27. Выход растений и животных на сушу в палеозое и связанные с этим ароморфозы.
Палеозойская эра по своей продолжительности - свыше 300 млн лет - превосходит все последующие эры. Она включает ряд периодов.
В начале эры, на протяжении кембрийского и ордовикского периодов, господствует климат "вечной весны", не происходит смены времен года. Жизнь сосредоточена в водах океана, где обитают разнообразные водоросли, все типы беспозвоночных животных. В морях и океанах широко распространены трилобиты - беспозвоночные членистоногие животные, жившие только в палеозое. Они ползали по дну, зарываясь в ил. Размеры их тела достигали от 2-4 см до 50 см. В ордовикском периоде появились первые позвоночные - панцирные бесчелюстные.
В силурийский период изменяется климат, формируются климатические пояса. Наблюдается наступление ледника. Жизнь продолжает развиваться в воде.
В этот период на Земле широко распространились кораллы, разнообразные моллюски. Наряду с трилобитами многочисленны ракоскорпионы, достигавшие в длину двух метров. Эти животные жили в воде и дышали при помощи жабр. К концу палеозойской эры они вымерли.
В силурийский период широко распространились бесчелюстные панцирные "рыбы". Они только внешне напоминали рыб. На самом деле это особая самостоятельная ветвь хордовых. Все бесчелюстные обитали в пресных водоемах и вели придонный образ жизни. По сравнению с первыми хордовыми бесчелюстные имели преимущества в борьбе за существование. Их тело было защищено панцирем, состоящим из отдельных пластин.
В конце силура в результате горообразовательных процессов увеличилась площадь суши и создались предпосылки для выхода растений на сушу. Первыми наземными растениями были, по-видимому, псилофиты и риниофиты. Они появились примерно 440-410 млн лет назад. Предполагают, что мхи и псилофиты произошли от древних зеленых водорослей.
Появлению псилофитов способствовал ряд ароморфных изменений. Возникает механическая ткань, благодаря которой псилофиты сохраняли вертикальное положение на суше. Развитие покровной ткани обеспечило защиту фотосинтезирующих клеток и сохранение в них влаги. Формирование проводящей ткани в древесине и лубе улучшило передвижение веществ в растении.
Псилофиты достигали высоты от 20 см до 1,5-2 м. У них еще не было листьев. На нижней части стебля имелись выросты - ризоиды, которые, в отличие от корней, служили лишь для закрепления в почве. (Почва образовалась еще в архее в результате жизнедеятельности бактерий и водорослей, обитавших во влажных местах.) В конце силура на сушу вышли и первые животные - пауки и скорпионы.
В девонский период от псилофитов произошли древние папоротники, хвощи, плауны. У них формируется корневая система, с помощью которой вода с минеральными солями поглощается из почвы. Среди других ароморфозов слудует назвать появление листьев.
В девоне в морях появились челюстноротые панцирные рыбы, вытеснившие бесчелюстных. Формирование костных челюстей - важный ароморфоз, который позволил им активно охотиться и побеждать в борьбе за существование.
В девоне появляются также двоякодышащие и кистеперые рыбы, у них наряду с жаберным возникало легочное дыхание. Эти рыбы могли дышать атмосферным воздухом. Двоякодышащие рыбы перешли к придонному образу жизни. Сейчас они сохранились в Австралии, Африке, Южной Америке.
У кистеперых рыб в пресных водоемах плавник по своему строению напоминал пятипалую конечность. Такая конечность позволяла рыбам не только плавать, но и переползать из одного водоема в другой. В настоящее время сохранился один вид кистеперой рыбы - латимерия, обитающая в Индийском океане.
От кистеперых рыб произошли первые наземные позвоночные - стегоцефалы, совмещающие признаки рыб, земноводных и пресмыкающихся. Стегоцефалы обитали в болотах. Длина их тела колебалась от нескольких сантиметров до 4 м. Их появление было связано с рядом ароморфозов, среди которых важное значение для жизни на суше имело формирование пятипалой конечности, легочного дыхания.
