Новая история происхождения жизни на Земле - Киршвинк Джозеф (читать хорошую книгу txt) 📗
Синапсиды, как уже упоминалось, достигли большого разнообразия в период высокого содержания кислорода в атмосфере и в момент кислородного пика были самой разнообразной группой сухопутных позвоночных. В позднем карбоне пеликозавры, вероятно, выглядели как большие ящерицы или даже современные игуаны, лапы располагались по бокам тела, и образ передвижения и жизнедеятельности у них был соответствующий. К концу позднего карбона они достигли размеров варанов Комодо и, возможно, были грозными хищниками. Около 300 млн лет назад, в начале пермского периода, они составляли по крайней мере 70 % всей сухопутной фауны позвоночных. Столь же разнообразными были их пищевые предпочтения: установлено наличие трех основных групп — питавшихся рыбой, мясоедов и травоядных (первые крупные травоядные).
И хищники, и их жертвы могли достигать 4,5 м в длину, а у некоторых, например, диметродона, на спине имелся большой парусообразный гребень, который придавал им еще более внушительный вид. Кроме того, они, изменив положение конечностей, частично или даже полностью решили общую для рептилий проблему невозможности одновременно дышать и передвигаться. Синапсиды развили способность перемещать лапы под туловищем, а не по бокам, как ящерицы. Это привело к формированию более поднятого над поверхностью положения тела и значительно снизило степень компрессии легких, которая наблюдается у ящериц и саламандр. Хотя у синапсид и наблюдается частичное положение конечностей по сторонам туловища, оно уже заметно меньше, чем у первых четвероногих. В эволюции терапсид в среднем пермском периоде можно проследить все более приподнятое положение тела.
«Парус» на спине как у плотоядных, так и у травоядных является ключом к пониманию обменных процессов в организмах пеликозавров. Это было приспособление, которое позволяло животному быстро прогреваться по утрам. Подставляя свой гребень солнечным лучам, и хищники, и потенциальные жертвы могли быстро согреться, чтобы хорошо двигаться. Животное, которое быстрее согревалось, становилось победителем в борьбе за выживание — работал естественный отбор. Но еще более важно учитывать то, что в период высокого уровня кислорода предки млекопитающих еще не были теплокровными. Когда же те возникли впервые теплокровность? Должно быть, у потомков пеликозавров — терапсид. Времена высокого уровня кислорода были также периодом относительно низких температур, большого оледенения, и значительная часть полярных областей в обоих полушариях была покрыта льдом, как континентальным, так и морским.
Несмотря на то что наше понимание эволюции пеликозавров опирается на ископаемые Северной Америки, в более поздних породах этого региона можно обнаружить уже относительно мало ископаемых позвоночных. Развитие терапсид хорошо прослеживается в Западной Европе и России, но даже в этих регионах картина перехода позвоночных к формам терапсид недостаточно полна из-за небольшого количества пород, содержащих окаменелости. «Затишье» в ископаемых синапсид охватывает период 285–270 млн лет назад. Историю развития этой группы описывают исходя в основном из данных, полученных в России в области Уральских гор и в Южной Африке в области пустыни Карру. Отложения в Карру появляются с периода ледниковых отложений возрастом, возможно, 270 млн лет, а далее там находятся пласты, в которых окаменелости формировались непрерывно до самого юрского периода, что позволяет нам увидеть полную историю животных по этой линии развития.
Терапсиды распались на две группы: плотоядные формы (преимущественно) и травоядных животных. 260 млн лет назад оледенение из Южной Африки уже отступило, но, насколько мы можем судить, относительно высокие широты этой части Пангеи (около 60° южной широты) оставались прохладным регионом. Уровень кислорода был по-прежнему высок, точно выше современного, но постепенно положение менялось.
