Тридцать семь миллионов лет назад 15-метровый гибкий зверь с огромной пастью и острыми зубами умер и погрузился на дно древнего океана Тетис. Многие тысячелетия над его остатками рос слой осадков. Затем море отступило, и, когда прежнее дно обернулось пустыней, ветер начал сдувать песчаник и глину, под которыми покоились кости. Мир потихоньку менялся. Сдвиги земной коры вдавливали Индостан в Азию, поднимая к небесам Гималаи... В Африке предки человека встали на ноги и сделали первые шаги... Фараоны воздвигли пирамиды... Возвысился и пал Рим... А ветер все дул и дул. И тут объявился Филип Джинджерич, палеонтолог из Мичиганского университета, пожелавший довершить работу стихии. Однажды на закате (дело было в ноябре прошлого года) Джинджерич лежал в египетской пустыне, вытянувшись во весь рост вдоль спинного хребта существа, известного под именем базилозавр (Basilosaurus). Песок вокруг него был усеян ископаемыми акульими зубами, иглами морских ежей и рыбьими костями. «Я провел столько времени среди этих подводных созданий, что, можно сказать, живу в их мире, – сказал он, указывая кисточкой на позвонок размером с хороший пень. – Когда я смотрю на эту пустыню, я вижу океан». Джинджерич пытался найти важнейшую часть скелета этого существа, и ему надо было поторапливаться. Начинало смеркаться, а в лагерь нужно вернуться прежде, чем его коллеги начнут беспокоиться. Вади-аль-Хитан – так называется этот уголок пустыни – место красивое, но ошибок не прощает. Наряду с костями доисторических монстров Джинджеричу случалось находить и бренные людские останки.
Если наука не может объяснить, как киты произошли от наземных животных, не значит ли это, что они никогда и ни от кого не происходили?Он прошелся вдоль хребта к хвосту, тыкая ручкой своей кисточки в песок вокруг каждого позвонка. Потом остановился и положил инструмент на землю. «Вот она, золотая жила», – сказал Филип и, осторожно разгребая песок пальцами, обнажил тонкую кость не длиннее 20 сантиметров. «Не каждый день, знаете ли, приходится видеть ногу кита», – обронил он, с благоговением поднимая находку обеими руками. Базилозавр и в самом деле был китом, но этот кит обладал парой тонких задних ножек, торчавших у него по бокам. Эти забавные лапки, полностью сформированные, но бесполезные (по крайней мере для ходьбы) – важнейшая деталь, необходимая для понимания того, как современные киты, великолепно приспособленные к жизни в водной среде, произошли от млекопитающих, некогда ходивших на четырех лапах по суше. Большую часть своей научной карьеры Джинджерич посвятил изучению этого превращения – возможно, самого необычного во всей истории животных. И ему удалось показать, что киты, еще недавно верно служившие противникам эволюционного учения в качестве доказательства неизменности форм, на самом деле, являются одним из наиболее наглядных свидетельств эволюции. «Полностью сохранившиеся скелеты, вроде этого базилозавра, – настоящие Розеттские камни палеонтологии, – заметил Джинджерич, когда мы возвращались на машине в полевой лагерь. – По ним куда точнее можно судить об образе жизни животного, чем по отдельным костям». Про Вади-аль-Хитан («Долину китов») давно известно, что здесь таких «Розеттских камней» необычайно много. За последние 27 лет Джинджерич и его коллеги обнаружили в этой местности остатки более сотни китов – а в дальнейшем их будет найдено куда больше. Приехав в лагерь, мы встретились с несколькими членами группы Джинджерича, которые сами только что вернулись с раскопов. Вскоре мы уже обсуждали результат их работы за ужином, состоявшим из жареной козлятины, лаваша и пюре из бобов фава. Мухаммад Самех, главный смотритель природоохранной зоны Вади-аль-Хитан, который искал китов восточнее, чем Джинджерич, сообщил, что обнаружил несколько новых костных скоплений – очередных подсказок для разгадки одного из самых сложных ребусов естественной истории. Ийад Залмут, доктор наук из Иордании, и аспирант Райан Бебеж раскапывали переднюю часть кита, торчавшую из утеса. «Мы думаем, что там скрыт и весь остальной скелет», – сообщил Залмут. Неправильные звери. Общим предком всех наземных позвоночных было плоскоголовое, похожее на саламандру четвероногое существо, выбравшееся из воды на топкий берег около 360 миллионов лет назад. Млекопитающие оказались последними в череде его сухопутных потомков. Но киты принадлежали к небольшой группе млекопитающих, которая совершила резкий эволюционный разворот и вернулась к водному образу жизни. Вопрос о том, как китам это удалось, ставил в тупик величайших ученых. Чарлз Дарвин понимал, что эта головоломка – один из самых сильных доводов против его теории эволюции путем естественного отбора, и потому попытался решить ее уже в первом издании «Происхождения видов». Он указал, что некоторые люди наблюдали, как американские черные медведи по нескольку часов кряду плавают по озеру с открытой пастью, поедая упавших в воду насекомых. «Я не вижу ничего невозможного в том, что какая-то группа медведей путем естественного отбора становилась все более и более приспособленной по своему телосложению и повадкам к водной среде обитания, причем их пасти становились все больше и больше, – писал Дарвин, – пока в конце концов не появилось такое исполинское существо, как кит». Однако критики так жестко высмеивали обрисованную им картину, что при переизданиях книги Дарвин снял этот пассаж. Почти столетие спустя Джордж Гэйлорд Симпсон, выдающийся палеонтолог ХХ века, все еще искал место китов на генеалогическом древе млекопитающих, во всех прочих отношениях казавшимся ему полностью упорядоченным. «В целом китообразные являются наиболее странными и ни на кого не похожими млекопитающими, – брюзгливо замечал он. – На эволюционной лестнице для них нет подходящей ступени. Их можно представить группой, отколовшейся от любого из существовавших в то время отрядов или надотрядов и начавшей развиваться в совершенно ином направлении». Если наука не может объяснить, как киты произошли от наземных животных, не значит ли это, вопрошали критики теории эволюции, что они никогда и ни от кого не происходили? Ведь наземное животное, начав приспосабливаться к жизни в воде, не будет уже «ни рыбой, ни мясом» и не выживет ни в одной среде. А если киты и в самом деле преодолели этот грандиозный путь, то где окаменелости, подтверждающие это? «Анатомические различия между китами и наземными млекопитающими настолько велики, что до появления кита в его нынешнем виде древние моря должны