На протяжении всего каменноугольного периода, или карбона, господствовал теплый и влажный климат Суша покрылась болотами, лесами из плаунов, хвощей, папоротников, высота которых достигала более 30 м.
Пышная растительность способствовала формированию плодородных почв и образованию месторождений каменного угля, за что этот период и получил название каменноугольного.
В карбоне появляются папоротники, размножающиеся семенами, первые отряды летающих насекомых, пресмыкающихся В эволюции жи вотных происходят ароморфозы, уменьшающие их зависимость от водной среды У пресмыкающихся увеличивается запас питательных веществ в яйцеклетке, формируются оболочки, защищающие зародыш от высыхания.
В пермский период происходят сильные горообразовательные процессы, климат становится более сухим Это привело к широкому распространению голосеменных и пресмыкающихся.
Немало пришлось потрудиться в поисках ископаемых следов вымерших существ, чтобы выяснить этот вопрос. Прежде объясняли переход животных на сушу так: в воде, мол, много врагов, и вот рыбы, спасаясь от них, стали по временам выползать на сушу, постепенно вырабатывая нужные приспособления и переделываясь в другие, более совершенные формы организмов.
С этим объяснением нельзя согласиться. Ведь и теперь есть такие удивительные рыбы, которые по временам выползают на берег, а потом возвращаются в море (рис. 21). Но они докидают воду вовсе не ради спасения от врагов. Вспомним и о лягушках - земноводных, которые, живя на суше, для произведения потомства возвращаются в воду, где они мечут икру, и где развиваются молодые лягушата - головастики. Прибавьте к этому, что древнейшие земноводные вовсе не были беззащитными, страдающими от врагов существами. Они были закованы в толстый твердый панцырь и охотились на других животных, как жестокие хищники; невероятно, чтобы их или им подобных выгнала из воды опасность со стороны врагов.
Высказывали также мнение, что водные животные, переполнявшие море, будто бы задыхались в морской воде, ощущали потребность в свежем воздухе, и их привлекали неисчерпаемые запасы кислорода, находящиеся в атмосфере. Так ли это было в действительности? Вспомним о летающих морских рыбах. Они то плавают у поверхности моря, то сильным всплеском поднимаются из воды и несутся в воздухе. Казалось бы, им всего легче начать пользоваться воздухом атмосферы. Но они как-раз им не пользуются. Они дышат жабрами, т. е. органами дыхания, приспособленными для жизни в воде, и вполне довольствуются этим.
Зато среди пресноводных имеются такие, которые обладают особыми приспособлениями для воздушного дыхания. Они вынуждены пускать их в ход тогда, когда вода в реке или озере становится мутной, засоренной и беднеет кислородом. Если засоряется морская вода какими-нибудь потоками грязи, стекающими в море, то морские рыбы уплывают в другое место. Морские рыбы и не нуждаются в особых приспособлениях для воздушного дыхания. В другом положении оказываются пресноводные рыбы, когда окружающая их вода замутняется и загнивает. Стоит понаблюдать за некоторыми тропическими реками, чтобы понять, что при этом происходит.
Вместо четырех наших времен года в тропиках жаркая и сухая половина года сменяется дождливой и сырой. Во время бурных дождей и частых гроз реки широко разливаются, высоко вздымаются воды и насыщаются кислородом из воздуха. Но вот картина резко меняется. Дождь перестает лить. Воды спадают. Палящее солнце высушивает реки. Наконец, вместо текучей воды остаются цепи озер и болот, в которых стоячая вода переполнена животными. Они массами гибнут, трупы быстро разлагаются, а при гниении потребляется кислород, так что его становится, таким образом, все меньше и меньше в этих набитых организмами водоемах. Кто же может уцелеть при таких резких переменах условий жизни? Конечно, лишь тот, кто имеет соответствующие приспособления: он может либо впадать в спячку, зарывшись в ил на все сухое время, либо перейти к дыханию атмосферным кислородом, либо, наконец, может делать и то, и другое. Все же остальные обрекаются на истребление.
