|
Самыми удивительными существами, завоевавшими воздушную стихию, были насекомые и совершили они этот подвиг довольно рано. В среднем девоне (примерно 380 миллионов лет назад) появились примитивные бескрылые насекомые, похожие на своих современных собратьев — на бессяжковых, ногохвосток, вилохвосток. А через какой-то десяток миллионов лет, как утверждают каменные летописи Земли, первые крылатые насекомые, например, предки тараканов, овладели искусством полета. В карбоне над дышащими прохладой реками и озерами, в джунглях папоротникового леса, уже во множестве летали поденки и стрекозы. Некоторые виды стрекоз (меганевра и палеодиктиоптера) были настоящими гигантами, до 70–90 сантиметров в размахе крыльев! Столь крупных насекомых мир более не порождал. Меганевра была хищником, а добычей служили обитающие в кронах диктионевриды (отдаленные родственники современных поденок, размером примерно с голубя). Ведущие наземный образ жизни ее личинки тоже были хищниками. У насекомых и членистоногих вообще их сложные фасеточные глаза обладают рядом преимуществ перед обычными глазами моллюсков или позвоночных: они обеспечивают почти круговой обзор без искажений по краям поля зрения, имеют бесконечную глубину резкости и очень чувствительны к движению.
На суше борьба плоти с земным притяжением была тесно связана с развитием флоры и фауны (в воде, как известно, царит относительная невесомость). С тех самых времен эти сухопутные виды стремятся освоить воздушную среду, не желая быть рабами поверхности Земли (исследуя пространство, отыскивая там пропитание, воду и убежище). Паукообразные (или арахниды) — следует заметить, одни из немногих жителей планеты, сумевшие это также и сделать. Довольно необычного вида восьминогие существа, обитающие повсеместно, узнаваемы всегда и всюду, несмотря на различия в окраске и размерах. Но самая главная их отличительная черта — это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно. С помощью таких шелковых нитей, для удобства перемещения в плоскости пространства и охоты, эти активные хищники создают гигантские ловчие сети. Жители единственного в своем роде двухмерного мира, насыщаются, прежде всего, насекомыми или другими мелкими животными. Известно лишь одно исключение — паук-скакун, который питается зелеными частями акаций.
Большинство летающих насекомых — четырехкрылые, при этом у одних насекомых развились только передние крылья, у других — задние. Исключение составляют те же стрекозы, развившие в одинаковой степени обе пары своих крыльев и, соответственно, мышцы, приводящие их в движение. Крылья насекомых, в отличие от крыльев летающих позвоночных животных, лишены собственной мускулатуры и приводятся в движение сокращением мышц груди (они приобрели эту уникальную способность к полету, не заплатив за нее потерей части своих конечностей). Настоящую «цветопередачу» из тех времен можно увидеть в янтаре, насекомые липли к смоле и увязнув в ней — застывали навеки, эволюция позволила запечатлеть детали своего мира в цвете, объеме и даже, отчасти, в движении. Основной формой передвижения насекомых в воздухе является машущий полет, который используют все способные к нему крылатые насекомые. Благодаря появлению крыльев, насекомые стали более быстрыми, маневренными, приобрели способность к регулярным миграциям, заметно усложнилось и их поведение. Лишь эволюционные преимущества насекомых со складывающимися крыльями оказались настолько значительны, что они практически вытеснили так называемых древнекрылых насекомых, из которых в настоящее время сохранились лишь стрекозы и поденки.