были бороздить бессчетные переходные формы, – писали авторы одного антинаучного сочинения, изданного в 1989 году. – Пока же эти переходные формы обнаружены не были». Филип Джинджерич, сам того не желая, принял непростой вызов в середине 70-х. Получив степень в Йельском университете, он начал раскопки в бассейне реки Кларкс-Форк в штате Вайоминг. Там он собирал свидетельства стремительного расцвета млекопитающих, случившегося всего через десять миллионов лет после того, как динозавры вымерли. В 1975 году, надеясь проследить пути миграций млекопитающих из Азии в Северную Америку, Джинджерич начал полевые работы на севере Пакистана. Однако его ждало разочарование: выяснилось, что отложения возрастом 50 миллионов лет, которые он выбрал здесь для исследований, образовались не на суше, а на дне морей, представлявших собой восточную окраину океана Тетис. Когда в 1977 году его группа отрыла несколько тазовых костей, их в шутку приписали «ходячему киту» – абсурдная идея! В то время у наиболее изученных ископаемых китов не находили никаких отличий от современных: они уже могли слышать под водой, плавали с помощью мощного хвоста и не имели задних конечностей. Затем, в 1979 году, один из членов этой группы Джинджерича нашел череп размером с волчий, но с большими костными гребнями сверху и по бокам – к ним крепились мощные мышцы челюстей и шеи. Еще более странным было то, что собственно черепная полость оказалась чуть больше грецкого ореха. Несколько позднее Джинджерич обнаружил несомненные окаменелости древних китов в музеях Индии и понял, что это была за черепная коробка. «У первых китов был большой череп и относительно маленький мозг, – рассказывал палеонтолог. – Я понял, что тот череп мог принадлежать очень примитивному киту». В своей мичиганской лаборатории Джинджерич извлек череп из камня, где тот был заключен, и у его основания обнаружил косточку размером с виноградину, а на ней – выступ в форме буквы S. И сама косточка, называющаяся слуховой буллой, и S-образный выступ на ней – две важные особенности китов, помогающие им слышать под водой. Однако у черепа отсутствовало несколько других элементов, которые есть у современных китов и предназначены для того, чтобы определять направление звука. Ученый догадался, что открытое им животное, возможно, вело полуводный образ жизни, время от времени возвращаясь на сушу.
«Знать, что у этого огромного животного, никогда не ступавшего на берег, все еще были настоящие ступни и пальцы, – необычайно волнующе».Китовые ноги. Обнаружив самого примитивного из известных китов, которого он назвал пакицетом (Pakicetus), Джинджерич взглянул на китообразных по-новому. «Я стал все больше и больше задумываться о том грандиозном скачке из одной среды обитания в другую, который они совершили, – вспоминает он. – Сначала это существо было наземным животным, а превратилось в буквальном смысле слова во внеземное. Потому я и увлекся поиском тех многочисленных переходных форм, которые возникали во время этого гигантского прыжка с земли назад в море. Хочется найти их всех». В 1980-е годы Джинджерич сосредоточился на исследовании в Вади-аль-Хитане. Вместе с женой, палеонтологом Холли Смит, и коллегой из Мичигана Уильямом Сандерсом он начал поиск китов в отложениях, накопившихся примерно на десять миллионов лет позднее тех, где был обнаружен пакицет. Трое ученых откопали частично сохранившиеся скелеты китов, которые полностью перешли на водный образ жизни, вроде базилозавра или меньшего по размерам, пятиметрового, дорудона (Dorudon). Исследуемый район изобиловал скелетами таких существ. «Когда хоть немного поживешь в Вади-аль-Хитане, везде начинают мерещиться киты, – говорит Смит. – А еще через некоторое время понимаешь, что они и впрямь везде! Вскоре мы убедились, что всех китов нам выкопать не удастся, и стали наносить места находок их остовов на карту, откапывая лишь самые многообещающие экземпляры». Только в 1989 году группе удалось найти то, что она искала, – звено, связывающее китов с их наземными предками. Открытие, как это нередко бывает, было сделано случайно. Ближе к концу экспедиции, извлекая из песка скелет базилозавра, Джинджерич впервые обнаружил коленный сустав задней ноги кита, и оказалось, что сама нога располагалась гораздо дальше от головы, чем предполагалось ранее. Теперь, когда исследователи знали, где искать остатки задних конечностей, они вернулись к некоторым скелетам, ранее отмеченным на карте, и нашли бедренную, большую и малую берцовую кости, а также горсточку костей, составлявших скелет ступни и лодыжки. В последний день экспедиции Холли Смит собрала и полный комплект тонких фаланг пальцев длиной два с половиной сантиметра. Увидев эти крохотные косточки, Холли буквально заплакала: «Знать, что у этого огромного животного, никогда не ступавшего на берег, все еще были настоящие ступни и пальцы; сознавать, какое значение это имеет для понимания эволюции китов, – необычайно волнующе». Задние ноги базилозавра, хотя и не могли поддерживать эту тушу на берегу, все же не были рудиментами. Ими управляли сильные мышцы, сгибавшие коленный и голеностопный суставы. Джинджерич не исключает, что такие лапки использовались при спаривании, чтобы удержать партнера. «Сложно, наверное, было контролировать, что происходит там, в дальнем конце этого длинного змееподобного тела, так далеко от мозга», – говорит он. Неважно, для чего нужны были базилозавру его маленькие ножки, важно, что их наличие подтвердило существование у китов предков, которые ходили, бегали и скакали по суше. Однако кто именно были эти предки? Вопрос оставался открытым. Некоторые элементы скелета ранних китов, в особенности их большие треугольные коренные зубы, очень напоминают зубы мезонихий – вымерших копытных. Эти копытные были первыми хищными млекопитающими, а один из них – эндрюсарх – самым крупным наземным хищником за всю историю этого класса. В 1950-е годы иммунологи обнаружили, что по биохимии крови киты ближе всего к парнокопытным – отряду, включающему свиней, оленей, быков и других копытных с четным числом пальцев. К началу 1990-х молекулярные биологи, изучающие гены, выяснили, что ближайшим современным родственником китов является бегемот, тоже парнопалое животное. Джинджерич и другие палеонтологи больше доверяли окаменелостям, нежели молекулам. Они были убеждены, что киты произошли от мезонихий. Но чтобы подтвердить эту гипотезу, Джинджеричу нужно было найти еще одну конкретную кость, а именно таранную. Эта