подобно тому, как за счет накопленного жира и мяса живут во время зимней спячки и наши звери — медведь, сурок. Сухое время в Африке длится добрые полгода: на родине протоптера — с августа по декабрь. Когда же пойдут дожди, жизнь в болотах воскреснет, скорлупа вокруг протоптера растворяется, и он возобновляет свою оживленную деятельность, готовясь теперь к размножению.

Вылупившиеся из икринок молодые протоптеры больше похожи на саламандр, чем на рыб. У них длинные наружные жабры, как у головастиков, и кожа покрыта разноцветными пятнами. В это время плавательного пузыря еще нет. Он развивается тогда, когда наружные жабры отпадают, совершенно так же, как это бывает у молодых лягушат.

Третья легочная рыба — лепидосирен — живет в Южной Америке. Свою жизнь она проводит почти так же, как африканский ее родственник. И потомство у них развивается очень сходно.

Рис. 25. Южноамериканская легочная рыба лепидосирен во время летней спячки

Больше двоякодышащих рыб не сохранилось. Да и те, которые еще остались, — рогозуб, протоптер и лепидосирен — приблизились к закату своего века. Их время давно миновало. Но они дают нам понятие о далеком прошлом и тем особенно для нас интересны.

Когда и как возникли сухопутные позвоночные

Земля сохранила немного остатков ископаемых двоякодышащих рыб и еще меньше следов тех животных, которые первыми вышли из воды и стали наземными. Самые древние из таких следов относятся к первой половине палеозоя — к девонскому периоду, предшествовавшему каменноугольному. Значит, переход от водной жизни к наземной совершился самое позднее — в начале девона. Но настоящее завоевание суши началось только с середины девона.

К каменноугольному периоду жизнь уже роскошно расцвела на огромных пространствах суши.

В первую половину девонского периода было очень жарко и очень влажно. Но с середины девона климат стал изменяться. Полосы проливных дождей стали сменяться долгими засухами, наподобие того, как происходит сейчас в тропической Африке. Это и было время величайшего расцвета на земле кистеперых и двоякодышащих рыб. Они кишели в тогдашних реках, озерах и болотах, как теперь костистые, которые тогда еще не существовали. Многие из этих рыб, конечно, приспособились к сухому времени не хуже, чем их теперешние потомки. Но засухи стали еще более продолжительными, время дождей так сократилось, что уже нельзя было успеть ни откормиться, ни вырастить потомство. Тогда и произошло завоевание водными животными суши. Животным этим пришлось бы погибнуть, если бы у них не выработались приспособления к жизни на суше. Место спячки заняла активная жизнь. Наиболее приспособившиеся из легочных рыб покинули древнюю колыбель жизни — воду, в которой так хорошо жилось бесчисленным поколениям их предков. Стесненные на родине, потомки вышли на сушу, на новое и дотоле неизведанное место обитания. Из многих пород, пытавшихся это сделать, лишь одна оказалась действительно способной справиться с огромными трудностями, бывшими на этом пути. Безжалостная борьба за существование истребила всех остальных. Зато уцелевшая при естественном отборе порода дала начало новой жизни, из нее развился новый класс позвоночных животных — класс земноводных, или амфибий.

Было бы ошибкой думать, что земноводные произошли от какой-либо двоякодышащей рыбы. Дело в том, что конечности двоякодышащих так устроены, что из них не могла развиться ходильная нога сухопутного земноводного. Предками земноводных считаются кистеперые рыбы, которым, как мы уже видели, тоже не чуждо дыхание с помощью плавательного пузыря, у некоторых из них раздвоенного, как легкие. Поэтому современные ученые полагают, что именно от каких-то кистеперых рыб и произошли земноводные животные.

Этот переход не прошел даром для всего устройства их тела. Оно подверглось коренной перестройке. Самые важные перемены произошли в коже, плавниках, жабрах и сердце.

Кистеперые рыбы, как это можно видеть и по их родственникам — теперешним осетровым, несут на своем теле ряды блестящих чешуй, называемых у осетровых рыб «жучками». Это тяжелое вооружение не сохранилось у земноводных. Древнейшие из них еще имели костные щиты на голове и отчасти на груди, но большая часть их тела стала свободна от щитков.

