Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих

В задумчивости смотря на север, я любовалась водопадом, низвергающимся с плоских полей над крутым обрывом Килт-рок. Эти эффектные пейзажи считаются одними из самых знаковых в Великобритании. Старик Сторр – вертикальный базальтовый палец, указывающий в небо со склона холма, – воплощает собой визуальный синоним того чарующего воспоминания, которое Шотландия оставляет в сердцах своих посетителей (он также появляется во многих фильмах и на телевидении, включая блокбастер Ридли Скотта «Прометей»). Я находилась сразу в двух Шотландиях: на Скае эпохи сурового антропоцена, где мои коллеги спешно натягивали капюшоны, когда дождевые облака решили опорожниться; и на Скае времен теплого бата, где стадо травоядных завроподов пробиралось через солоноватую лагуну под солнцем юрского периода, направляясь за пышной растительностью на соседний островок.

К счастью, Шотландский фонд природного наследия обеспечил надежную охрану Ская, признавая геологическую уникальность острова с помощью своей системы SSIS, включая участок моей команды на юге. В 2019 году правительство Шотландии подписало приказ об охране природы Ская, предусматривающий усиленную правовую защиту от неофициального сбора окаменелостей. Это должно сдерживать тех, кто хотел бы украсть наследие нашей страны ради наживы, нанося при этом ущерб ландшафту.

Исследования закономерностей эволюции в мезозое показывают, что многие основные группы животных на нашей планете могут проследить своих прямых предков до средней юры, на который пришелся всплеск в разнообразии. Эта закономерность справедлива для динозавров – например, знаменитых длинношеих завроподов и двуногих тероподов – и птиц, чье ветвистое генеалогическое древо также восходит к этому периоду. То же самое верно для млекопитающих, а также морских и летающих рептилий. Глядя на диаграммы происхождения животных, создается впечатление, что кто-то заложил бомбу в центре юрского периода и ее ударная волна накрыла остальную часть мезозоя.

На Троттернише окаменелости встречаются не так уж часто и, честно говоря, не сильно впечатляют на вид. Но их возраст дает им очки форы. Ископаемые средней юры не только относятся к ключевому периоду эволюционной истории, но и чрезвычайно редки. Это означает, что, хотя находки на Скае на первый взгляд не так привлекательны [6], они хранят ценную научную информацию для исследователей. Все, что вам нужно, – это технология и знания, чтобы эту информацию извлечь.

К концу дня команда нашла несколько интересных фрагментов и даже наткнулась на новую цепочку следов. Постепенно из этих разрозненных фрагментов мы складывали картину доисторической Шотландии. Каждый кусочек пазла помогает нам яснее увидеть среднюю юру и понять, что послужило причиной такого взрыва разнообразия жизни на Земле.

Хотя следы динозавров легко попадают в заголовки статей, эти животные дают лишь частичную картину экосистемы, в которой они обитали. Представьте, что вы пытаетесь изучить луга Серенгети, но наблюдаете только за львами и антилопами гну. Или хотите исследовать тропический риф, но изучаете только акул. Какими бы замечательными ни были эти существа, чтобы по-настоящему понять экосистему и то, как она функционирует, мы должны исследовать мельчайших обитателей, которые часто играют ключевую роль.

Как и большинство палеонтологов, я начинала свою карьеру с мыслью, что нет существ более захватывающих, чем гиганты ледникового и колоссальные рептилии мелового периодов. Вскоре я поняла, что самый смак кроется как раз таки в мельчайших формах жизни.

Мезозойские млекопитающие – одна из таких ключевых групп. Несмотря на их, как правило, незначительные размеры во времена динозавров, их эволюционный путь – это путь не отступления, а наступления. Они как нельзя лучше воспользовались моментом. Более того, когда я начала свой путь в науку, то увидела, что их небольшой размер был лишь кратким мигом в гораздо более длинной и сложной истории. Они были главными участниками в зарождении современных экосистем, а задолго до этого первыми приобрели новые особенности, например исключительно травоядное и гиперплотоядное поведение. Их семейный альбом насчитывает множество разворотов и неожиданных родственников из давно потерянного мира.