У рыб есть два рода приспособлений к воздушному дыханию: или жабры их имеют губчатые выросты, которые задерживают влагу, и вследствие этого кислород воздуха легко проникает в омывающие их кровеносные сосуды; либо у них есть измененный плавательный пузырь, который служит для удержания рыбы на определенной глубине, но вместе с тем может выполнять и роль органа дыхания.
Первое приспособление встречается у некоторых костистых рыб, т. е. имеющих уже не хрящевой, а вполне окостеневший скелет. У них плавательный пузырь не участвует в дыхании. Одна из таких рыб - «ползающий окунь» - живет в тропических странах и теперь. Подобно некоторым другим костистым рыбам, он обладает способностью покидать воду и с помощью плавников ползать (или прыгать) по берегу; иногда он забирается даже на деревья в поисках слизняков или червей, которыми питается. Как ни удивительны привычки этих рыб, они не могут разъяснить нам происхождения тех изменений, которые позволили водным животным стать обитателями суши. Дышат они при помощи особых приспособлений в жаберном аппарате.
Обратимся к двум очень древним группам рыб, к тем, которые жили на Земле уже в первой половине древней эры истории Земли. Речь идет о кистеперых и двоякодышащих рыбах. Одна из замечательных кистеперых рыб, называемая полиптер, живет и в настоящее время в реках тропической Африки. Днем эта рыба любит прятаться в глубоких ямах на илистом дне Нила, а ночью оживляется в поисках пищи. Она нападает и на рыб и на раков, не брезгует и лягушками. Подстерегая добычу, полиптер стоит на дне, опираясь на свои широкие грудные плавники. Иной раз он ползет по дну на них, как на костылях. Вытащенная из воды, эта рыба может прожить часа три-четыре, если ее держать в мокрой траве. При этом ее дыхание происходит с помощью плавательного пузыря, в который рыба то-и-дело набирает воздух. Этот пузырь у кистеперых рыб двойной и развивается как вырост пищевода с брюшной стороны.
Мы не знаем полиптера в ископаемом состоянии. Другая кистеперая рыба, близкий родственник полиптера, жила в очень далекие времена и дышала хорошо развитым плавательным пузырем.
Двоякодышащие, или, легочные, рыбы замечательны тем, что их плавательный пузырь превратился в орган дыхания и работает, как легкие. Из них до нашего времени дожило только три рода. Один из них - рогозуб - живет в медленно текущих реках Австралии. В тишине летних ночей далеко разносятся хрюкающие звуки, которые издает эта рыба, выплывая на поверхность воды и выпуская воздух из плавательного пузыря (рис. 24). Но обычно эта большая рыба лежит неподвижно на дне или медленно плавает среди водяных зарослей, общипывая их и отыскивая там ракообразных, червей, моллюсков и другую снедь. Дышит она двойным способом: и жабрами, и плавательным пузырем. И тот, и другой орган работает одновременно. Когда летом река пересыхает и от нее остаются небольшие водоемы, рогозуб чувствуем себя в них великолепно, тогда как остальные рыбы гибнут массами, их трупы сгнивают и портят воду, лишая ее кислорода. Путешественники по Австралии много раз наблюдали эти картины. Особенно интересно, что подобные картины чрезвычайно часто развертывались на заре каменноугольного века по лицу Земли; они дают представление о том, как в результате вымирания одних и победы других стало возможно великое событие в истории жизни - выход водных позвоночных на сушу.
Современный рогозуб не склонен перебираться для житья на берег. Он круглый год проводит в воде. Исследователям пока-что не удалось наблюдать, чтобы он впадал в спячку на жаркое время.
