Время динозавров

Мы знаем эту историю по окаменелостям – тысячам скелетов, зубов, следов и яиц, которые по всему миру собирают поколения палеонтологов. Мы одержимы поисками окаменелостей и знамениты своей готовностью отправиться безумно далеко, чтобы найти что-то новое. Будь то известняковый карьер в Польше, откос на заднем дворе супермаркета Walmart, куча камней на стройке или обрывистые склоны свежевырытой свалки – если там есть окаменелости, то найдется хотя бы один безрассудный (или одержимый) палеонтолог, который отправится туда несмотря на жару, мороз, дождь, снег, сырость, пыль, ветер, насекомых, зловоние или военные действия.

Вот почему я оказался в Польше. Впервые я приехал туда летом 2008 г., в 24 года, перед поступлением в аспирантуру. Я приехал изучать любопытные новые окаменелости рептилий, которые за несколько лет до того обнаружили в Силезии, кусочке Юго-Западной Польши, за который долгие годы сражались поляки, немцы и чехи. Окаменелости хранились в музее в Варшаве, сокровищнице польского государства. Я помню шум Центрального вокзала столицы, когда подъезжал к нему на опоздавшем поезде из Берлина, ночные тени, скрывавшие ужасающую сталинскую архитектуру города, восстановленного из руин после войны. Сойдя с поезда, я стал изучать толпу. У кого-то должна быть табличка с моим именем. Я договорился о визите через серию официальных электронных писем с очень высокопоставленным польским профессором, который отправил одного из аспирантов встретить меня на вокзале и отвести в небольшую комнату для гостей прямо в Польском институте палеобиологии, всего на несколько этажей выше хранилища с окаменелостями. Я понятия не имел, кого ищу, а так как поезд опоздал на час, я решил, что студент улизнул обратно в лабораторию, предоставив мне самому искать дорогу в чужом городе в потемках лишь с несколькими польскими словами из разговорника.

Но только я запаниковал, как увидел трепещущий на ветру лист бумаги, на котором было торопливо нацарапано мое имя. Лист был в руках у молодого парня с коротко, по-военному, подстриженными волосами, которые начинали редеть, прямо как у меня. Глаза у него были темные, он щурился. Лицо заросло легкой щетиной, и он казался чуть более загорелым, чем большинство знакомых мне поляков. Почти смуглым. В нем было что-то смутно зловещее, но все тотчас же изменилось, стоило ему увидеть меня. Он широко улыбнулся, схватил мою сумку и крепко пожал руку. «Добро пожаловать в Польшу. Меня зовут Гжегож. Как насчет ужина?»

Мы оба устали, я после долгого путешествия в поезде, Гжегож после целого дня, занятого описыванием ископаемых костей, которые он и его команда студентов-помощников нашли на юго-востоке Польше за несколько недель до того (отсюда и его полевой загар). Но вечер кончился тем, что мы опрокинули по несколько кружек пива и несколько часов проговорили об окаменелостях. Его живой энтузиазм относительно динозавров был такой же, как и у меня, он был полон иконоборческих идей о событиях после пермо-триасового вымирания.

Мы с Гжегожем быстро подружились. До конца недели изучали польские ископаемые вместе, а в четыре последующих лета я приезжал в Польшу, чтобы заниматься полевыми работами с Гжегожем, часто вместе с третьим «мушкетером» в нашей команде, молодым британским палеонтологом Ричардом Батлером. За это время мы нашли много окаменелостей и придумали несколько новых гипотез о том, как появились динозавры в те лихие дни после пермского вымирания. За эти годы Гжегож на моих глазах из нетерпеливого, но несколько робкого аспиранта превратился в одного из ведущих палеонтологов Польши. Незадолго до своего 30-летия он нашел на другом конце карьера Захелмье цепочку следов, оставленную одним из первых рыбообразных существ, которые вышли из воды на землю около 390 млн лет назад. Фотография следов была опубликована на обложке Nature, одного из ведущих мировых научных журналов. Его пригласили на специальную аудиенцию с премьер-министром Польши, он выступил на конференции TED. Именно его суровое лицо – не его ископаемые открытия, а он сам – украсило обложку польской версии National Geographic.