Эта ветвь древа жизни претерпела одно из самых радикальных изменений. Их история наполнена эволюционными эвриками, достойными нашего внимания и благоговения.

Глава вторая

Ничуть не примитивный утконос

– В этом-то и прелесть, – сказала Кенгуру. – Утконосы настолько образованны и умны, что никто не пытается их понять; а они и не ожидают, что кто-то поймет.

Этель Педли. Дот и кенгуру

Лондон, 1824 год. Стоял холодный февральский день. Завернувшись в длинный черный плащ и поплотнее обмотав шарф вокруг шеи, преподобный Уильям Бакленд вошел на Бедфорд-стрит, 20. Его цилиндр скрывал залысины, хотя ему было всего 40 лет. Каштановые глаза с тяжелыми веками разглядывали вестибюль из-под оправы очков. Простые черты лица Бакленда противоречили его исключительной эксцентричности: удивительно, что он не въехал в здание верхом, как он не раз делал, когда читал лекции в Оксфордском университете. Но сегодня все было донельзя серьезно. Под мышкой у него были бумаги, подготовленные к его первому выступлению в качестве нового президента Геологического общества Лондона.

Преподобный готовился представить миру первого динозавра.

Сообщение Бакленда о мегалозавре, или Большой ископаемой ящерице из Стоунсфилда, стало ключевым в истории палеонтологии. «Я вынужден представить Геологическому обществу… части скелета огромного ископаемого животного, – сказал он. – Зверь, о котором пойдет речь, сравнился бы по высоте с нашими самыми крупными слонами, а по длине лишь немногим уступает самым крупным китам»1.

Геологи того времени знали, что Стоунсфилдский сланец, в котором обнаружили эти кости, существовал до появления человечества – в так называемые допотопные времена. Но не было никакой связной теории эволюции или признания факта вымирания, чтобы объяснить их существование. Открытие огромных костей в древних породах изменило мир. В последующие годы было найдено еще больше окаменелостей, принадлежащих подобным огромным рептилиям. Мегалозавр стал одним из первых существ, которых анатом сэр Ричард Оуэн позже титуловал «страшными ящерами», или динозаврами.

Викторианский мир охватила мания, особенным спросом пользовались рептилии. Скульптуры ящеров установили на территории Хрустального дворца в Лондоне, где в 1851 году проходила Всемирная выставка. В ознаменование этого события в открытом корпусе одной из скульптур был устроен ужин, приглашение на который гостям разослали на искусственных крыльях птеродактиля [7]. К концу девятнадцатого века публичные разборки между американскими палеонтологами, охотящимися за новыми образцами, привели к тому, что в западной культуре прочно обосновались динозавры и мужчины, их изучающие (были и женщины, но их вклад до недавнего времени оставался недооценен; мы вернемся к этому вопросу позже).

Но в Стоунсфилдском сланце нашли кое-что еще – останки гораздо более хрупкого зверя. Бакленд объявил о находке и второго животного, куда более скромного, чем гигантская ящерица-сожительница. Потягаться размерами с китом ему не по силам, да и забраться на скульптуру такого зверька ради ужина не представлялось возможным. Хотя ему не удалось поразить общественное воображение, среди ученых он был «не менее экстраординарным», чем гигантская рептилия, – на самом деле находка была настолько удивительной и противоречивой, что, по словам Бакленда, ему «следовало бы поколебаться, объявляя о таком факте, поскольку это случай доселе уникальный»2.

Поразительным ископаемым оказалась челюсть млекопитающего.

Одним знойным летним днем почти 200 лет спустя я держала эту окаменелую челюсть в руках. Сейчас она находится в коллекции Музея естествознания Оксфордского университета. Я сидела за поцарапанным столом в тени высоких шкафов из темного дерева. В прохладной комнате витал слабый запах консерванта, напоминающий запах жидкости для снятия лака. Большое окно выходило на толпу посетителей снаружи. Они сновали туда-сюда, как пчелы в улье. Даже сегодня мы по-прежнему любим поглазеть на кости динозавров и других вымерших животных, а Оксфордский музей богат окаменелостями. Со времен Бакленда были собраны сотни костей динозавров, и как для взрослых, так и для детей увидеть их огромные скелеты – захватывающее и трогательное зрелище.