Явление «карбонового гигантизма» у насекомых, дышащих через систему воздухоносных сосудов — трахеи, дает основание утверждать, что доля кислорода в земной атмосфере в этот период была заметно выше (внутри трахейной трубки воздух в принципе неподвижен — отсутствует активный вдох и выдох, а приток кислорода внутрь тела и отток углекислого газа происходит за счет диффузии — разницы парциальных давлений газов на внутреннем и внешнем концах трубки). Полагают, что в те доисторические времена кислорода в земной атмосфере было не 21%, а 35%! Неудивительно, что в подобном «кислородном раю» насекомые вырастали до гигантских размеров. Как и любой золотой век, эра гигантских насекомых все же закончилась — около 290 миллионов лет назад, количество кислорода на Земле начало сокращаться. В нижнепермском периоде уже летали «крохотные» веснянки. Чуть позднее появились древние предки прямокрылых (ныне к этому отряду относятся саранча и кузнечики). Судя по некоторым данным в эту пору появились также многие жуки и сетчатокрылые. Первые бабочки обнаружены лишь в отложениях триаса, а древние двукрылые и перепончатокрылые — в юрском периоде.
Перо — удивительное соединение из множества линий (сложно превзойти обретенное предыдущими поколениями). Техника полета и крылья птиц изменили этот мир. Их появление и происхождение до сих пор вызывает яростные споры научного сообщества. Причина в том, что проследить эволюцию птиц от начала до конца так и не удается. Гипотетических прародителей пернатых — хоть отбавляй: среди них числятся псевдозухии, орнитозухии, птерозавры и даже крокодилы. Но вот бесспорных прямых предков современных птиц все же не нашли (подкласс ящерохвостых относится к другой эволюционной линии, поэтому и не имеет общих признаков с большинством остальных вымерших и современных птиц отличаясь от них множеством деталей строения, а оперение, как и способность к полету, возникло у самых разных ответвлений мезозойской фауны). Однако для окончательных выводов следует учитывать весь «пилотажный набор». Естественно, многое возможно установить и косвенным путем.
Эволюция пернатых началась в середине или конце триасовского периода (230–210 миллионов лет назад). На окраинах единого материка — Пангеи — длительные похолодания и ненастья, побуждали формы живого приспосабливаться к изменениям климата. Одним из таких уникальных приспособлений, как полагают, и стало оперение. Многие ученые, изучая чешую современных рептилий — ближайших из ныне здравствующих родственников птиц — пытались разгадать загадку происхождения перьев (чешуя, и перья имеют плоскую форму, но перья намного длиннее). Из поколения в поколение эта чешуя вытягивалась, края расщепились, и так она эволюционировала в обычные перья. Очевидно также, что для полета необходимо и большое количество энергии, поэтому интенсивность ее отдачи внутри класса таких форм заметно отличается. Например, расход кислорода при обмене веществ в расчете на один килограмм веса у птиц в 3–4 раза выше такого же показателя у тех же рептилий. Следовательно, для возникновения летающих птиц нужно достаточное количество кислорода в атмосфере. Возможно по этой причине настоящие или веерохвостые птицы появились только в конце мелового периода.
В 1861 году на юге Германии был найден скелет существа с четкими отпечатками перьев на горной породе. Это был знаменитый архиоптерикс. На протяжении 150 лет с момента первой находки он считался главным претендентом на звание прародителя современных пернатых. Такие признаки, как оперение и крылья, казалось бы, неоспоримо говорили о том, что архиоптерикс — древнейшая птица. Однако, по строению черепа, позвоночника и других частей скелета он был схож с хищными динозаврами. Эти аномалии и породили гипотезу о возникновении птиц от древних ящеров, ставшую столь популярной. Но вот в 1980-х годах палеонтологами были найдены и оперенные динозавры, и древнейшие птицы, и их близкие родственники. Нашлись и новые скелеты архиоптериксов. Стало окончательно ясно, что архиоптерикс происходит от хищных динозавров и к современным птицам отношения не имеет. Так закончилась одна из легенд теории эволюции по Дарвину.