Он стал чем-то вроде научной знаменитости, но больше всего на свете Гжегож любит природу и поиски окаменелостей. Он называет себя «полевым животным» и говорит, что гораздо больше любит спать в палатке и продираться через заросли, чем вращаться в высшем свете Варшавы. Ничего не попишешь. Он рос в окрестностях Кельце, областного центра в районе Свентокшиских гор, и собирал окаменелости с детства. Особенно хорошо он замечал ту разновидность окаменелостей, которую многие палеонтологи игнорируют: следы. Отпечатки лап и хвоста, которые динозавры и другие животные оставляли, когда шли по грязи или песку, занимаясь обычными каждодневными делами: охотой, поисками укрытия, спариванием, общением, едой и отдыхом. Он был в восторге от следов. У животного есть только один скелет, часто напоминал он мне, но оно может оставить миллионы следов. Как матерый разведчик, он знал все лучшие места со следами. В конце концов, это были его родные пенаты. Повезло же ему с родиной, ведь оказалось, что кишащие жизнью сезонные озера, которые покрывали эту территорию во время перми и триаса, были идеальной средой для сохранения следов.

Четыре лета мы потакали страсти Гжегожа к следам. Мы с Ричардом плелись за ним, когда он вел нас к своим тайным угодьям, которые в основном были заброшенными карьерами, камнями посреди ручьев и кучами мусора по обочинам новых дорог, куда рабочие отбрасывали куски камня, оставшиеся после укладки асфальта. Следов мы нашли много. Вернее, Гжегож. Мы с Ричардом научились узнавать мелкие отпечатки лап, оставленные ящерицами, земноводными, ранними динозаврами и родственниками крокодилов, но нам никогда не сравниться с мастером.

Тысячи дорожек следов, которые Гжегож нашел за два десятилетия, плюс горстка новых, которые нашли мы с Ричардом, рассказали интересную историю. Там было множество разновидностей следов, оставленных множеством разных существ. Они произошли не одномоментно, а из промежутка в десятки миллионов лет: начинались с перми, продолжались все великое вымирание в триасе и даже достигали следующего, юрского периода, который начался около 200 млн лет назад. Когда сезонные озера высыхали, на их месте оставались огромные грязевые равнины, на которых животные оставляли следы. Затем реки наносили новые осадки, они покрывали грязевые равнины, и те превращались в камень. Этот цикл повторялся год за годом, так что в Свентокшиских горах следы теперь лежат друг на друге, слоями. Для палеонтологов это золотая жила: возможность увидеть, как животные и экосистемы изменяются со временем, особенно после пермского вымирания.

Определить, какая группа животных оставила данный конкретный след, относительно просто. Вы сравниваете форму следа с формой передних и задних лап. Сколько пальцев? Какие из них самые длинные? В какую сторону смотрят? Отпечаток оставляют только пальцы или ладонь передней лапы и свод стопы? Следы левых и правых конечностей расположены рядом – так происходит, когда животное держит лапы прямо под телом, – или они далеко друг от друга, как если бы существо расставляло лапы в стороны? Пройдя по этому списку вопросов, обычно можно определить, какая группа животных оставила следы. Выяснить, какой именно вид животных оставил следы, практически невозможно, но отличить следы рептилий от земноводных или динозавров от крокодилов довольно просто.

Следы из пермских отложений в Свентокшиских горах многообразны, и большинство из них оставлены земноводными, небольшими рептилиями и ранними синапсидами, предками млекопитающих, которых часто неправильно (что раздражает) называют зверообразными рептилиями (хотя они на самом деле не рептилии) в детских книгах и музейных экспозициях. Горгонопсы и дицинодонты – два типа этих примитивных синапсид. Последние пермские экосистемы явно были сильными. Там было множество разновидностей животных, одни мелкие, другие более 3 м в длину и весом более 1 т, все они жили вместе и процветали в засушливом климате у сезонных озер. Но в пермских отложениях нет следов динозавров и крокодилов или их предшественников.