Его дальний родственник - цератод, или ископаемый рогозуб, - жил на Земле в весьма отдаленные времена и был широко распространен. Его остатки нашли в Австралии, Западной Европе, Индии, Африке, Северной Америке.
Две другие легочные рыбы нашего времени - протоптер и лепидосирен - отличаются от рогозуба устройством своего плавательного пузыря, превратившегося в легкие. Именно, он у них двойной, тогда как у рогозуба - непарный. Протоптер довольно широко распространен в реках тропической Африки. Вернее сказать, он живет не в самых реках, а в болотах, которые тянутся рядом с руслом рек. Питается он лягушками, червями, насекомыми, раками. При случае протоптеры нападают и друг на друга. Их плавники не годятся для плавания, а служат для опоры о дно при ползании. У них имеется даже нечто вроде локтевого (и коленного) сустава приблизительно на середине длины плавника. Эта замечательная особенность показывает, что у легочных рыб еще до оставления ими водной стихии могли выработаться приспособлений, которые очень пригодились им для жизни на суше.
От времени до времени протоптер поднимается на поверхность воды и набирает воздух в легкие. Но рыбе этой приходится туго в сухое время года. Воды в болотах почти не остается, и протоптер закапывается в ил на глубину около половины метра в особого рода нору; здесь он лежит, окруженный затвердевшей слизью, выделенной его кожными железами. Эта слизь образует вокруг протоптера как бы скорлупу и не дает ему вполне высохнуть, поддерживая кожу во влажном состоянии. Сквозь всю корку идет ход, который оканчивается у рта рыбы и через который она дышит атмосферным воздухом. Во время этой спячки плавательный пузырь служит единственным органом дыхания, так как жабры тогда не работают. За счет чего идет в это время жизнь в теле рыбы? Она сильно худеет, теряя не только свой жир, но и часть мяса, подобно тому, как за счет накопленного жира и мяса живут во время зимней спячки и наши звери - медведь, сурок. Сухое время в Африке длится добрые полгода: на родине протоптера - с августа по декабрь. Когда же пойдут дожди, жизнь в болотах воскреснет, скорлупа вокруг протоптера растворяется, и он возобновляет свою оживленную деятельность, готовясь теперь к размножению.
Вылупившиеся из икринок молодые протоптеры больше похожи на саламандр, чем на рыб. У них длинные наружные жабры, как у головастиков, и кожа покрыта разноцветными пятнами. В это время плавательного пузыря еще нет. Он развивается тогда, когда наружные жабры отпадают, совершенно так же, как это бывает у молодых лягушат.
Третья легочная рыба - лепидосирен - живет в Южной Америке. Свою жизнь она проводит почти так же, как африканский ее родственник. И потомство у них развивается очень сходно.
Происхождение земноводных
Считается, что предпосылками для возникновения и формирования земноводных примерно 385 млн. лет тому назад (в середине девонского периода) послужили благоприятные климатические условия (тепло и влажность), а также наличие достаточного питания в виде уже сформировавшихся многочисленных мелких беспозвоночных животных.
А, кроме того, в тот период происходило вымывание в водоёмы большого количества органических остатков, в результате окисления которых, снижался уровень кислорода, растворенного в воде, что способствовало формированию у древних рыб изменений органов дыхания и их приспособлению к дыханию атмосферным воздухом.
Ихтиостега
Таким образом, происхождение земноводных, т.е. переход водных позвоночных к наземному образу жизни сопровождался появлением органов дыхания, приспособленных для поглощения атмосферного воздуха, а также органов, способствующих передвижению по твёрдой поверхности. Т.е. жаберный аппарат заменился на лёгкие, а плавники – на пятипалые устойчивые конечности, служащие опорой для тела на суше.
В то же время происходило изменение и других органов, а также их систем: системы кровообращения, нервной системы и органов чувств. Основными прогрессивными эволюционными изменениями строения земноводных (ароморфозом) являются следующие: развитие лёгких, образование двух кругов кровообращения, появление трёхкамерного сердца, формирование пятипалых конечностей и образование среднего уха. Зачатки новых приспособлений можно наблюдать и у некоторых групп современных рыб.