кость, часть лодыжки, – один из самых характерных элементов скелета парнокопытных, поскольку у них она имеет необычную форму двойного шкива: на обоих концах кости есть желобки, похожие на канавки на ободке шкива. Такая форма кости делает парнокопытных более прыгучими и маневренными, чем остальные четвероногие, у которых таранная кость имеет желобок только с одной стороны. (Понятно, что у нынешних китов таранных костей нет вовсе.) Дело – в бабках. Первый в своей жизни скелет лодыжки кита Джинджерич увидел в 2000 году в Пакистане. Его аспирант Ийад Залмут нашел обломок кости с желобками среди остатков недавно открытого вида – артиоцета (Artiocetus), жившего 47 миллионов лет назад. Буквально через несколько минут геолог Мунир уль-Хак обнаружил поблизости похожую кость. Поначалу Джинджерич думал, что эти кости были таранными костями левой и правой ноги животного – то есть подтверждали его гипотезу. Однако когда Филип положил их вместе, его смутила легкая асимметрия обломков. Размышляя над этим, он крутил обломки в руках, словно два сложных кусочка пазла, и вдруг они идеально подошли один к другому, образовав таранную кость как у парнокопытных. Тем же вечером по пути в лагерь Джинджерич и его коллеги проходили мимо группы деревенских ребятишек, игравших в бабки. Бабки, как положено, были настоящими таранными костями коз. Люди, как известно, тысячелетиями использовали эти кости парнопалых для игр и гадания. Залмут попросил у детей одну бабку и вручил ее Джинджеричу. Весь оставшийся вечер он в изумлении наблюдал, как профессор сидит, держа кость козы и кость кита и переводя взгляд с одной на другую. Сходство было бесспорным. «Это было важнейшее открытие, но оно спутало мне все карты, – улыбается Джинджерич. – Как бы то ни было, теперь мы знали, откуда взялись киты. Оказалось, что предположение насчет их родства с бегемотами не было фантазией». Все-таки лабораторные ученые бывают правы! За время, прошедшее с тех пор, Джинджерич и его коллеги заполнили пробелы в истории китов – зуб за зубом, палец за пальцем. Ученый полагает, что первые китообразные могли иметь строение как у антракотериев – травоядных, напоминавших бегемотов и обитавших в болотистых низинах более 50 миллионов лет назад. (По версии палеонтолога Ханса Тевиссена, киты произошли от животного, схожего с индохиусом, доисторическим полуводным парнокопытным, похожим на оленя, а размером с енота.) Каков бы ни был размер и телосложение первых китов, они появились примерно 55 миллионов лет назад, как и все остальные современные отряды млекопитающих, во время глобального потепления. Эти киты обитали у восточных берегов океана Тетис, там, где плескались теплые морские воды. В богатых пищей и свободных от ящеров морях около 50 миллионов лет назад появились киты, подобные пакицету – искусному пловцу, который все еще возвращался на берег. Приспособившись к жизни в воде, киты получили доступ к среде, свободной от конкурентов, – идеальные условия для эволюционного взрыва. И взрыв произошел: океан заселили множество китоподобных существ, но большая часть экспериментальных форм вымерла задолго до нас. Среди китов той поры выделяются огромный, массой более 700 килограммов, засадный хищник амбулоцет (Ambulocetus) с короткими толстыми лапами и огромными челюстями, длинношеий даланист (Dalanistes) c головой как у цапли и макарацет (Makaracetus) с коротким хоботом, который он, возможно, использовал для сбора моллюсков. Внеземные существа. Преимущества водной жизни увлекали китов все дальше в открытое море, и примерно 45 миллионов лет назад возникли формы с укороченной жесткой шеей и вытянутой, похожей на нос корабля, мордой. Такое строение позволяло эффективно преодолевать сопротивление воды. Задние конечности уподобились коротким толстым отросткам, а пальцы на них вытянулись. Между пальцами появились перепонки, и лапы стали напоминать утиные – только с крошечными копытцами, унаследованными от предков. У некоторых китов появились мощные хвосты, резким вертикальным взмахом толкающие тело сквозь водную толщу. Этот способ передвижения стимулировал развитие все более длинного, до 67 позвонков, и гибкого позвоночника. Ноздри сдвинулись вверх и превратились в дыхала. По мере того как киты стали погружаться все глубже, их уши становились более чувствительными к подводным звукам, усиленным жировыми подушками, которые располагались в особых каналах, проходивших по всей длине челюстей, и улавливали вибрации, словно подводные антенны. Как бы хорошо ни были эти древние киты приспособлены к жизни в море, им все-таки приходилось выползать на берег на своих перепончатых лапах, чтобы найти партнера для спаривания и безопасное место для выращивания потомства. Однако спустя еще несколько миллионов лет киты прошли точку невозврата. Базилозавр и его родичи никогда не ступали на сушу, преспокойно плавая в открытом море. Их тела уже были полностью приспособлены к водной среде: передние конечности укоротились и приобрели жесткость, превратившись в плавники; на конце хвоста появились широкие лопасти, преобразовавшие этот орган в подвод-ное крыло; таз отчленился от позвоночного столба, что увеличило мах хвоста. И все же у них еще сохранялись, словно талисман из давно забытого наземного прошлого, задние ноги, в которых было все, что положено: крошечные колени, ступни, лодыжки и пальцы... Дети оледенения. Переход от базилозавров к современным формам начался 34 миллиона лет назад. Случившееся тогда похолодание привело к превращению океанских течений в конвейер, несущий теплые воды к полюсам, где они охлаждаются и опускаются вниз, чтобы вернуться из глубин, будучи обогащенными питательными веществами, у западных берегов Африки и Америки. В таких акваториях бурно развиваются планктонные рачки. Этот пищевой ресурс и позволил китам освоить новые ниши, что привело к появлению эхолокации, теплоизолирующего жира и китового уса – особого органа для выцеживания планктона. Сегодня, во многом благодаря Джинджеричу, история китообразных, представленная в окаменелостях, являет собой одно из самых великолепных доказательств теории эволюции, а вовсе не ее опровержение. По иронии судьбы, ученый вырос среди менонитов Айовы, в семье с твердыми религиозными устоями. Его дед, фермер, был еще и проповедником в миру. «Мой дед, – говорит Филип, – никогда не заводил речь об эволюции. Знаете, это были люди величайшей скромности, которые высказывали свое мнение, только если достаточно хорошо разбирались в предмете разговора».