На рубеже перми и триаса все меняется. Искать следы через слои с вымиранием – это как читать книгу для посвященных, в которой после главы, написанной на английском, идет глава на санскрите. Самый конец перми и самое начало триаса – как два разных мира, причем интересно, что все следы сохранились в одном и том же месте, в той же самой окружающей среде и климате. Когда на смену перми пришел триас, Южная Польша не перестала быть засушливой местностью, чьи пересыхающие озера питаются горными ручьями. Изменились сами животные.

При взгляде на раннетриасовые следы у меня по спине бегут мурашки. Я чувствую отдаленное дыхание смерти. Здесь почти нет следов, лишь несколько небольших отпечатков там и тут, зато много нор, идущих вглубь скалы. Кажется, мир на поверхности был уничтожен и существа, жившие на этой мертвой земле, были вынуждены спрятаться под землю. Почти все следы принадлежат мелким ящерицам и родственникам млекопитающих размером немногим больше сурка. А многие из разнообразных пермских следов исчезли насовсем, особенно следы крупных синапсид – предков млекопитающих.

Если проследить за цепочками следов во времени, все постепенно налаживается. Появляется больше видов следов, некоторые из них увеличиваются в размерах, норы встречаются реже. Мир явно оправляется от извержений вулканов конца пермского периода. Затем, около 250 млн лет назад, всего через пару миллионов лет после вымирания, появляется новый тип следов. Они маленькие, как кошачья лапка, всего несколько сантиметров в длину. Это узкие цепочки, пятипалые отпечатки передних лап располагаются перед чуть более крупными отпечатками задних, на которых было по три длинных центральных пальца и по два крошечных пальчика с боков. Лучшее место для их поиска – крошечная польская деревня Стрычовице, где можно припарковать машину на мостике, продраться сквозь шипы и ежевику и начать копать вдоль берегов узкого ручья, усеянного скальными плитами, на которых видны следы. Гжегож нашел это место еще в молодости и с гордостью отвел меня туда жутким июльским днем, когда нас мучили сразу и сырость, и комары, и дождь с грозой. Через несколько минут ходьбы сквозь кусты мы были мокрые насквозь, а мой полевой блокнот покоробился и чернила потекли со страниц.

Обладатель найденных здесь следов – праотец динозавров – по-научному называется проротодактиль (Prorotodactylus). Гжегож не был уверен, что это он. Эти следы явно отличались от других, найденных рядом, и всех следов из перми. Но какое животное их оставило? У Гжегожа было предчувствие, что они могут иметь какое-то отношение к динозаврам, потому что пожилой палеонтолог по имени Хартмут Хаубольд сообщал о подобных следах из Германии в 1960-х гг. и приписывал их ранним динозаврам или их близким родственникам. Но Гжегожа эта гипотеза не убеждала. В начале карьеры он по большей части изучал следы, а не реальные скелеты динозавров, так что ему было трудно соотнести следы с животными, которые их могли оставить. Тут и пригодился я. Для своей магистерской диссертации я построил родословную триасовых рептилий, показывающую, как первые динозавры были связаны с другими животными того времени. Я провел месяцы в музейных коллекциях, изучая ископаемые кости, и потому хорошо знал анатомию первых динозавров. Как и Ричард, который написал кандидатскую по их эволюции. Мы собрались втроем, чтобы выяснить, кто же оставил следы проротодактиля, и действительно пришли к выводу, что это было животное, очень похожее на динозавров. Мы опубликовали нашу гипотезу в научной статье в 2010 г.

Суть, конечно, кроется в деталях. Когда я смотрю на цепочки следов проротодактиля, мне первым делом бросается в глаза, что они очень узкие. Между отпечатками левых и правых лап совсем мало места, всего несколько сантиметров. Животное оставляет такие следы только в одном случае: если ходит вертикально, держа передние и задние лапы прямо под телом. Мы ходим вертикально, поэтому, когда оставляем следы на пляже, отпечатки от левой и правой ноги очень близки друг к другу. То же самое с лошадьми – взгляните на подковообразные следы, оставленные скачущей лошадью, в следующий раз, когда будете на ферме (или если поставите несколько долларов на скачках), и вы поймете, что я имею в виду. Но этот стиль ходьбы на самом деле довольно редко встречается в животном царстве. Саламандры, лягушки и ящерицы передвигаются по-другому. Их конечности расставлены в стороны. Они разводят ноги широко. Значит, их цепочки следов намного шире, отпечатки левых и правых лап разнесены друг от друга.

