Первые шаги: Как прямохождение сделало нас людьми: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Все птицы, от дроздов и орлов до страусов и пингвинов, являются двуногими. Когда у птиц развился бипедализм? И почему это произошло? Может быть, понимание бипедализма у птиц поможет нам разобраться с прямохождением у человека?

Один из методов, позволяющих ученым понять эволюционные истоки какого-либо признака у животных, состоит в том, чтобы изучить анатомию их близких родственников в поисках сходств и различий. Мы занимаемся этим постоянно, сравнивая себя со своими «кузенами» – человекообразными обезьянами. Кто же они, ближайшие ныне живущие родственники птиц? Ответ на этот вопрос очевиден, но все же может вас удивить.

Изучив анатомию и ДНК птиц, ученые пришли к выводу, что наши пернатые друзья стоят ближе всего к крокодилам{45} – настоящим крокодилам, аллигаторам и кайманам. ДНК и окаменелые остатки помогают не только обнаружить близких родственников среди животных, но и установить, когда у них был ближайший общий предок. Например, общий предок людей и шимпанзе жил всего каких-то 6 млн лет назад. Однако последний общий предок всех птиц и представителей отряда крокодилов обитал на земле гораздо раньше – более 250 млн лет назад.

Кирк Кэмерон, в юном возрасте прославившийся ролью в комедийном сериале 1980-х гг. «Проблемы роста» (Growing Pains), во время теледебатов, упомянув о генетической связи птиц и крокодилов, со словами: «Так вот она, цель поисков эволюционистов, – крокоутка?» – предъявил изображение существа с головой крокодила и телом утки, пытаясь доказать, что эволюция – это сплошной вымысел{46}.

Однако эволюция действует не так, как представляется Кэмерону. Последний общий предок любых двух животных это не гибрид двух ныне существующих форм вроде чудовищ из книги Герберта Уэллса «Остров доктора Моро». Обычно это более примитивная, общая форма, из которой развиваются современные специализированные животные, в процессе эволюции независимо друг от друга они меняются, приспосабливаясь к собственным условиям обитания.

Последним общим предком птиц и крокодилов была не крокоутка, а древняя группа животных – так называемые архозавры. Мы знаем это благодаря тому, что от них остались окаменелости. Остатки ранних архозавров можно обнаружить в горных породах возрастом от 245 млн до 270 млн лет, этот период в истории Земли называется триасом. Одни архозавры поедали растения, другие – мелких рептилий и примитивных протомлекопитающих, которые внешне выглядели как мохнатые ящерицы. Некоторые архозавры были крошечные, другие – огромные. Представители рода Postosuchus, которых обычному посетителю музея легко принять за миниатюрных тираннозавров, периодически бегали на двух ногах.

Архозавры не были динозаврами – пока еще не были. Около 245 млн лет назад по причинам, до сих пор неясным, эволюционная линия архозавров разделилась, и возникли две преобладающие линии. Из одной в конечном счете возникли современные крокодилы и аллигаторы. Из другой развились динозавры, а позже – птицы.

В основании обеих линий находились существа, передвигающиеся на двух ногах.

В 2015 г. Линдси Занно из Музея естественных наук штата Северная Каролина описала остатки крокодила триасового периода, обнаруженные в отложениях возрастом 230 млн лет чуть западнее города Роли (США). Она назвала его Carnufex carolinensis – «каролинский мясник»{47}. Он был трехметрового роста, имел полную пасть острых как бритвы зубов и иногда передвигался на двух задних ногах. Мы часто воспринимаем крокодилов как живых ископаемых, словно они совершенно не изменились со времен динозавров. Однако в отличие от массивных и довольно медлительных современных крокодилов их древнейшие предки имели легкое сложение{48} и были очень быстрыми животными, способными принимать вертикальное положение тела и даже – время от времени – перемещаться на двух ногах.

Палеонтологическая лаборатория Занно находится на втором этаже Центра изучения природы в городе Роли. Она создана в 2012 г., оснащена по последнему слову техники и призвана пробуждать у общественности интерес к научным исследованиям. За стеклянной панелью, полностью открытой для всеобщего обозрения, находятся не только окаменелости, но и палеонтологи, которые их изучают. В центре лаборатории красуется череп трицератопса (Triceratops), ожидающий, когда его извлекут из защитной гипсовой оболочки и почистят. Жужжат пневматические скрайберы, медленно удаляя древнюю породу, прилипшую к минерализованным костям давно вымерших животных.

«Я всегда хотела стать палеонтологом», – сказала мне Линдси Занно. Еще будучи ученицей начальной школы, она педантично расставляла на своем столе ластики в виде динозавров. Линдси питала страсть к науке, но не считала, что изучение динозавров в качестве профессии может оказаться для нее реалистичным выбором, поэтому поступила в муниципальный колледж, чтобы получить среднее медицинское образование.

Именно тогда она прочитала книгу «От Люси к языку» (From Lucy to Language) Дональда Джохансона, открывшего знаменитые окаменелые остатки древнего человека, известного под именем Люси. Занно снова увлеклась окаменелостями, но исследования в области палеоантропологии ее не вдохновили.