Миллионы лет назад моря и океаны выглядели немного по-другому, на пляжах не лежали загорающие отпускники, никто не катался на бананах и гидроциклах, а морские глубины
населяли огромные хищники, способные проглотить современную акулу или просто засосать человека, на воде, резким открытием челюстей, себе в пасть.
Знакомьтесь 10 самых больших доисторических обитателей океана:
1 Лиоплевродон (25 м)
Род гигантских плиозавров юрского периода. Лиоплевродон был типичным плиозавром — с крупной узкой головой (не менее 1/4–1/5 общей длины), четырьмя мощными ластами (длиной до 3 м) и недлинным сжатым с боков хвостом. Жил 160-155 млн. лет назад на территории нынешней Европы и, возможно, Центральной Америки. Достигал в длину 25 м и веса 150 тонн (недавно обнаруженный в Мексике череп говорит о том, что размеры животного могли превышать официально зафиксированные ранее). Зубы огромные, длиной 20-30 см, круглые в поперечном сечении.
2 Базилозавр, Басилозавр (21 м)
древнейший гигантский кит, живший в верхнем эоцене 45-36 млн. лет назад. Длина самцов базилозавра достигала 21 м, самок 18 м. Базилозавр населял почти все тёплые моря планеты и, вероятно, был одним из самых больших хищников своего времени. Он нападал на крупных жертв, включая и других китов (например, дорудона).
3 Мегалодон, кархародон мегалодон (18,2-20,3 м)
ископаемая акула, останки которой находят в отложениях, которым примерно 25 миллионов лет. Самыми часто встречающимися останками мегалодона являются его зубы, которые морфологически похожи на зубы большой белой акулы, но являются более прочными и более равномерно зазубренными. Исследования показывают, что мегалодон являлся самой большой акулой
из известных науке, а также одной из самых больших рыб
, когда-либо населявших моря нашей планеты.
4 Левиафан Мелвилла (13,5-17,5 м)
вымерший миоценовый кашалот, обнаруженный в Южной Америке. Останки древнего кашалота (трёхметровый череп с зубами) были обнаружены в ноябре 2008 года, в 35 км от города Ика в Перу. Ископаемый кашалот обладал самыми крупными зубами среди всех китов, а возможно, и среди всех животных. Размер верхних зубов: диаметр 12 см, длина 36 см. Общая предположительная длина тела от 13,5 до 17,5 м. Возраст скелета оценивается в 12-13 млн. лет.
гигантский плиозавр позднеюрской эпохи. Описан В. Найтом в 1895 году. Разрозненные остатки (позвонки и кости конечностей) обнаружены в позднеюрских отложениях Вайоминга. Большинство костей было утеряно, остался лишь передний ласт длиной около 1,5 метров. Плечевая кость необычно длинная, что отличает мегалнеузавра от других юрских плиозавров. Изначально считался крупнейшим из плиозавров (отсюда название - «великий плавающий ящер - царь»). Длина могла достигать 10-12 метров.
6 Кронозавр (9-10 м)
гигантский плиозавр раннемеловой эпохи. Один из самых известных широкой публике и один из самых крупных плиозавров. Первой находкой был фрагмент челюсти, найденный в 1899 году в Хьюгенденде (Квинсленд, Австралия). истинная длина тела кронозавра не превышала 9 -10 метров. Именно таких размеров был и колумбийский кронозавр. Длина черепа достигала 2,4 метра, длина нижней челюсти — 2,6 м.
7 Дунклеостей (8-10 м)
род вымерших панцирных рыб класса плакодерм, живших в девонском периоде 415 -360 млн лет назад. Его представители достигали 8 -10 метров в длину и были крупнейшими морскими хищниками своего времени. При изучении в Чикагском университете биомеханической компьютерной модели челюстей Dunkleosteus определили, что они могли развивать давление в 55 МПа, а это сопоставимо с укусом крокодилов. Более того, Dunkleosteus открывал рот за 1/50 секунды, в результате чего поток воды просто засасывал в него жертву.
8 Дорудоны (5 м)
род вымерших китообразных, живших вместе с базилозаврами от 40 до 36 млн. лет назад, во время эоцена. Они были приблизительно 5 м длиной и, очевидно, были хищниками — питались мелкой рыбой и моллюсками. Дорудоны жили в тёплых морях по всему миру, их окаменелые останки находят как в Северной Америке, так и в Египте.