Древние кистеперые
До настоящего времени в учёном мире о происхождении земноводных ведутся споры. Одни считают, что земноводные произошли от двух групп древних кистепёрых рыб – Porolepiformes и Osteolepiformes, большинство других приводит аргументы в пользу остеолепиформных кистёперых, но не исключает возможности, что при этом могли параллельно развиваться и эволюционировать несколько близкородственных филетических линий остеолепиформных рыб.
Панцирноголовые земноводные — стегоцефалы
Эти же учёные предполагают, что параллельные линии позднее вымерли. Одним из особо эволюционировавших, т.е. видоизменившихся видов древних кистепёрых рыб, был Тиктаалик, который приобрёл целый ряд переходных признаков, сделавших его промежуточным видом между рыбами и земноводными.
Хочется перечислить эти признаки: подвижная, отделённая от пояса передних конечностей укороченная голова, напоминающая крокодилью, плечевые и локтевые суставы, видоизменённый плавник, позволявший ему приподниматься над грунтом и занимать разные фиксированные положения, не исключено, что и ходить по мелководью. Дышал Тиктаалик через ноздри, а воздух в лёгкие, возможно, нагнетал не жаберный аппарат, а щёчные помпы. Некоторые из таких эволюционных изменений характерны и для древней кистепёрой рыбы Пандерихтис.
Древние кистеперые
Происхождение земноводных: первые амфибии
Считается, что первые амфибии Ихтиостегиды (лат. Ichthyostegidae) появились в конце девонского периода в пресных водоёмах. Они образовали переходные формы, т.е. нечто среднее между древними кистепёрыми рыбами и ныне существующими — современными земноводными. Кожа этих древних существ была покрыта очень мелкой рыбьей чешуёй, а наряду с парными пятипалыми конечностями у них имелся обыкновенный рыбий хвост.
От жаберных крышек у них остались лишь рудименты, однако от рыб у них сохранился клейтрум (кость, относящаяся к спинному отделу и соединяющая плечевой пояс с черепом). Эти древние амфибии могли жить не только в пресной воде, но и на суше, а некоторые из них на сушу выползали лишь периодически.
Ихтиостега
Обсуждая происхождение земноводных, нельзя не сказать о том, что позднее, в каменноугольном периоде образовался ряд ветвей, состоящих из многочисленных надотрядов и отрядов амфибий. Так, к примеру, надотряд Лабиринтодонтов был весьма разнообразен и просуществовал до конца триасового периода.
В карбонском периоде образовалась новая ветвь ранних земноводных — Лепоспондилыов (лат. Lepospondyli). Эти древние земноводные были приспособлены для жизни исключительно в воде и просуществовали примерно до середины пермского периода, дав начало современным отрядам амфибий – Безногим и Хвостатым.
Хочется отметить, что все земноводные, именуемые стегоцефалами (панцирно-головыми), которые появились в палеозое, вымерли уже в триаском периоде. Предполагается, что их первыми предками были костные рыбы, которые сочетали примитивные черты строения с более развитыми (современными).
Стегоцефал
Рассматривая происхождение земноводных, хочется обратить ваше внимание на то, что более всего к панцирно-головым близки кистепёрые рыбы, поскольку они имели легочное дыхание и скелет, имеющий сходство со скелетами стегоцефалов (панцирно-головых).
По всей вероятности, девонский период, в котором образовались панцирно-головые, отличался сезонными засухами, в период которых многим рыбам жилось «несладко», поскольку вода обеднялась кислородом, а многочисленная разросшаяся водная растительность затрудняла их передвижения в воде.