Этажом выше я переживала ничуть не меньший восторг. Челюсть, которую Бакленд стеснялся показать, всего около двух сантиметров в длину. Кость капучино-коричневого цвета немного темнее окружающей ее породы, мелкозернистой и цвета пыли, усеянной маленькими белыми точками. В моей горячей ладони она казалась шероховатой. Музейные специалисты тщательно соскребли породу вокруг челюсти, обнажив края кости, утопленные в камне. Зубчики крошечные, как зернышки кускуса. Они подчеркивают глубоко посаженную челюсть. Часть кости была удалена, чтобы обнажить тянущиеся вниз корни зубов, способные пережить не один год постоянного кусания и пережевывания.

Типичная челюсть мелкого млекопитающего. Она могла бы принадлежать современному ежу или опоссуму, идеальная для хватания и раздавливания насекомых. Что в ней противоречивого? Дело заключалось не в самом ископаемом, а в камне, в который оно заключено. Он морской и слишком старый, в нем не должно быть костей млекопитающих. Как, черт возьми, они туда попали?

Стоунсфилдский сланец в Оксфордшире, в котором были найдены мегалозавр и челюсть млекопитающего, добывался для изготовления черепицы по меньшей мере с 1640 года. Камень выкапывали летом и на зиму оставляли на земле, где его смачивали и оставляли раскалываться по швам из-за растущих кристаллов инея3. Наряду со строительными материалами, в породах Стоунсфилдского месторождения добывались и кости древних животных.

До Бакленда было найдено еще несколько челюстей млекопитающих. На самом деле первая челюсть была обнаружена около 1764 года, но владелец понятия не имел о ее значении, вероятно, предполагая, что она принадлежала маленькой рептилии. Эта челюсть переходила от одного владельца к другому, пока не оказалась в музее Йоркширского философского общества, где была вновь открыта гораздо позже. Тем временем было обнаружено еще несколько челюстей, но только после того, как одна из них была передана Бакленду, на ее поразительные странности наконец обратили внимание.

Бакленд не боялся странностей – он сам был странностью. Он много путешествовал по всей стране, часто надевая академическую мантию на полевые работы. Родившийся в семье настоятеля Англиканской церкви в приходе Девоншира, Бакленд с детства ходил с отцом на местные каменоломни. Там он погрузился в мир окаменелостей, особенно спиральных раковин аммонитов4. Несмотря на стремление изучать богословие, Бакленда всегда тянуло к миру природы. На протяжении всей своей жизни он удивлял людей своими эксцентричными манерами и диковинным домом, полным животных, как искусственных, так и живых. Однажды он лизнул церковный пол, только чтобы убедиться, что лужа на нем действительно была мочой летучей мыши. И все же даже такой непредубежденный человек, как Бакленд, с трудом понимал несочетаемость найденных челюстей.

Хотя геология все еще находилась в зачаточном состоянии, были выявлены ключевые механизмы, которые будут иметь решающее значение в понимании того, как окаменелости рассказывают историю своей жизни. В Шотландии в конце 1700-х годов прозорливый геолог Джеймс Хаттон изменил общепринятое представление о геологическом времени, выявив мучительно медленные процессы, которые формировали, размывали и преобразовывали горные породы. Примерно в то же время английский землемер Уильям Смит начал замечать, что горные породы залегают в узнаваемой последовательности слоев и что наличие определенных окаменелостей можно использовать для различения в остальном похожих на вид пластов. Он использовал этот принцип для сопоставления последовательностей горных пород по всей стране, составив первые геологические карты, в том числе карту Англии в 1815 году.

Пока Смит составлял карту Англии, французские исследователи пришли к тем же выводам во время работы над образованиями вокруг Парижа. Концепцию, согласно которой окаменелости можно использовать для сопоставления и определения возраста горных пород, мы сейчас называем биостратиграфией, и она остается важнейшим механизмом геологии и палеонтологии. С этим новым пониманием началась гонка описания стратиграфии как известных, так и «новых» [8] земель.