9 Геликоприон (2-3 м)
род хрящевых рыб каменноугольной и пермской эпох. Впервые описан А. П. Карпинским в 1899 году. Основой для описания послужила так называемая зубная спираль, найденная в Пермской губернии в 1897 году краеведом А. Г. Бессоновым. Диаметр спирали типового вида геликоприона достигал 25 см. Это предполагает длину всей рыбы около 2-3 метров. В литературе описаны спирали до 90 см в диаметре. Длина их владельца могла доходить до 9-12 метров.
10 Ракоскорпионы, или морские скорпионы (0,2-2 м)
ископаемый отряд членистоногих из класса Меростомовые подтипа. Отдельные представители достигали 2 метров в длину, однако характерные размеры большинства видов не превышали 20 см. Существовали в течение всего палеозоя 510-248 млн. лет назад. Ранние формы обитали на мелководье в морях. Около 325-299 млн. лет назад большая часть перешла к жизни в пресной воде.
— вымерший отряд китообразных представлял собой сразу несколько видов, останки которых найдены в разных регионах мирового океана. Например, зигориза — это ископаемое млекопитающее, которое в свое время обитало в водах Северной Америки.
Зигориза: общее описание вида
Зигориза считалась близким родственником базилозавра, однако в отличие от своего сородича имела скромные габариты. Так, длина взрослой особи достигала 6 метров, тогда как одна черепная коробка доходила до 1 метра.
Характерными особенностями данного вида считалась вытянутая и четко очерченная шея, рудиментарные задние конечности, вытянутая нижняя челюсть с большим количеством острых зубов, присутствие семи позвонков и плавников, которые считались передними конечностями. Мало того, их позвонки легко сгибались в локтевых суставах, были особенно подвижными.
Весила взрослая особь порядком 800 кг, однако встречались в дикой природе и более крупные представители этого отряда. Пропорции тела по сравнению с современными особями сохранились за исключением всех вышеприведенных признаков. Новорожденный детеныш весил до 100 кг, при этом быстро рос, с раннего детства охотился на крупных рыб.
Представители этого древнего ископаемого вида питались мясом рыб, кальмарами и крупными моллюсками, а особых вкусовых предпочтений в еде не наблюдалось. Привычной средой обитания считалась вода, причем уплывать зигориза
могла на далекие расстояния, а после возвращаться на насиженное место. Эти млекопитающие вели стайный образ жизни, при этом часто мигрировали в поисках пропитания. Молодняк плыл вместе со взрослыми особями, однако также мог отделиться и вести уже обособленный образ жизни.
Потомками зигоризы в современном мире стали практически все млекопитающие, относящиеся к отряду китообразных. Они имеют сходную структуру корпуса, вынашивают и выкармливают детенышей, обладают аналогичными предпочтениями в питании и среде обитания.
Зигоризы — первые киты планеты
Зигориза — это первые киты, которые сегодня по праву называются «ископаемыми», а появились на земле в эоценовую эпоху. Проживали они в водах Атлантического океана более 50 миллионов лет назад, а вымерли 36 миллионов лет назад. На угревидном теле полностью отсутствовала чешуя, передние конечности превратились в ласты, а задние надежно прятались в толще жирового слоя.
Несмотря на водную среду обитания, самки зигоризы, подобно современным тюленям, выбирались на сушу для рождения детенышей. После вместе с пополнением вновь возвращались в свою привычную среду обитания.
Зигориза из-за длинных и острых зубов всегда имела свирепый и устрашающий вид, однако при этом не считалась кровожадным хищником, который поедает все на своем пути. Наоборот, ввиду своей доверчивости очень часто становилась жертвой динозавров или более крупных обитателей морского дна. Сама же питалась мясом рыб, придерживалась стаи и никогда не атаковала первой.
Зигориза в истории
Ближайший родственник зигоризы — археоцет ; считался опасным морским змеем, причем длина корпуса этого существа во взрослом возрасте достигала 25 метров. Его многочисленные останки довольно часто ученые путали с останками вымерших динозавров, а виной тому были огромные размеры структурных костей. Как и зигориза , он охотился исключительно на больших глубинах, причем имел похожий рацион питания.
Одной из главных достопримечательностей американского штата Миссисипи стал уникальный скелет зигоризы в полный рост, выставленный в городском музее пригорода Джексон. Местные жители этот единичный в мире экспонат называют ласково «Зигги».
Сегодня уникальный вид остался лишь в истории, однако окаменелости зигоризы частично распространены по палеонтологическим музеям разных стран. Ученым удалось получить достаточное количество информации об этих обитателях морского дна.
"Чудовище, неподвижно лежавшее в воде среди мангровых зарослей, заметило добычу - подходящего по размерам зверя, пришедшего на водопой. За нескольких энергичных толчков задних ног оно приблизилось к берегу, запустило свои мощные зубы в тело жертвы и попятилось назад в воду. Когда крепко зажатое в челюстях животное, не имея возможности вздохнуть, перестало биться, хищник выполз на берег, чтобы начать трапезу на твердой земле. На первый взгляд чудовище походило на крокодила - с короткими ногами, массивным хвостом, длинной вытянутой мордой и высоко посаженными, выступающими над поверхностью головы глазами. Однако его тело покрывали не пластинки панциря, а шерсть, ноги заканчивались не когтями, а чем-то напоминающим копыта, а зубы - это были зубы зверя, а не пресмыкающегося..."
Так в представлении палеонтологов выглядит амбулоцетус, один из первых китов. Вернее - существо, которое является «звеном в эволюционной цепи», соединяющее наземных млекопитающих начала кайнозойской эры и современных китообразных: синих, серых и горбатых китов, кашалотов, нарвалов, касаток и дельфинов - всего примерно 40 родов и 80 видов животных, бороздящих просторы Мирового океана.