Стегоцефал
В такой ситуации дыхательные органы водных существ должны были видоизменяться и превращаться в легочные мешки. Вначале возникновения проблем с дыханием древние кистепёрые рыбы просто обязаны были для получения очередной порции кислорода подниматься на поверхность воды, а позднее в условиях пересыхания водоёмов они были вынуждены приспосабливаться и выходить на сушу. В противном случае, не приспособившиеся к новым условиям животные просто погибали.
Только те водные животные, которые смогли адаптироваться и приспособиться и чьи конечности видоизменились до такой степени, что стали способны передвигаться по суше, смогли пережить эти экстремальные условия, и в итоге превратиться в земноводных. В таких сложных условиях первые земноводные, получив новые, более совершенные конечности смогли перемещаться по суше от высохшего водоёма к другому водоёму, где ещё сохранялась вода.
Лабиринтодонты
В то же время, те животные, которые были покрыты тяжёлой костной чешуёй (чешуйчатым панцирем) с трудом могли передвигаться по суше и, соответственно, чьё кожное дыхание было затруднено, были вынуждены редуцировать (воспроизвести) костный панцирь на поверхности своего тела.
У некоторых групп древних амфибий он сохранился лишь на брюхе. Надо сказать что панцирно-головые (стегоцефалы) сумели дожить только до начала мезозойской эры. Все современные, т.е. существующие ныне отряды земноводных сформировались лишь в конце мезозойского периода.
На этой ноте мы заканчиваем свой рассказ о происхождении земноводных. Хочется надеяться, что вам понравилась эта статья, и вы вернётесь на страницы сайта ещё, погрузившись за чтением в удивительный мир живой природы.
А подробнее, с интереснейшими представителями земноводных (амфибий), вас познакомят эти статьи:
Но, пожалуй, не менее важным событием надо считать появление на Земле сухопутных организмов и прежде всего наземных растений. Когда, как и почему это произошло?
В первую половину палеозойской эры на Земле существовали три больших материка. Очертания их были очень далеки от современных. Огромный материк простирался в северной половине земного шара от середины современной Северной Америки до Урала. К востоку от него находился другой, менее крупный материк. Он занимал территорию Восточной Сибири, Дальнего Востока, части Китая и Монголии. На юге, от Южной Америки через Африку до Австралии простирался третий материк - Гондвана.
Климат почти везде был теплый. Материки имели плоский, однообразный рельеф. Поэтому воды океанов нередко затопляли сушу, образуя неглубокие моря, которые часто мелели, пересыхали, а потом снова наполнялись водой. Таким образом, сама природа как бы заставляла некоторые виды водных растений - зеленых водорослей - приспосабливаться к жизни вне воды. В периоды мелководий, засух некоторые из них выживали. Очевидно, главным образом те, у которых лучше к тому времени развились корни. Проходили тысячелетия, и растения постепенно расселились в прибрежной полосе суши, дав начало наземному растительному миру.
Первые растения суши были очень маленькими, высотой всего около четверти метра, и обладали слабо развитой корневой системой. Их назвали «псилофитами», то есть «голыми» или «лысыми», так как листьев у них не было. От псилофитов возникли хвощевые, плауновые и папоротникообразные растения.
Исследованиями советских ученых А. Н. Криштофовича и С. Н. Наумовой установлено, что заселение растениями суши произошло более четырехсот миллионов лет назад.
Вслед за растениями на сушу начали переселяться и животные - сначала беспозвоночные, а потом и позвоночные. Первыми из воды выбрались, по-видимому, кольчатые черви (предки современных дождевых червей), моллюски, а также предки пауков и насекомых, которые уже дышали трахеями - сложной системой трубок, пронизывающих тело. Некоторые беспозвоночные того времени, например ракоскорпионы, достигали в длину трех метров.
Вторая половина эры древней жизни, начавшаяся около трехсот двадцати миллионов лет назад, включает девонский, каменноугольный и пермский периоды. Она продолжалась примерно сто тридцать пять миллионов лет. Это было богатое событиями время в истории развития жизни на Земле. Живые существа, вышедшие из воды, широко распространились тогда по суше, дав начало многочисленным и разнообразным наземным организмам.