Непарные плавники играют важную роль при плавании и поэтому очень нужны при жизни в воде; на суше они только мешали бы. Эти плавники исчезли уже у первых земноводных. Однако в тех случаях, когда земноводные почему-либо возвращаются к водному существованию, у них, например у саламандры, имеющей хорошо развитую оторочку вокруг хвоста, такие плавники снова появляются; у некоторых самцов саламандр оторочка в виде высокого гребня продолжается вперед вдоль спины. То же у лягушек: пока молодые лягушки, называемые головастиками, живут в воде, они тоже несут непарные плавники на своем теле. Но эти плавники нельзя считать остатками старинных рыбьих плавников. Они образовались заново: в них нет поддерживающих лучей, которыми отличаются плавники рыб.

Самые замечательные изменения произошли в устройстве парных плавников, давших начало ходильным конечностям. У самых различных наземных позвоночных кости конечностей устроены сходно и очень сходно расположены. Для их прикрепления к туловищу служат особые «пояса» (рис. 26): плечевой пояс (ключица и лопатка) для передних и тазовый — для задних. К поясам прикрепляется по одной кости, которой начинается свободная конечность. На передних конечностях эта кость называется плечевой, а на задних — бедренной. Дальше в каждой конечности идут по две кости; потом число их еще больше увеличивается, так что каждая конечность заканчивается пятью костными лучами (фалангами), принадлежащими пальцам.

Описанное устройство конечностей имеется у всех наземных позвоночных. Правда, некоторые из них теряют ту или другую кость или даже несколько костей; в других случаях отдельные кости могут между собой срастаться, и тогда число их становится меньше. Но стоит обратиться к изучению зародышей таких животных с неполным скелетом конечностей, как сразу станет ясно, что у них закладывается полное число этих костей, и лишь в дальнейшем та или другая кость недоразвивается.

Вот теперь нам и надо проследить, как из плавника кистеперой рыбы могли возникнуть конечности с их многочисленными и очень постоянными костями.

Рис. 26. Скелет верхней (слева) и нижней (справа) конечности человека: 1 — ключица, 2 — лопатка, 3 — плечевая кость, 4 — локтевая, 5 — лучевая, 6 — запястье, 7 — пясть, 8 — фаланги пальцев, 9 — таз, 10 — бедренная кость, 11 — малая берцовая кость, 12 — большая берцовая, 13 — одна из костей предплюсны, 14 — кости плюсны, 15 — фаланги пальцев

На рис. 27 изображен замечательный документ, дошедший до нас от девонского времени. Это — отпечаток переднего плавника рыбы «ящеропер» (завриптер). Всматриваясь в рисунок, вы видите, что в нем намечаются все главные части скелета сухопутной конечности. Скелет плечевого пояса представлен здесь несколькими частями, в которых можно найти зачатки будущих лопатки (7) и ключицы (2); к этому поясу причленяется одна небольшая хрящевая пластинка — зачаток плечевой кости; к ней прикрепляются две пластинки, соответствующие лучевой и локтевой костям, а дальше идут многочисленные лучи, в которых можно узнать предшественников запястных косточек и костей пальцев. Если бы рыба с такими плавниками очутилась на суше, она смогла бы не только опереться на плавники, как рогозуб или протоптер, но и кое-как ползать по земле. Такой плавник без больших трудностей мог бы дать начало настоящей ноге.

Рис. 27. Скелет грудного плавника ископаемой девонской рыбы завриптера: 4 — плечевая кость, 5 — лучевая, 8 — локтевая; к ним причленяются хрящи, соответствующие костям запястья и кисти

Но было ли так на самом деле? Нельзя ли привести какие-нибудь точные факты в защиту этого мнения? Один такой факт есть. Недавно выбравшиеся из воды существа, полурыбы-полуземноводные — ученые называют их тинопами — ползали когда-то по мягким песчаным берегам в Северной Америке. На песке они оставляли следы своих неуклюжих, еще не вполне сложившихся ног. Следы были занесены песком и пылью и погребены навеки в толщах земли. Но вот через сотни миллионов лет молоток геолога, разбивая каменную породу, в которую превратился древний песок, открыл в ней эти замечательные следы. Один из них показан на рис. 28. Остановите на минуту на нем свое внимание — он заслуживает этого: это — след далекого прародителя всех сухопутных позвоночных животных, а стало-быть, отдаленнейшего предка человека. Вы застаете здесь природу как бы за работой, которая еще далека от окончания. Только первый — большой палец успел развиться. Глубокая выемка отделяет его от остальной ноги. Второй палец, как видно, тоже скоро оформится. Но третий только начинает возникать, возвышаясь как бы почкой сбоку от второго; четвертый едва намечается. На пятый палец нет и намека.