Эволюционная история китов как одного из самых специализированных отрядов млекопитающих, для биологов, оставалась загадкой даже в XX в. Когда, в 1945 г., Дж.Симпсон составлял систему эволюционных отношений между млекопитающими, на основе имеющихся на тот момент палеонтологических данных, отметил что о китообразных имеются очень скудные данные и поместил этот отряд независимо от других, связав его историю лишь с общим гипотетическим предком плацентарных.
По истечению двух десятилетий палеонтологи нашли большое количество остатков древних китов и их предков, которые относились к эоценовому периоду (55–34 млн лет назад). Это время когда древние киты (археоцеты - Archaeoceti) только начали "входить" в воду. Кости китообразных находили в более поздних олигоценовых (34–24 млн лет назад) слоях. Тогда происходило становление уже двух современных подотрядов этой группы - зубатых и усатых китов. Проведенная переоценка родственных отношений между живущими отрядами млекопитающих, основанная на сходстве белков иммунной системы, показала что киты ближе всего к парнокопытным (оленям и быкам, жирафамы и бегемотам).
На палеонтологическом уровне такая связь могла быть предположительно подтверждена на основе изучения остатков разных представителей древнего (и полностью вымершего) отряда кондиляртр (Condylarthra) - предполагаемых общих предков копытных, хоботных и китообразных. Было обнаружено явное сходство между трехвершинными зубами вновь открытых ископаемых китов и группы хищных кондиляртр - мезонихий (Mesonychia). Также было обнаружено сходство между зубными характеристиками парнокопытных и другой, очень близкой к мезонихиям, группы кондиляртр - арктоционов (Arctocyonids). Исследователи, проводившие эту работу, пришли к выводу, что китообразные произошли от плотоядных, напоминавших своим обликом волков мезонихий, а те, в свою очередь, имели общего предка с парнокопытными (схема А).
По прошествии десятка лет палеонтологи, во время экспедиции американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) в Пакистане, получили дополнительный материал. Они искали остатки эоценовых наземных млекопитающих в местах где они уже находились, но им попадались только морские организмы. Около 50 млн лет назад в этом районе проходила, меняющаяся со временем, береговая линия древнего моря Тетис, которое разделяло на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку. Среди остатков рыб и моллюсков палеонтологами были найдены два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. В то же время в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного.
Спустя два года в Северном Пакистане экспедицией Джинджериша была обнаружена еще одна странная находка. Это был кусок черепа странного создания размером с волка. Рядом были обнаружены остатки других млекопитающих, на этот раз наземных, живших около 50 млн лет назад. Однако череп найденного неизвестного зверя имел черты, напоминавшие некоторые детали строения слуховой системы современных китообразных.
В водной и воздушной среде звуковые волны распространяются по-разному. У китов которые живут в наше время нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла - особое костное образование, изолированное пазухами. Булла в черепе неизвестного животного, открытого Джинджеришем, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Выходило, что это существо - его назвали по месту находки пакицетусом (Pakicetus) - могло быть одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. В то же время можно было предполагать, что загадочный зверь имел и обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху, - на земле он пока проводил никак не меньше времени, чем в воде.
Примерно в то же время другая группа палеонтологов также обнаружила остатки этого животного, а именно фрагмент нижней челюсти и несколько отдельных зубов. Их строение вполне подтверждало связь пакицетуса с мезонихидами, чьи остатки, кстати, были известны примерно из той же местности и тех же временных слоев. Так что все, казалось бы, становилось на свои места: мезонихиды или их близкие родственники действительно «могли претендовать» на роль предков первых китообразных.
В эоцене море было очень благоприятным для заселения млекопитающими. Теплые заливы Тетиса кишели рыбой, обещая сытную жизнь, а ниша крупных морских хищников оказалась относительно свободной. Хотя акулы и крокодилы продолжали чувствовать себя очень неплохо, многочисленные в мезозое водные пресмыкающиеся - плезиозавры, мозазавры и им подобные - теперь исчезли из морских просторов.
Соотношение суши и моря 50
млн лет назад
Но вскоре проводить дальнейшие изыскания в Пакистане стало невозможно - в 1983 г. началась война в Афганистане и весь регион превратился в «горячую точку». Увлекшийся поисками китов Джинджериш переносит работы в Египет, в пустынную долину в 95 милях к юго-западу от Каира - долину Зеуглодона, названную так в честь сделанных здесь в начале XX в. находок архаичных китов зеуглодонов (Zeuglodon). В эоцене большая часть Египта, как и Пакистана, была дном моря Тетис - ныне же остатки животных, бороздивших его воды, лежат вмурованными в песчаник. После нескольких полевых сезонов Джинджериш с командой обнаружил тонкие задние конечности, принадлежавшие 18-метровой «морской змее» - древнему киту базилозавру (Basilosaurus).
Находки базилозавров - животных, ведших, без сомнения, исключительно водный образ жизни и никогда не выходивших на сушу, были известны и ранее. Базилозавры плавали в древних морях примерно 40–37 млн лет назад. Но вот про наличие у них задних ног никто ничего не знал потому, что находили только отдельные части бедренных костей, которые палеонтологи считали рудиментарными. Джинджериш показал, что у базилозавров были ноги! Правда, совсем маленькие - менее полуметра. Использовались ли они как-нибудь или просто были рудиментами, непонятно. Вряд ли они могли сильно помочь при плавании и уж точно не могли быть использованы для выхода на сушу. Было высказано предположение, что огромные змеевидные базилозавры могли использовать их для брачных объятий, удерживая друг друга в колышащихся волнах. Важно, что спустя 10 млн лет после пакицетуса некоторые из древних китов все еще имели конечности. Между этими существами оказалось возможным провести, хотя и предположительно, связь. «Киты с ногами» оказались реальностью.