В пермском мире преобладали животные, расставлявшие лапы широко. Однако после вымирания из этих животных появилась новая группа рептилий с вертикальной постановкой конечностей – архозавры. Это было знаковое эволюционное событие. Широко расставлять ноги – прекрасно и замечательно, если вы холоднокровное и вам не нужно быстро двигаться. А вот расположение конечностей под туловищем открывает вам целый мир возможностей. Вы можете бегать быстрее и дальше, легче ловить добычу и делать все это эффективнее, тратя меньше энергии, так как ваши колонны-конечности перемещаются вперед-назад в упорядоченном ритме, а не болтаются, как раньше[2].

Возможно, мы никогда не узнаем, почему животные, которые раньше расставляли ноги в стороны, поставили их вертикально, но это, вероятно, было следствием пермского вымирания. Нетрудно представить, что такая способность дала архозаврам преимущество в хаосе после вымирания, когда экосистемы изо всех сил пытались оправиться от вулканического загрязнения, было невыносимо жарко, а пустующие экологические ниши только и ждали, пока их займет кто-нибудь, способный выжить в этой преисподней. Ставить ноги вертикально – один из способов, который позволил животным восстановить, а то и укрепить позиции после вулканических извержений.

Эти новые архозавры с конечностями, подведенными под туловище, не только выжили, но стали процветать. Начали они довольно скромно в разрушенном мире раннего триаса, но постепенно эволюционировали в ошеломляющее разнообразие видов. Очень рано они разделились на две основные линии, которые будут сражаться друг с другом в эволюционной «гонке вооружений» до конца триасового периода. Что примечательно, обе эти линии существуют и сегодня. Первая – псевдозухии, от которых позднее произошли крокодилы. Псевдозухий обычно называют крокодилоподобными архозаврами. Вторая, авеметатарзалии, породила птерозавров (летающих рептилий, которых часто называют птеродактилями), динозавров и, наконец, птиц, которые, как мы увидим, произошли от динозавров. Эта группа называется птицеподобными архозаврами. Следы проротодактиля из Стрычовице – одно из первых появлений архозавров в палеонтологической летописи, следы прапрапрабабушки всего этого зверинца.

К какой именно группе архозавров относился проротодактиль? Ответ дают характерные признаки следов. Отпечаток оставляют только пальцы, а не плюсневые кости, образующие свод стопы. Три центральных пальца сгруппированы очень близко друг к другу, два других редуцированы до едва заметных обрубков, а задний конец спрямленный и острый. Все это может показаться мелочами, и во многом так оно и есть. Но как врач может диагностировать болезнь по симптомам, так и я могу распознать по этим признакам динозавров и их ближайших родственников. Вот уникальные признаки строения скелета стопы динозавра: «пальцехождение», при котором с землей соприкасаются только пальцы; очень узкая стопа, в которой соединены плюсневые кости и пальцы; до нелепости атрофированные наружные пальцы; шарнирный сустав между пальцами ног и плюсневыми костями, который характеризует лодыжку динозавров и птиц, способную двигаться только взад-вперед, безо всякой возможности скручивания.

Следы проротодактиля были оставлены птицеподобным архозавром, близким родственником динозавров. Говоря по-научному, это делает проротодактиля динозавроморфом. К ним относятся сами динозавры и горстка их ближайших родственников – те несколько веточек на древе жизни чуть ниже динозавров. После появления вертикально ходящих архозавров происхождение динозавроморфов стало следующим крупным эволюционным событием. Они не только гордо стояли на прямых конечностях, у них также были длинные хвосты и сильные мышцы ног, что позволяло им двигаться быстрее и эффективнее других архозавров.