«В то время было ясно, что исследователей там больше, чем костей», – объяснила она.

Занно обратилась к палеонтологии позвоночных – миру динозавров и их родственников – и никогда об этом не пожалела.

Исследовательница извлекла из ящика окаменелые остатки Carnufex и осторожно поместила их на защитный мат. Окаменелости возрастом 230 млн лет имели светло-оранжевый цвет. Фрагменты черепа были тонкими и хрупкими на вид. Занно разложила их в определенном порядке, и передо мной возникла голова размером с голову взрослого аллигатора. Затем она вынула плечевую кость, найденную рядом с черепом. Кость была крошечной. Эти маленькие передние конечности навели Занно на мысль, что Carnufex время от времени вставал на задние ноги, имея возможность перемещаться как на четырех, так и на двух конечностях. Однако, как отметила Занно, ни одной кости задней ноги пока не было найдено. Один из способов работы в условиях отсутствия информации – сравнить Carnufex с другими крокодилоподобными архозаврами, жившими примерно в то же время. Древние родственники крокодилов, относящиеся к родам Poposaurus, Shuvosaurus и Effigia, были обнаружены в Техасе и Нью-Мексико. Эти древние животные также имели массивные головы и маленькие передние конечности. Самый полный окаменелый скелет этих рептилий позволяет предположить, что у них были длинные мощные задние ноги. Судя по шарнирному строению сохранившихся голеностопных суставов{49} и крупным пяткам, все они перемещались на двух конечностях.

«Каролинский мясник» был обнаружен в каменоломне чуть южнее города Монкур в округе Чатем (штат Северная Каролина). Аргиллит, подвергшийся воздействию атмосферного кислорода в высокой концентрации во время триасового периода, окрасил породу в красный и оранжевый цвета. Сегодня камни извлекают из земли и режут на блоки, разрушая все окаменелости, сохранявшиеся в глинистых осадочных породах. Эти окаменелости выдержали все, чему подвергала их Земля в течение 230 млн лет, – до сегодняшнего дня. Иногда работники каменоломни оставляют ученым лишь считаные дни на их изучение, прежде чем измельчить кости тяжелой техникой. Таким образом, для палеонтологов это настоящая спасательная операция.

Солнечным мартовским днем, миновав мост через реку Дип-Ривер, по старому шоссе № 1 я въехал в округ Чатем. На протяжении около 10 км пути мне попались шесть церквей, четыре из них баптистские. Цвели нарциссы, вдоль улиц с маленькими частными домиками стояли цветущие кизиловые деревья, цветок которых является символом штата. Многие дома тут выстроены из триасового аргиллита. Некоторые из этих каменных блоков, без сомнения, содержат окаменелости.

Однако 230 млн лет назад, когда здесь разгуливал чудовищный крокодил, ландшафт выглядел совершенно иначе. Кизила тогда не существовало: цветковые растения еще не появились, в том числе и травы, растущие сейчас вдоль дороги. В растительном мире господствовали папоротники и мхи. С древними предками болотной сосны соседствовали родственники современных крохотных плаунов – 15-метровые гиганты с мощным стволом. Ни мусора на обочинах. Ни машин. Ни людей. И негде помолиться, если наткнешься на «каролинского мясника».

Двуногий крокодил мог бы преуспеть в эволюционном смысле, но в конечном итоге представители этой группы предпочли вовсе не прямохождение в качестве способа локомоции. Эти рептилии в процессе эволюции постепенно перешли к передвижению на четырех конечностях. Возможно, время от времени «каролинский мясник» вставал на задние ноги и ходил так, когда этого требовала ситуация, но проверку временем прошли его родственники-крокодилы, использующие при ходьбе все четыре ноги, – возможно, потому, что они были лучше приспособлены к засадной охоте в мелких водоемах.

Попытка перейти на прямохождение снова потерпела неудачу.

Если проследить другой путь эволюции архозавров после их разделения на две линии, мы в конце концов придем к современным птицам. У истоков этой линии находились древнейшие динозавроподобные архозавры и первые настоящие динозавры. Эти динозавры не ковыляли на четырех конечностях, как стегозавры (Stegosaurus). Они стояли на задних ногах и бегали так же, как другой более поздний представитель этой группы – велоцираптор (Velociraptor). И те и другие были двуногими.

Как и у крокодилов, бипедализм не стал успешным способом локомоции для многих родов динозавров, и в процессе эволюции они снова и снова возвращались к передвижению на четырех конечностях. Вспомните, например, длинношеего бронтозавра (Brontosaurus) и рогатого трицератопса. Однако представители одной линии динозавров успешно бегали на двух ногах. В юрском периоде по суше бродил устрашающий аллозавр (Allosaur), тираннозавр господствовал в меловом периоде. Оба являлись двуногими машинами для убийства.