Очень важное открытие было сделано в 1992 г. Команда американца Ханса Тьюиссена (Hans Thweissen) открыла в Северном Пакистане, в слоях возрастом около 48 млн лет, почти полный скелет «переходного звена» между современными китами и их наземными предками. Большие веслообразные ступни и мощный хвост животного говорил о том, что оно было хорошим пловцом, а крепкие кости ног и подвижные локтевые и запястные суставы - о том, что оно неплохо передвигалось и по суше. «Переходное звено» получило название амбулоцетуса (Ambulocetus natans), «ходящего и плавающего кита».
А еще позже Тьюиссену, Джиндеришу и другим палеонтологам удалось найти окаменелости, позволявшие восстановить последовательные стадии перехода китов от околоводного к океаническому образу жизни. Были найдены остатки длинномордых ремингтоноцетид (Remingtonocetids, например кутхицетуса - Kutchicetus) и протоцетид (Protocetids, например родоцетуса - Rodhocetus), также произошедших от каких-то «пакицетоподобных» предков на берегах Тетиса. От протоцетид произошли уже вполне «дельфинообразные» дорудоны (Dorudon) - возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара.
На протяжении следующего за эоценом олигоценового периода уровень моря понизился. «Прото-Индия» соединилась с Азией (результатом этого «столкновения» стало возникновение Гималаев), а Австралия и Антарктида удалились друг от друга, в результате чего образовалось широкое свободное кольцо морей в Южном полушарии. Возникло южное циркумполярное течение, начал образовываться ледяной панцирь. Это создавало новые условия для живущих в морях млекопитающих, что, по мнению ряда специалистов, и привело к возникновению современных подотрядов - усатых и зубатых китов. Наиболее древней известной переходной формой между ними и древними археоцетами является Llanocetus, первичный усатый кит, найденный в антарктических отложениях возрастом около 34 млн лет. Судя по всему, он вполне мог питаться крилем. Зубатые же киты, по мнению специалистов, возникли примерно в то же время, развивая способности к эхолокации, которая позволяла активно охотиться в глубине.
К сожалению, находки остатков первых представителей двух современных отрядов крайне редки. Понижение уровня моря в олигоцене осушило прибрежные районы, которые могли содержать эти остатки, и они подверглись разрушению. Но раскопки в более поздних слоях показывают, что немного времени спустя, 30 млн лет назад, настоящие усатые и зубатые киты были представлены несколькими семействами.
Находки же более древних археоцетов и их предков позволяли восстанавливать и пути перехода китообразных к постоянной жизни к океане.
Как было сказано, уже пакицетус имел определенные преобразования в слуховой системе, характерные для китов. Тьюиссен предположил, что он мог пользоваться ими, чтобы воспринимать звуки, распространяющиеся в грунте. Будучи засадным хищником, поджидающим жертву в воде, он мог слышать шаги возможной добычи, приближавшейся к водопою. Вполне возможно, также поступал и амбулоцетус, в челюсти которого уже имелось начало характерного для китов канала, проводящего звук к уху. Положив нижнюю челюсть на грунт - как это делают крокодилы - амбулоцетус «лоцировал» передвижение по берегу своих потенциальных жертв.
Луо (Zhe-Xi Luo) - палеонтолог, сотрудник Музея естественной истории в Питтсбурге, показал, что у базилозавров и дорудонтов - первых полностью водных китов - слуховая система по строению была уже достаточно близка к слуховой системе современных китов. Позже эволюция двух групп - зубатых и усатых китов - пошла разными путями. Первые развили особенности, необходимые для произведения и восприятия высокочастотных звуков, используемых при эхолокации, а вторые «специализировались» на низкочастотных акустических сигналах, позволявших общаться друг с другом на больших расстояниях. Около 28 млн лет назад ранние зубатые киты уже имели некоторые из костных структур, необходимых для восприятия высокочастотных звуков и, соответственно, определенную способность к эхолокации.
Другие важные изменения черепа в процессе эволюции китообразных включали перемещение глазниц с верхнего (как у крокодилов) положения у пакицетуса и амбулоцетуса на бока головы, как у протоцетид и современных китов. Ноздри сместились с вершины морды у пакицетуса на вершину головы (дыхало) у современных китов. Зубы стали простыми и однообразными - приспособленными только для удержания, а не разжевывания добычи. У усатых же китов они исчезли совсем; их «китовый ус» - роговые пластины, с зубами никак не связаны.
Анализ изотопного состава атомов кислорода, присутствующих в зубах ископаемых китов, позволяет делать заключения о том, жили ли они в пресной или морской воде - во второй присутствует большая доля изотопа 18О. Получилось, что организм пакицетусов получал только пресную воду, амбулоцетусы могли жить как в пресных, так и в соленых водоемах, а протоцетиды были уже настоящими морскими животными.
Одна из наиболее важных адаптаций, характерных для китов, - их способность производить вертикальные удары хвостом, обеспечивающие быстрое плавание. Строение тазового пояса амбулоцетуса еще позволяло животному поддерживать свой вес при передвижении по суше, хотя непропорционально большие задние конечности этого животного и веслообразные ступни делали такое передвижение затруднительным. Но такие конечности очень неплохо подходили для гребли при передвижении в воде. У родоцетуса, представителя протоцетид, кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, - наподобие современных ушастых тюленей.
Базилозавры и дорудонтиды были, как уже сказано, полностью водными созданиями. Как у современных китов, плечо у них оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Задние ноги и тазовые кости были маленькими и слабыми. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн лет, еще имелись неплохо сформированные ноги.
В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.
Итак, серия палеонтологических открытий 70–90-х гг. XX в. позволила проследить основные этапы эволюционного становления китов на их пути от наземных к исключительно водным животным. Однако вопрос об их более далеких предках продолжал - да и продолжает - оставаться открытым. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих - представителей разных отрядов - позволил исследователям вновь говорить о высокой степени родства китов и парнокопытных. В то время как мезонихиды с их неясным систематическим положением оказывались вроде бы и ни при чем… Другие анализы показали большое сходство китов с отдельной и весьма специфической, надо сказать, группой парнокопытных - бегемотами (схемы Б, В).