В середине эры древней жизни на границе силурийского и девонского периодов наша Земля претерпела большие изменения. В нескольких местах земная кора поднялась. Обнажились от воды значительные участки морского дна, что повело к расширению суши. Образовались древние горы в Скандинавии, Гренландии, Ирландии, Северной Африке, Сибири. Естественно, все эти перемены сильно повлияли на развитие жизни. Оказавшись вдали от воды, первые наземные растения приспосабливались к существованию на суше. В новых условиях растения могли лучше усваивать энергию солнечных лучей, усилился фотосинтез и выделение кислорода в атмосфере. Мохоподобные псилофиты, а в дальнейшем плауновые, хвощевые и папоротникообразные растения, распространяясь в глубь материков, раскинулись густыми лесами. Этому способствовал сырой и теплый, как бы оранжерейный климат непрерывного лета. Величественны и мрачны были, древние леса. Гигантские древовидные хвощи и плауны, достигавшие тридцати метров в высоту, стояли вплотную друг к другу. Подлесье составляли мелкие хвощи, папоротники и возникшие от них предки хвойных - голосемянные растения. Из скоплений остатков древней растительности в пластах земной коры образовались впоследствии мощные залежи каменного угля, например в Донбассе, Подмосковном бассейне, на Урале и в других местах. Недаром, один из периодов этого времени назван каменноугольным.
Не менее интенсивно в это время развивались и представители животного мира. Изменившиеся условия привели прежде всего к тому, что некоторые древние беспозвоночные стали вымирать. Исчезли археоциаты, почти вымерли трилобиты, древние кораллы и другие. Зато на смену им пришли более приспособившиеся к новым условиям организмы. Возникли новые формы моллюсков, иглокожие животные.
Быстрое распространение наземной растительности увеличивало количество кислорода в воздухе, способствуя образованию богатых питательными веществами почв, особенно в лесах. Неудивительно, что сравнительно скоро жизнь в лесах уже била ключом. Там появились разные многоножки и их потомки - древние насекомые: тараканы, кузнечики. Тогда уже возникли первые летающие животные. Это были поденки и стрекозы. Летая, они могли лучше видеть пищу, быстрее приближаться к ней. Некоторые стрекозы того времени отличались большими размерами. В размахе крыльев они достигали семидесяти пяти сантиметров.
А как развивалась в это время жизнь в море?
Уже в девонском периоде широко распространились и очень изменились рыбы. У некоторых из них в коже развились кости и образовался панцирь. Такие «панцирные» рыбы естественно, не могли быстро плавать и поэтому большей частью лежали на дне заливов и лагун. Из-за малоподвижного образа жизни они оказались неспособными к дальнейшему развитию. Обмеление водоема приводило к массовой гибели панцирных рыб, и они вскоре вымерли.
Иная судьба ожидала других рыб, живших в те времена, - так называемых двоякодышащих и кистеперых. У них были короткие мясистые плавники - два грудных и два брюшных. При помощи этих плавников они плавали, а также могли и ползать по дну водоемов. Но основное отличие таких рыб - это их способность существовать вне воды, так как их плотная кожа задерживала влагу. Эти приспособления двоякодышащих и кистеперых рыб позволяли им обитать в таких водоемах, которые периодически сильно мелели и даже высыхали.
Ихтиостега — древнейшее наземное позвоночное
Интересно отметить, что двоякодышащие рыбы есть и в наши дни. Они живут в пересыхающих летом реках Австралии, Африки и Южной Америки. Совсем недавно были пойманы кистеперые рыбы в Индийском океане у берегов Африки.
Как же дышали эти рыбы вне воды? В жаркое летнее время их жабры плотно прикрывались жаберными крышками и для дыхания использовался плавательный пузырь с сильно разветвленными кровеносными сосудами.