Английский сланец Стоунсфилда залегал среди оолитов, или яичных камней, пород, получивших свое название из-за текстурного сходства с рыбьими яйцами. Оолиты принадлежали к тому, что тогда было известно как средневторичный период по старой геологической системе, которая признавала древнейшие первичные породы (то, что мы сейчас называем палеозоем), затем вторичные породы поверх них (мезозой), третичные породы (большая часть кайнозоя, а именно палеоген и неоген) и, наконец, самые молодые четвертичные слои, подобно глазури украшающие поверхность.

Бакленд, как и многие его современники, считал, что Земля во вторичный период была преимущественно морской, заболоченной средой. Ихтиозавры и плезиозавры, морские рептилии, лишь отдаленно связанные с динозаврами, уже были хорошо известны – многие из них были найдены проницательной и плодотворной коллекционеркой окаменелостей Мэри Эннинг. Эннинг не только находила ископаемые, она знала о них столько же, сколько и мужчины, которые покупали их у нее и описывали. До недавнего времени ее роль в истории палеонтологии преуменьшалась, но теперь она получила признание за свой огромный вклад в науку.

Добытые Эннинг окаменелости рептилий, как и многочисленные водные беспозвоночные, такие как аммониты, доказали, что вторичные породы были морскими. Название «юрский», данное этим скалам, было выбрано натуралистом и исследователем Александром фон Гумбольдтом в 1795 году из-за известняковых скал гор Юра на швейцарско-французской границе. Известняк по самой своей природе является горной породой, формирующейся под водой: он образуется на морском дне в результате спрессованного снегопада из крошечных морских организмов, таких как кораллы, моллюски и фораминиферы.

Как могло крошечное пушистое млекопитающее жить в этом древнем водном мире? Неужели произошла ошибка? Бакленд был настолько неуверен, что обратился за советом к выдающемуся анатому и ученому Жоржу Кювье.

Его изображения на обложках книг с надутыми губами, светлыми волнистыми волосами и тщательно подобранным парадным мундиром Академии наук создают впечатление, что он был лихим наполеоновским денди. На самом деле он был одним из самых влиятельных ученых [9] западного мира и по праву считался «Отцом палеонтологии».

Обучаемый своей матерью, Кювье с детства преуспевал в учебе, поглощая основные труды по зоологии и биологии, так что к 12 годам он уже был опытным натуралистом. После окончания университета его таланты вскоре были признаны, и его пригласили в Париж. Там он быстро отличился благодаря своим исследованиям ископаемых слонов и других вымерших существ.

Что отличало Кювье от других, так это его непреодолимые знания и использование сравнительных методов для понимания организмов. Он понял, что можно сравнивать не только кости для различения видов, но и их форму, которая часто схожа, если животные ведут одинаковый образ жизни. У землеройных животных, например, похожие скелеты, даже если они не близкородственны, с широкими пальцами и большими костями передних конечностей для размещения большого количества мышечных прикреплений. Другими словами, их функция напрямую связана с их формой. Используя эти методы, Кювье, как известно, мог по малейшему фрагменту скелета определить, каким было животное и как оно жило. Он легко завоевывал признательность публики таким фокусом, но, как мы вскоре увидим, иногда он все же ошибался.

Кювье был сильной личностью и значительным научным авторитетом, но, что более важно, он был красноречив и понятен. В начале 1800-х годов он опубликовал серию всеобъемлющих работ, в которых собрал воедино новейшие представления об истории жизни и о том, как она связана с геологией. Он представил доказательства изменений окружающей среды, отраженные в горных породах, и поместил их рядом со своими непревзойденными знаниями о летописи окаменелостей. Но прежде всего он представил свои работы таким образом, чтобы они были краткими и понятными как для хорошо образованной западной публики, так и для других ученых. Уже поэтому он приобрел международную известность, и его идеи доминировали в биологических и зоологических кругах в первую половину столетия.