Будучи одним из первых динозавроморфов, проротодактиль – это что-то вроде динозавровой версии Люси, знаменитой окаменелости из Африки, которая принадлежит человекоподобному существу, но не совсем Homo sapiens. Точно так же как Люси похожа на нас, проротодактиль выглядел и вел себя как динозавр, но все договорились не считать его настоящим динозавром. Просто ученые давно придумали следующее определение динозавров: это группа, включающая растительноядного игуанодона, хищного мегалозавра (двух из трех первых динозавров, найденных учеными в 1820-х гг.) и всех потомков их общего предка. Поскольку проротодактиль появился не от этого общего предка, а несколько раньше, то по определению он не настоящий динозавр. Но это просто слова.

В случае проротодактиля мы видим следы, оставшиеся от животного, которое эволюционировало в динозавров. Оно было размером с домашнего кота и весило в лучшем случае 4–5 кг. Ходило на четырех конечностях, оставляя отпечатки и передних, и задних лап. Сами конечности, должно быть, были довольно длинными, судя по большим промежуткам между последовательными отпечатками одних и тех же передних и задних ног. Задние ноги, должно быть, были особенно длинными и тонкими, потому что их следы часто располагаются перед отпечатками передних лап, то есть задние лапы переступали передние. Передние лапы были маленькими и подходили для хватания, а длинные компактные ступни были идеальны для бега. Проротодактиль был долговязым на вид животным, быстрым, как гепард, но с нескладными пропорциями ленивца. Не таким ожидаешь увидеть предка тираннозавра и бронтозавра. И он был не очень-то распространен: менее 5 % всех следов в Стрычовице принадлежат проротодактилю, а значит, эти протодинозавры поначалу не были особенно многочисленными или успешными. Напротив, их намного превосходили числом мелкие рептилии, земноводные и даже другие примитивные архозавры.

Эти редкие, странные, не-совсем-настоящие-динозавры продолжали развиваться по мере того, как мир приходил в себя в раннем и среднем триасе. Так говорят польские окаменелости, идущие по порядку, как страницы романа. В таких местах, как Вюры, Паленги и Баранув, находят массу следов динозавроморфов – ротодактиля, сфингопа, парахиротерия, атрейпа, которых со временем становится все больше. Появляется все больше видов следов; они становятся крупнее и разнообразнее, у некоторых даже исчезают наружные пальцы ног. У других исчезают отпечатки передних лап – эти динозавроморфы ходили только на задних. Уже 246 млн лет назад динозавроморфы размером с волков носились на двух ногах и хватали добычу когтистыми передними лапами, действуя как уменьшенная версия тираннозавра. Они жили не только в Польше; их следы также находят во Франции, Германии и на юго-западе США, а кости обнаружены в Восточной Африке, Аргентине и Бразилии. Большинство из них ели мясо, но некоторые стали вегетарианцами. Они стремительно двигались и росли, имели быстрый метаболизм и были активными, подвижными животными по сравнению с сонными амфибиями и рептилиями вокруг.

Однажды кто-то из этих примитивных динозавроморфов превратился в настоящего динозавра. Это изменение было радикальным только по названию. Граница между нединозаврами и динозаврами – нечеткая и искусственная, это просто результат договоренности ученых. Так же как ничего принципиально не меняется, когда вы проезжаете границу между Иллинойсом и Индианой, не было никакого эволюционного скачка: просто один динозавроморф размером с собаку превратился в другого динозавроморфа размером с собаку и оказался как раз над разделительной линией на генеалогическом древе, которая обозначает динозавров. Этот переход включал в себя появление лишь нескольких новых признаков в строении скелета: длинный рубец на костях передней конечности, к которому крепились мышцы, перемещающие кисти внутрь и наружу; выступы на шейных позвонках для крепления более сильных мышц и связок и открытый, окошкообразный тазобедренный сустав. Изменения незначительные, и, честно говоря, их точную причину мы не знаем, но зато мы знаем, что переход от динозавроморфов к динозаврам не был крупным эволюционным скачком. Гораздо важнее было появление самих динозавроморфов – подвижных, сильных и быстрорастущих.