Рис. 28. След ноги тинопа

Если это объяснение кажется вам неправильным, взгляните на рис. 29, сделанный одним ученым за много лет до находки следов тинопа. На этом рисунке показано развитие задней ноги саламандры, земноводного животного, которое и теперь существует на Земле. Сперва нога имеет вид выроста, похожего на плавник. Потом на ней начинают слабо намечаться будущие пальцы в виде невысоких почечек. Потом обособляются первый и второй пальцы, и нога саламандры как-раз подходит к тому состоянию, в котором на всю жизнь остались ноги у тинопа. Но у саламандры развитие продвигается дальше. Вырисовывается третий палец, и начинает возникать четвертый. Весь ход развития заканчивается удлинением второго и третьего пальцев, отрастанием четвертого и появлением маленького зачатка пятого.

Рис. 29. Развитие задней ноги саламандры

Немного лет назад блестящая находка, сделанная на дальнем севере, на берегу Гренландии, целиком подтвердила то, на что указывали следы тинопа. Были найдены остатки ползавшего по земле родственника тинопа, голова которого имела еще совершенно рыбье устройство, тогда как конечности уже приспособились к ползанию по земле и были очень похожи на лапы тинопа.

Немалым изменением была утрата жабер. Однако некоторые следы этого когда-то важного органа остались и у тех животных, которые уже давно его утратили. Следы эти выражаются в том, что у птиц и всех млекопитающих (в том числе и у человека) в ранние периоды развития их зародышей образуются в глоточной области жаберные щели, очень схожие с жаберными щелями рыб (рис. 30). Во время дальнейшего развития названных зародышей эти щели зарастают.

Рис. 30. Зародыши высших позвоночных животных: А — свиньи, Б — коровы, В — кролика, Г — человека. У ранних зародышей (верхние ряды) по бокам шеи заметны жаберные щели

Изучая остатки разных земноводных, геологи пришли к выводу, что эти существа развивались в очень изменчивом климате, когда сухое время года сменяли сильные дожди. Земноводные проникли в пределы суши далеко от морского берега. Однако дальнейшее высыхание местности могло привести к тому, что им уже негде было метать икру. Теперь многие земноводные сами попали в такое же стесненное положение, в каком когда-то очутились их предки — кистеперые рыбы. Из этого положения был один выход: дальнейшее приспособление к изменившимся обстоятельствам. И действительно, земноводные, оказавшиеся в затруднительном положении, начали изменяться: от них произошли путем долгой эволюции пресмыкающиеся, жизнь которых стала еще меньше связана с водой.

Однако и для земноводных в разных местах оставалось еще немало приволья. В конце каменноугольного периода на сотни километров простирались топкие болота, где росли необычные для нашего времени леса. В них не было ни цветов, ни лиственных деревьев. Изредка виднелись деревья, напоминающие наши хвойные и отдаленно похожие на сосны и ели. Всего больше, однако, было еще таких деревьев, каких теперь нет совершенно. Одни из них напоминали собой наши хвощи и были снабжены такими же зонтиками тонких ветвей, но достигали ростом 8 метров; были также огромные, высокие плауны. Встречались саговые деревья, похожие на теперешнюю саговую пальму (растет в теплых странах). Были, наконец, странные высокоствольные деревья с корой, покрытой большими чешуями.

В теплой воде тогдашних болот нежились различные земноводные. Тогдашние земноводные были крупными и сильными и могли постоять за себя. Привольно и удобно жилось им в течение каменноугольного времени. Ведь болота занимали огромные пространства. А вылезши из воды на сушу, земноводные встречали тоже очень благоприятную обстановку. В теплом и сыром воздухе не высыхала их влажная, покрытая слизью кожа, горячие лучи солнца не проникали сквозь зелень огромных зарослей и не вредили этим животным. Число их пород было очень велико. Одни из них больше плавали в воде, хотя могли свободно ползать по земле, волоча свой длинный хвост и оставляя глубокие следы на топкой почве. Многие из таких следов сохранились и до нашего времени вместе с костями, зубами и чешуями.

Население каменноугольного леса не ограничивалось земноводными. Вслед за сухопутными растениями появились и насекомые[9]По мнению многих исследователей, насекомые произошли от ракообразных, приспособившихся к жизни на суше. Мы не можем здесь входить в подробное описание этого превращения.
. Но тогдашние насекомые напугали бы нас своей величиной. Каково увидеть таракана длиной в треть метра или клопа величиной с воробья? Таковы были древнейшие насекомые.