В 1818 году Кювье посетил Англию, чтобы ознакомиться с растущими музейными коллекциями. Он встретился с Баклендом в Оксфорде и приступил к изучению тамошних палеонтологических находок. Когда дело дошло до челюстей млекопитающего из Стоунсфилда, Кювье идентифицировал их как принадлежащие сумчатому опоссуму, основываясь на сходстве формы. Поэтому Бакленд объявил челюсть млекопитающего из Стоунсфилда как Didelphis, научное название североамериканского опоссума. Что заставило современных ученых поломать голову над тем, как сумчатое млекопитающее, вид которого сейчас встречается только в Австралии, Азии и некоторых частях Северной и Южной Америки, оказалось в рептильных юрских породах Англии.

Однако для Кювье и его последователей челюсть млекопитающего любого вида в принципе не могла оказаться во вторичных породах. Из известных в ту пору окаменелостей казалось очевидным, что была «эра рептилий», а уже позже «эра млекопитающих»; не встретиться им никогда, как писал Киплинг. Для одного из учеников Кювье ответ на загадку оолитовых млекопитающих был прост: сланец Стоунсфилда все-таки третичный, а не вторичный. Он предположил, что английские стратиграфы допустили ошибку и неправильно идентифицировали более молодой участок породы.

Как вы можете себе представить, этот ответ не пришелся по душе джентльменам-геологам Британии. Но какова бы ни была правда об этих столь некстати объявившихся млекопитающих, она представляла собой не более чем пшик в великой теории «эры рептилий», и на какое-то время про нее просто позабыли.

Кювье был катастрофистом. Катастрофисты верили, что на Земле периодически происходило массовое вымирание в результате катастрофических событий, таких как наводнения. Согласно этой теории, вторичные породы зафиксировали эру рептилий, за которой последовала катастрофа, приведшая к третичному периоду млекопитающих, а затем к наводнению и эпохе человека. То есть, в соответствии с этим мировоззрением, ни одно млекопитающее не могло существовать бок о бок с гигантскими рептилиями. Новая фауна появлялась после катастрофической очистки планеты – но, конечно, не в результате эволюции.

Кювье, как известно, не верил в эволюцию, идею, которая в то время все еще принимала форму «преобразования». Жан-Батист Ламарк – тогдашний ученый-тяжеловес – утверждал, что преобразование обусловлено постоянным усложнением форм жизни, что в конечном итоге приводит к совершенству [10]. Но натуралисты, подобные Кювье, считали, что животные и растения и так идеально вписываются в свой образ жизни и не нуждаются в совершенствовании: форма и функции неразрывно связаны друг с другом. Если существа так тесно связаны со своим положением в природе, они не должны меняться, иначе они не смогут выжить.

Другим главным возражением Кювье против эволюции было отсутствие того, что мы сейчас назвали бы переходными формами. Большинство этих «недостающих звеньев» в конечном счете были найдены в течение следующего столетия, неопровержимо доказав, что животные действительно меняются с течением времени (что Дарвин и Уоллес позже объяснили своей теорией эволюции). Концепция «недостающих звеньев» основана на идее девятнадцатого века о великой цепи бытия. Теперь мы знаем, что жизнь развивается сетью расходящихся нитей, и этот термин утратил силу. Как и «живое ископаемое», это бессмысленный термин и на самом деле только вводит в заблуждение.

Но в начале девятнадцатого века все еще оставалось слишком много пробелов, чтобы убедить таких людей, как Кювье. Как ученые, так и общественность пришли к выводу, что связь между формой и функцией доказывает идеальную приспособленность животного к своему образу жизни – этот аргумент убедительно объяснял закономерности жизни на Земле.

Ученик и коллега Кювье, Этьенн Жоффруа Сент-Илер, не согласился со своим наставником и высказывался за преобразование. Его аргументация была тесно связана с историей, рассказанной геологией. Сент-Илер утверждал, что преобразование связано не со смутным стремлением к совершенству, а с органической и естественной реакцией на изменения окружающей среды. Эти изменения можно было проследить в породе, и они послужили механизмом, который заложил основу для мышления Дарвина десятилетия спустя.