Настоящим птицам подняться в небо и управлять своим полетом помогает ряд очень важных и оригинальных инноваций. Сложно устроенное крыло позволяет удерживать все тело в воздухе. Его маховые движения прямое производное от уникального строения плечевого пояса, образованного лопаткой, коракоидом, грудиной и сросшимися в вилочку ключицами. Там, к слову, есть трехкостное отверстие, через которое проходит сухожилие мышцы, с чьей помощью крыло поднимается вверх после его опускания. А для того, чтобы удерживать перья хвоста, служащие в полете рулем, конец позвоночника преобразовался в короткую и широкую кость — пигостиль. Но главное, что помогает птицам летать — это, конечно, оперение. В стремительном полете управляемость птицам помогают обеспечивать вполне конкретные перья: маховые и рулевые. Остальные создают обтекаемость тела пернатых в воздухе и при нырянии, служат теплозащитным покровом, а благодаря своим ярким цветам, помогают в общении между сородичами. И очень часто эта сказочная красота используется для привлечения представителей противоположного пола: избравший своей резиденцией тропические леса и джунгли вальяжный павлин распускает свой великолепный хвост, чтобы обратить на себя внимание партнерши (многие храмы в Индии, посвященные Кришне, также украшают образы павлинов).
Из-за крайне характерной структуры ясно, что оперение птиц — это видоизмененная в ходе эволюции чешуя рептилий, но результаты новейших исследований показывают и многое другое. Оперение и чешуя, как известно, образуются из клеток наружного слоя кожи — эпидермиса, как, впрочем, и все покровные образования у различных классов позвоночных. У рептилий чешуя состоит из α-кератина — белка с короткими пептидными цепями. Он образуется из выступающих участков одного наружного слоя эпидермиса. У птиц же при развитии пера бугорок эпидермиса формируется с двумя наружными слоями. Затем этот бугорок погружается внутрь кожи, образуя подобие мешочка — фолликул, из которого и вырастает перо. Причем материалом для пера служит β-кератин, состоящий из длинных пептидных цепей, а, значит, более эластичный и крепкий, способный поддерживать перьевые пластинки. Осталось добавить, что α-кератин у птиц также присутствует, из него формируются клюв, когти и чешуя на цевках; кроме того, перо птиц имеет трубчатое строение, а чешуя рептилий — сплошная. Как мы видим, перо — это эволюционная новация, и появилась она в «нужное время» и в «нужном месте».
Приобретя оперение, которое легко принимает различную форму и окраску, пернатые получили почти неограниченные возможности к различным видам полета, развитию сигнальных и опознавательных структур, освоению многих экологических ниш. Именно оперение помогло птицам достичь того огромного разнообразия, которое мы сейчас наблюдаем. Почти 10 тысяч видов — больше, чем все остальные наземные позвоночные. До недавних пор ранняя эволюция птиц являла собой едва ли не самую темную страницу летописи ископаемых существ. И хотя последние открытия многое прояснили, прочесть ее полностью не удается. Пробелов еще предостаточно, например, внезапно, как будто из ниоткуда, в конце мезозойской эры появляются древние гуси, гагары, альбатросы, бакланы и другие водные птицы… К слову сказать, пингвины, эти неуклюжие создания с маленькими крылышками, не что иное, как примитивные птицы, некогда освоившие полет. Их предками были килевые трубконосые — высокоразвитая группа пернатых наподобие буревестников. Пингвины появились около 40 миллионов лет назад в Антарктиде или на прилегавших к ней островах. Сразу несколько видов обитали на побережье океана и вели сугубо сухопутный образ жизни, крайне характерен и уход за слабым потомством. Отдельные ископаемые их виды настоящие гиганты — такие как антропорнисы, достигавшие высоты 180 см. У предков пингвинов не нашлось в замерзающей Антарктиде опасных врагов, поэтому они потеряли способность к полету, приспособились к холоду и стали отличными пловцами. Позже пингвины расселились по Южному полушарию, а вот в Северное так и не проникли.
С начала возникновения жизни на планете многие виды живых существ стремились освоить воздушную стихию. Были среди них и млекопитающие, и рептилии, и насекомые. Известен ряд ископаемых форм, которые так и не продвинулись дальше планирования. Неизменным остается только оно — манящее бескрайнее небо, а кому быть его властелином определяют экологическая система, время и климатические условия…
|