Линдси Занно ищет не только ископаемые остатки древних крокодилов. Летом она копается в осадочных породах мелового периода по всему американскому Западу в поисках предков тираннозавра и его двуногих родственников теризинозавров. Прямохождение освободило передние ноги динозавров от необходимости участвовать в передвижении, и, после того как это произошло, возникли удивительные вариации этих конечностей.

На двери в комнате моего сына, большого любителя динозавров, есть наклейка с изображением тираннозавра. Подпись на ней гласит: «Если ты счастлив и знаешь это, хлопни в ладоши… Ой!» Маленькие передние лапки тираннозавра стали поводом для множества шуток, и ученые до сих пор спорят, выполняли ли они какие-либо функции{50}. Однако ручки тираннозавра могут показаться ручищами Арнольда Шварценеггера по сравнению с лапками бедняги карнотавра (Carnotaurus), который выглядит так, словно некто, играя в динозаврового «Мистера Картофельная голова», насадил голову тираннозавра на пару предназначенных для прямохождения задних ног, добавил рога, а о передних конечностях начисто забыл. Возникает впечатление, что атрофия была единственным вариантом, припасенным эволюцией для передних конечностей двуногих динозавров.

Показывая на экран компьютера, Занно сказала: «Взгляните, сколько всего удивительного может произойти с передними лапами прямоходящих динозавров». Она продемонстрировала мне реконструкцию альваресзавра (Alvarezsaurus), специализированного пожирателя насекомых и термитов, у которого кости кисти срослись, образовав пару больших когтей, которыми было удобно раскапывать, например, термитники. У двуногого динозавра дейнохейра (Deinocherius) сформировались огромные, почти трехметровые, передние конечности, оснащенные тремя длинными когтями. Несмотря на устрашающие «руки», давшие этому виду название, означающее на греческом языке «ужаснорукий», это существо было, скорее всего, насекомоядным. Предположительно, с помощью когтей оно подтягивало ветви деревьев к своему беззубому клюву. Занно показала мне и теризинозавра (Therizinosaurus), который, подобно дейнохейру, имел крупные передние конечности, но с длинными уплощенными когтями. У него был также огромный живот, и, возможно, во время кормления он просто сидел. «Более нелепого двуногого существа я еще не видела», – сказала она.

Возможно, у теризинозавра было то, что отличало и многих других двуногих тероподов, таких как велоцираптор и овираптор (Oviraptor), – перья. Освободившиеся от участия в передвижении передние конечности могли быть использованы для решения самых разных задач. С их помощью можно было собирать пищу. Можно было превратить их в украшение для привлечения брачного партнера. Овираптор, вероятно, прикрывал оперенными передними конечностями кладку яиц в гнезде. Другим динозаврам перья могли помогать сохранять тепло тела. Со временем перья стали использоваться для парения, а затем и для активного полета. Около 66 млн лет назад большинство динозавров вымерло, но некоторые оперенные двуногие выжили.

Динозавры помогают нам понять по крайней мере один факт о нас самих: прямохождение освобождает руки от необходимости поддерживать вес тела – и, когда это происходит, могут развиться всевозможные инновации. Разумеется, у птиц передние конечности по-прежнему служат главным образом для передвижения, а именно – для полета. Однако некоторые птицы, например эму, страусы, реи и казуары, не используют их с этой целью. Все нелетающие птицы пользуются для передвижения ногами. Как и люди, они ходят и бегают по земле на двух ногах. Правда, в отличие от людей, бегают они очень быстро.

Страусы способны бежать со скоростью свыше 64 км/ч, тогда как быстрейшим людям удается развить скорость в лучшем случае вполовину меньше. В стопе и голени этих крупных птиц нет мышц, только длинные сухожилия, которые растягиваются, запасая упругую энергию, и сжимаются, толкая птицу вперед. Мышцы у них располагаются высоко в бедрах, отчего нога напоминает метроном, масса которого находится далеко от раскачивающегося кончика. Такое анатомическое строение позволяет этим птицам передвигать ноги с невероятной скоростью. У людей сухожилия стоп и ног длиннее, чем у человекообразных обезьян, но, по сравнению с эму и страусами, наши ноги гораздо более мускулистые. Поэтому мы не можем так же быстро их переставлять.

Стопы человека и страуса имеют еще одно важное различие. У человека пятка касается земли, мы отталкиваемся ею. Крупные нелетающие птицы ходят на цыпочках с поднятой пяткой. Это превращает стопу птицы в пружину. Некоторым людям кажется, что колени птиц гнутся в другую сторону. Это не так: сустав, располагающийся примерно там, где у человека находится колено, это высоко поднятый голеностопный сустав птиц, и сгибается он в ту же сторону, что и у нас.

Почему у птиц и людей настолько различающаяся анатомия, если и те и другие перемещаются на двух задних конечностях? Потому что эволюция способна работать только с уже сформировавшимися ранее структурами. Мы не созданы с чистого листа. Мы модифицированные человекообразные обезьяны, и, по сравнению с птицами, являемся двуногими лишь очень короткий период времени.