К сожалению, чтобы проверить свои идеи, Сент-Илер взялся за эксперименты Франкенштейна. Он использовал куриные эмбрионы, манипулируя ими в яйце, чтобы создать «чудовищ». Хотя это, возможно, отчасти подтверждало идею о том, что изменения в окружающей среде могут вызвать изменения в живых существах, на репутации Сент-Илера это сказалось не лучшим образом – викторианская публика сочла его эксперименты возмутительными. Более того, его доводы наводили на мысль, что направляющая божественная рука не играет никакой роли и жизнь идет своим чередом ввиду ряда случайностей. Такой подход не находил поддержки в обществе, которое верило в совершенствование человечества и природы с помощью промышленности и инноваций.

За яростными аргументами против эволюции стояла глубокая тревога по поводу происхождения человека. Георгианскому и викторианскому мышлению было чуждо предположение, что люди каким-то образом связаны с животными. Это было оскорбительно не только для человечества, но и для Бога и его славного творения. Человечество – по крайней мере, белая, западная его часть – было создано по образу и подобию Божьему [11]. Для континентальных европейцев, таких как Кювье и Сент-Илер, политические и социальные революции 1700-х годов отделили церковь от государства и предоставили ученым большую свободу от библейской доктрины. Но в Великобритании наука и природа по-прежнему должны были интегрироваться в христианские рамки.

Молодой шотландец, выросший в атмосфере примирения науки и устоявшейся веры, вскоре бросит вызов Кювье, изменив наше понимание геологии и затем приняв эволюционную теорию своих хороших друзей Чарльза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса. Зовут его Чарлз Лайель.

Лайель происходил из богатой семьи из Форфершира, недалеко от Данди, и, как и другие богатые белые люди, увлекался спокойными занятиями, такими как литература, ботаника и изучение горных пород. Он посещал лекции Бакленда во время учебы в Оксфордском университете и в итоге отказался от юридической карьеры, чтобы стать геологом, – в конце концов, его богатство позволяло ему заниматься тем, что ему по душе. На картинах и фотографиях массивный лоб Лайеля, кажется, вот-вот лопнет от накопленных знаний. Как и Кювье, он был одаренным оратором, но также блестяще умел сводить воедино идеи многих великих умов и синтезировать их, чтобы увидеть общую картину.

В 1820–1830-е годы Лайель становился все более неотъемлемой частью научной сцены как на родине, так и за рубежом. Он одним из первых понял, что в прошлом Земля вовсе не была водным миром, как предполагалось ранее. Много путешествуя по Европе, Лайель изучал геологию континента. Он трудился и спорил с теми, кто работал над геологическими проблемами во Франции, Италии и Австрии, и провел много дней, прочесывая музейные коллекции и изучая беспозвоночных и минералы. Он поднялся на гору Этна и записал стратиграфию высоких гор и глубоких ущелий. «Поездка выдалась богатой… аналогиями между существующей природой и следствиями причин в отдаленные эпохи», – писал он своему отцу. Лайель видел связь между процессами, происходящими в настоящем, и отзвуками далекого прошлого, сохранившимися в камне и горной породе, – вот «главная цель моей работы»5.

Труд Лайеля «Основные начала геологии» родился в результате этих путешествий, и его три тома были впервые опубликованы между 1830 и 1833 годами. Заглавной темой было то, что Земля формировалась на протяжении огромных периодов геологического времени в результате тех же медленных процессов, которые происходят и ныне: эрозии склонов холмов, перемещения почвы реками, неуклонного образования песчаных отмелей. Такое видение резко контрастировало со скачкообразным катастрофизмом Кювье. Лайель настаивал: причина, по которой казалось, что Земля в прошлом была исключительно водной, заключалась в породах – морская среда сохраняется лучше и чаще, чем земная. И он оказался прав.

Но, как и его современники, Лайель хотел защитить человечество от отвратительных идей преобразования. Он намеревался использовать геологию, чтобы показать, что жизнь вообще не имеет направленности. И начал с того, что поставил под сомнение доказательства, представленные Кювье и другими учеными. Он считал, что окаменелости слишком единичны и ненадежны, чтобы на их основе выстраивать историю планеты. Челюсти млекопитающего из Стоунсфилда казались Лайелю не просто аномальной диковинкой, а явным признаком того, что эволюционная теория Ламарка ошибочна. Если преобразование видов правда, то почему сумчатые не изменились за столь огромный временной отрезок?