С течением пермского периода содержание кислорода в атмосфере уменьшалось. Появились две большие группы животных, причем в обеих существовали как хищники, так и травоядные. Вероятно, в период 270–260 млн лет назад основными сухопутными обитателями были дейноцефалы. Эти мощные животные достигали очень больших размеров, не таких, как динозавры, но крупнее любого современного млекопитающего, кроме, возможно, слона, а некоторые из самых крупных диноцефалов весили столько же, сколько слон. Например, представители широко известного рода мосхопс из Южной Африки имели высоту 5 м, огромную голову, их передние лапы были длиннее задних. И охотились на них хищники примерно такого же размера.
Диноцефалы и их хищные формы исчезли во время большого массового вымирания около 260 млн лет назад по неизвестным причинам. Существует очень мало данных о диноцефалах и их непосредственных потомках дицинодонтах и, соответственно, их хищных формах. Пока при раскопках в России и Южной Африке не будут получены новые сведения об этих животных, неопределенность в отношении их эволюции сохранится. Печально, но ископаемых, относящихся к тем временам, очень мало, и еще меньше — палеонтологических исследований в этой области, так что мы не знаем о развитии многих поколений животных и лишь надеемся, что будущие поколения исследователей продолжат искать и делать открытия.
Дицинодонты являлись самыми распространенными травоядными в период 260–250 млн лет назад. Во время пермского вымирания, которое будет описано в следующей главе, они почти полностью исчезли с лица земли. Хищники, охотившиеся на дицинодонтов, подразделяются на три группы: горгонопсы, которые вымерли в конце перми, немного более разнообразные в видовом отношении тероцефалы и цинодонты, от которых в триасовом периоде произошли млекопитающие.
Влияние уровней кислорода на размеры животных
Увеличение доли кислорода в атмосфере до рекордных показателей, превышающих 30 %, сопровождалось эволюцией насекомых, также достигших небывалых размеров. Гигантские стрекозы каменноугольного периода и следующего за ним пермского были самыми большими насекомыми за всю историю развития жизни на Земле. Многие специалисты признают, что причиной гигантизма насекомых могли послужить высокие уровни кислорода, хотя, возможно, это просто совпадение. Однако, действительно, дыхательная система насекомых предполагает проникновение кислорода по трубкам-трахеям, а во времена высоких уровней кислорода этот газ мог легче и быстрее проникать во все части крупных организмов. Итак, если насекомые могли вырасти вместе с ростом уровней кислорода, то как же позвоночные? Новые исследования показывают, что и для позвоночных это правило могло оказаться верным.
Палеонтолог Майкл Лорин в 2006 году измерил длину ископаемых черепов и тел различных рептилий, расположив данные в последовательности от карбона до конца перми, то есть охватив период 320–250 млн лет. Оба показателя демонстрируют определенную синхронность с изменениями уровня кислорода. С возрастанием уровня атмосферного кислорода в позднем карбоне происходило и увеличение размеров рептилий, а когда содержание кислорода в атмосфере начало снижаться (с середины пермского периода), размеры животных также начали уменьшаться. В главе, посвященной кайнозойским млекопитающим, мы отдельно остановимся на исследовании Пола Фальковски и его коллег, доказывающем зависимость размеров животных от уровней кислорода и в более поздние периоды.
Та же тенденция изменений размеров звероподобных рептилий в зависимости от колебаний уровней кислорода наблюдается и к концу пермского периода. Крупнейшие терапсиды всех времен — диноцефалы середины перми — пережили свой расцвет именно на кислородном пике. С падением уровней кислорода последующие разнообразные группы терапсид, в том числе дицинодонты, теряют в размерах, что можно заметить по уменьшению размеров черепов того периода.
В позднем пермском периоде продолжали существовать некоторые крупные формы, например, род «дицинодон» и даже плотоядные горгонопсы, но многие из них уже были заметно меньшего размера. Таксономические группы позднего пермского периода — кистецефалы, дииктодоны и некоторые другие — были очень малы. В одном из исследований 2007 года показано, что род листрозавров в раннем триасе был значительно меньше, чем в позднем пермском периоде. Такие же примеры демонстрируют различные цинодонты позднего пермского периода и раннего триаса, когда содержание кислорода в атмосфере стремительно уменьшалось.