Каменноугольный период длился чрезвычайно долго. Геологи считают, что его продолжительность была около 150–200 миллионов лет. Но и он подошел к концу. Этот конец ознаменовался замечательным событием в жизни Земли: повсеместным охлаждением климата.

Как известно, от времени до времени Земля переживала полосы значительного холода. Таких охлаждений было не меньше восьми за всю историю Земли. Самое сильное из них началось в конце каменноугольного века и захватило весь следующий период — так называемый пермский период. Он тянулся не меньше 30 миллионов лет, и в это время на Земле царил холод, какого ни раньше, ни после она не знала. Огромные ледяные шапки покрыли Северный, а еще больше Южный полюс. С полюсов ледяные поля стали надвигаться на окрестные страны. Гигантские ледяные глыбы обламывались по краям ледника и сваливались в море, где плавали в виде целых гор.

Откуда мы это знаем?

Льды сами написали свою историю; надо только научиться ее читать. Мы знаем, что и теперь на полюсах и на высоких горах находятся никогда не тающие лады. С гор они сползают (очень медленно) в виде ледяных рек, называемых ледниками. Ползущий с горы ледник оставляет после себя глубокие следы. Он сглаживает мелкие неровности земной поверхности, отрывает от скал целые куски. Эти обломки вмерзают в лед, уносятся им дальше, постепенно погружаются в толщу льда, потом попадают под лед и, придавленные его тяжестью, трутся о русло и царапают его, а сами перетираются в мелкий порошок. Там, где ледник кончается и лед тает, из-под него несутся потоки мутной воды, переполненной илом и песком. Часть разрушенных ледником горных пород скопляется тут же у конца ледника. Это скопление растет с каждым годом и, наконец, образует целую гору или холм, называемые конечной мореной ледника.

Если ледник совсем стает, от него останется много следов, по которым нетрудно догадаться, что в этом месте раньше был ледник. Почва окажется сглаженной и выравненной по всему ходу ледника, скалы окажутся отесанными и местами отполированными, дно долины (русла) будет покрыто шрамами и царапинами, сделанными острыми камнями, которые тащил ледник с собой. В разных местах русла ледника останутся камни, которые он не успел донести до конечной морены; сама конечная морена и другие нагромождения глины и камней, отложенные ледником, — все это будет свидетельствовать о его прежнем существовании.

По таким следам и удалось узнать историю того огромного оледенения, которое было на Земле в конце каменноугольного и в пермском периоде. Тогда под ледяной корой скрылась значительная часть Австралии, Южной Америки, Африки, Индии и многих других стран, в которых теперь господствует жаркий климат. Вода в морях и океанах сильно охладилась от огромных таявших льдов. Этот холод не мог не вызвать целого переворота среди живых существ. Многие и многие из них не перенесли его. Другим он пошел на пользу. Незаметные и малочисленные раньше, теперь они размножились и выдвинулись на первые места. Пермский период отмечен вымиранием множества прежних пород, полным их исчезновением и возникновением многих новых форм животных и растений.

Большие перемены произошли в населении морей, еще бóльшие в жизни наземных растений и животных. В пермский период была подготовлена и отчасти завершена значительная смена живого населения Земли, как животного, так и растительного.

В растительном мире на второй план отошли странные, покрытые как бы чешуей деревья (огромные плауны) и гигантские хвощи, зато еще шире распространились древовидные папоротники. Среди папоротников особенно выделяются две группы, получившие начало еще в каменноугольном периоде. Одна из них — семенные папоротники. Они отличались тем, что вместо спор размножались семенами. Спора — одна клетка; семя — многоклеточное образование, в котором зародыш нового растения окружен обильными запасами питательных веществ. Понятно, что семенные растения имели преимущество перед споровыми, так как их развитие было лучше обеспечено. Раз возникнув в виде семенных папоротников, семенные растения начинают быстро завоевывать видное положение на Земле и производят все новые и новые формы: из них развиваются хвойные деревья, саговники, гинковые, а затем и высшие цветковые.

Другая интересная группа папоротников — глоссоптериевые. Они имели слабо расчлененные кожистые листья и были приспособлены к жизни в сухих местах. Насколько изменился в пермское время характер растительности, видно хотя бы из того, что местами возникли огромные леса, состоявшие почти сплошь из хвойных деревьев. Конечно, это не были наши сосны и ели. Пермские хвойные не дожили до нашего времени. Но местами они образовали богатые залежи каменного угля, как, например, у нас в Кузнецком бассейне. Там можно обнаружить массу листьев и веток хвойных деревьев, из которых этот уголь образовался.