Скелеты современных китов и
их предков
Палеонтологи сначала весьма отрицательно отнеслись к подобной интерпретации результатов анализа ДНК - в конце концов, речь шла о сравнении ныне живущих животных, ДНК пакицетуса и амбулоцетуса, само собой, не сохранилась. Мезонихиды же очень подходили на роль предков китов - они отличались «подходящими» морфологическими признаками, и их остатки встречались именно в тех регионах и в тех слоях, где и когда должно было начаться становление китообразных. А вот остатков древних парнокопытных, подтверждавших бы предположения молекулярных биологов, не было.
Ключом к решению проблемы могла бы стать находка принадлежавшей кому-то из древних (еще выходивших на сушу) предков китов так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки. У всех парнокопытных таранная кость имеет очень характерную форму с выемкой-шкивом на обоих концах. Собственно, это и есть один из ключевых признаков отряда.
Осенью 2001 г. Джинджериш сообщил об открытии в восточной части Белуджистана еще одного вида родоцетуса - Rodhocetus astralagus - и новой формы протоцетид - артиоцетуса (Artiocetus). А Тьюиссен и его коллеги в то же время откопали в Пенджабе скелет пакицетуса (ранее был известен только череп) и скелет еще одного зверя, близкого к пакицетусу (Ichtyolests). И все вновь найденные скелеты имели таранную кость характерной для парнокопытных формы. Получалось, что мезонихиды, у которых эта кость была другой формы, действительно не имели отношения к возникновению китов? Их остатки просто оказались «в нужное время и в нужном месте»? Но какие же парнокопытные дали тогда начало китообразным? Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже. Среди же их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды.
Впрочем, надо заметить, что и само происхождение парнокопытных остается неясным. Может быть, мезонихиды - самостоятельная ветвь этого отряда (а не отряда кондиляртр), утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Тогда они вполне могут иметь общих предков с китообразными. Сейчас существует и такая гипотеза (схема Г). Споры продолжаются, и большинство ученых сходятся на мысли, что загадка самых первых предков китов еще неразгадана. Необходимы новые палеонтологические находки.
По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002
Древние киты рожали на суше
Предки китов рожали зубастых детенышей головой вперед, как сухопутные виды.
Семьи археоцетов любили полежать на бережку, наподобие современных тюленей.
Древнюю ячейку общества китов удалось раскопать в Пакистане.
Палеонтологу Филиппу Джинжеричу из университета Мичигана удалось сделать сенсационную находку: он обнаружил нерожденного детеныша внутри окаменелой самки древнего кита археоцета. Ископаемый материал был найден в 2000 году на территории Пакистана, однако 33−сантиметровый плод удалось обнаружить лишь накануне. Окаменелые беременные самки - нечастая находка для палеонтолога, но Джинжерича потрясло другое. Детеныш помещался в организме матери головой вперед - как сухопутный зверь, которому нужно при рождении сразу вдохнуть кислород, а не как обитающий в воде кит, выходящий хвостом вперед, чтобы сразу начать плавать. Зубы у малыша были хорошо минерализованы - ими он мог разгрызать крупную рыбу сразу после рождения.
Тюленеподобный зверь
Джинжерич опубликовал исследование в журнале Plos One, в котором утверждает, что расположение плода указывает на то, что археоцеты обитали на суше. Найденная самка жила около 47,5 млн лет назад. Ее ластоподобные задние ноги позволяли перемещать тушу по земле, хотя давалось ей это нелегко. Внешне предок кита был похож на современных тюленей или моржей: массивная передняя часть и изящный таз с задними лапами.
В университете Мичигана полагают, что изученный ими вид maiacetus inuus выходил на сушу, чтобы спариться, родить и отдохнуть.
«В мире существует множество ископаемых останков археоцетов, переходивших от наземной жизни к водной, однако большинство их фрагментировано. Описанные нами экземпляры - первые, которые предоставляют данные о рождении, росте и развитии этих животных. При переходе к водной среде обитания у археоцетов изменилось все, за исключением дыхания. У них было по четыре лапы, приспособленные для плавания, и хотя они могли выдержать вес зверя на суше, далеко убежать археоцеты не могли», - рассказал палеонтолог в интервью испанской газете El Mundo.
Половой диморфизм
В километре от беременной самки были найдены останки самца, длина которого
составляла около 2,59 м; при жизни он весил около 390 кг. Самец оказался немного
крупнее самки - на 12%, и когти у него были длиннее, однако, по мнению
американских биологов, недостаточно, чтобы занимать доминирующую роль в обществе
археоцетов. Вряд ли он мог контролировать территорию, полагает Джинжерич. У
современных китов самки, как правило, крупнее самцов.
Эволюция китов
Исследование проливает свет на эволюцию китов.
Ученые считают, что первые сухопутные существа появились в девон - около 360-380 млн лет назад. Через 300 млн лет некоторые виды млекопитающих решили вернуться обратно в воду. Их лапы стали превращаться обратно в плавники. В сентябре 2001 года Джинжерич выпустил исследование, которое опубликовано на сайте университета Мичигана. В нем он роднит первых китов с семейством бегемотовых, которое в настоящее время включает гиппопотамов. Возможно, археоцеты выделились из парнокопытных в позднем меловом периоде или раннем палеоцене. У них была длинная вытянутая челюсть. Ученые практически уверены, что самый первый археоцет был полностью земным существом, однако палеонтологические доказательства этому находят лишь сейчас.
Более водный образ жизни археоцеты стали вести в эоцене. Самка maiacetus inuus обитала как раз в середине эоцена. В позднем эоцене от базилозавра откололись виды, приходящиеся «прадедушками» современным китам.
Техасский палеонтолог Луис Якобс характеризовал изученный Джинжеричем экземпляр как «весьма информативное звено, отсутствовавшее ранее». «Чарльз Дарвин был бы рад», - добавил Якобс.
Джинжерич исследует пески Пакистана и Египта более 30 лет; ранее на этой территории плескался Мировой океан.
По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002