Первые настоящие динозавры возникли от 230–240 млн лет назад. Точнее сказать сложно из-за двух проблем (моей головной боли), которые все еще ждут, пока их решат. Во-первых, самые первые динозавры настолько похожи на своих динозавроморфных кузенов, что трудно отличить даже их скелеты друг от друга, не говоря уже о следах. Например, загадочный ньясазавр, известный по фрагменту передней конечности и нескольким позвонкам, найденным в отложениях Танзании возрастом примерно 240 млн лет, может быть самым старым динозавром в мире. А может, это просто еще один динозавроморф не с той стороны генеалогического раздела. То же можно сказать и о некоторых польских отпечатках, особенно о крупных, оставленных животными, ходящими на задних лапах. Возможно, какие-то из них были оставлены самыми настоящими динозаврами. У нас просто нет хорошего способа разделить следы самых ранних динозавров и их ближайших нединозавровых родственников – настолько похоже строение их лап. Но возможно, это не так уж и важно, ведь происхождение настоящих динозавров гораздо менее значимо, чем появление динозавроморфов.

Во-вторых, другая, гораздо более вопиющая проблема: многие костеносные триасовые породы, особенно из раннего и среднего триаса, очень плохо датируются. Лучший способ определить возраст пород – это так называемое радиометрическое датирование, при котором мы сравниваем соотношение двух разных типов элементов в скале, например калия и аргона. Суть вот в чем. Когда жидкий камень охлаждается и затвердевает, образуются минералы. Они состоят из определенных элементов, в том числе калия. Один изотоп калия (калий-40) нестабилен, и в процессе так называемого радиоактивного распада он превращается в аргон-40 и испускает небольшое количество излучения, из-за которого потрескивает ваш счетчик Гейгера. Как только камень твердеет, неустойчивый калий внутри начинает превращаться в аргон. При этом накапливающийся аргон оказывается заперт внутри минерала, где можно измерить его количество. Из лабораторных опытов мы знаем скорость, с которой калий-40 превращается в аргон-40. Зная эту скорость, мы можем взять камень, измерить процентное соотношение двух изотопов и рассчитать, сколько камню лет.

Радиометрическое датирование произвело революцию в геологии в середине XX в. У истоков этого метода стоял англичанин по имени Артур Холмс, который когда-то занимал кабинет через несколько дверей от моего в Эдинбургском университете. Сегодняшние лаборатории, например New Mexico Tech и Центр исследований окружающей среды шотландского Университета в Глазго, – это высокотехнологичные ультрасовременные объекты, где ученые в белых халатах работают с приборами стоимостью во много миллионов долларов и размером больше моей старой квартирки на Манхэттене, чтобы определить возраст микроскопических кристаллов породы. Метод настолько совершенный, что камни возрастом в сотни миллионов лет могут быть точно привязаны к небольшому промежутку времени всего в несколько десятков или сотен тысяч лет, а независимые лаборатории регулярно получают одни и те же результаты, даже когда вслепую тестируют образцы из одних и тех же пород. Хорошие ученые так проверяют свою работу, чтобы убедиться в работоспособности методики, и многочисленные проверки показали надежность радиометрического датирования.

Но есть одно принципиальное ограничение: радиометрическое датирование работает только с породами, которые были жидкими, а потом остыли (например, с базальтами или гранитами, которые получаются из затвердевшей лавы). Породы, в которых содержатся окаменелости динозавров, например аргиллиты и песчаники, образуются не так. Они получаются, когда ветер и вода приносят осадки. Установить возраст этих типов отложений гораздо сложнее. Иногда палеонтологу везет, и он находит кость динозавра, зажатую между двумя слоями достоверных вулканических пород, которые обеспечивают временной диапазон жизни этого динозавра. Есть и другие методы, которые могут датировать отдельные кристаллы из песчаников и аргиллитов, но они дорогие и трудоемкие. Поэтому выяснить возраст динозавров часто бывает трудно. Отдельные фрагменты летописи динозавров датированы хорошо – когда у нас хватает вкраплений вулканических пород, чтобы составить временнýю шкалу, или датирование отдельных кристаллов оказалось успешным, – но не триас. Есть лишь несколько хорошо датированных окаменелостей, поэтому мы не до конца уверены, в каком порядке появлялись некоторые динозавроморфы (особенно если попробовать сравнить возраст видов, найденных в разных частях света) или когда истинные динозавры отделились от динозавроморфов.