В тех местах, где водоемы мелели и высыхали особенно часто, приспособления рыб к жизни вне воды все более совершенствовались. Парные плавники превращались в лапы, жабры, которыми рыбы дышали в воде, уменьшались, а плавательный пузырь усложнялся, разрастался и постепенно превращался в легкие, с помощью которых можно было дышать на суше; развились и органы чувств, нужные для жизни на суше. Так рыбы преобразовывались в земноводных позвоночных. Одновременно у кистеперых рыб менялись и плавники. Они делались все более удобными для ползания и постепенно превращались в лапы.
Недавно палеонтологам удалось обнаружить очень интересные ископаемые. Эти новые находки помогли пролить свет на древнейшие этапы преобразования рыб в наземных животных. В осадочных породах Гренландии ученые нашли остатки четвероногих животных, так называемых ихтиостег. Их короткие пятипалые лапы походили скорее на плавники или ласты, а туловище было покрыто мелкой чешуей. Наконец, череп и позвоночный столб ихтиостега очень похожи на череп и позвоночный столб кистеперых рыб. Нет сомнений, что ихтиостеги произошли именно от кистеперых рыб.
Такова вкратце история происхождения первых четвероногих животных, дышащих легкими, история процесса, длившегося миллионы лет и окончившегося около трехсот миллионов лет назад.
Первые четвероногие позвоночные были земноводными животными и получили название стегоцефалов. Они хоть и покинули воду, но распространиться по суше в глубь материков не могли, так как продолжали метать икру в воде. Там развивалась молодь, там они добывали себе корм, охотясь за рыбой и различными водными животными. По образу жизни они походили на своих близких потомков - знакомых нам современных тритонов и лягушек. Стегоцефалы были очень разнообразны, от нескольких сантиметров до нескольких метров в длину. Особенно широко распространились стегоцефалы в каменноугольном периоде, теплый и влажный климат которого благоприятствовал их развитию.
Конец каменноугольного периода ознаменовался новыми сильными геологическими изменениями земной коры. В ту пору опять начался подъем суши, возникли горы Урала, Алтая, Тянь-Шаня. Перераспределение суши и моря изменило климат. И вполне естественно, что в последующем, так называемом пермском периоде исчезли огромные болотистые леса, начали вымирать древние земноводные и вместе с тем появились новые растения и животные, приспособленные уже к более прохладному и сухому климату.
Здесь в первую очередь надо отметить развитие хвойных растений, а также и пресмыкающихся животных, произошедших из некоторых групп древних земноводных. Пресмыкающиеся, к которым относятся ныне живущие крокодилы, черепахи, ящерицы и змеи, отличаются от земноводных тем, что не мечут икру в воде, а откладывают яйца на суше. Их чешуйчатая или роговая кожа хорошо защищает тело от потери влаги. Эти и другие особенности пресмыкающих помогли им быстро распространиться на суше в конце палеозойской эры.
Представить картину происхождения пресмыкающихся помогли найденные остатки небольших животных с признаками и земноводных, и пресмыкающихся Таковы сеймурии, обнаруженные в Северной Америке, лантнозухи и котлассии в нашей стране. Долгое время в науке шел спор: к какому классу отнести этих животных? Советскому палеонтологу профессору И. А. Ефремову удалось доказать, что все они являются представителями промежуточной группы животных, которые как бы стоят между земноводными и пресмыкающимися. Ефремов назвал их батрахозаврами, то есть лягушкоящерами.
Много остатков древних пресмыкающихся найдено в нашей стране. Богатейшую коллекцию их - одну из лучших в мире - собрал на Северной Двине русский палеонтолог Владимир Прохорович Амалицкий.
В конце пермского периода, то есть около двухсот миллионов лет назад, там находилась другая большая река. В песках, илах и глинах, которые она отлагала, захоронены скелеты земноводных, пресмыкающихся, остатки папоротников Многолетние исследования нашего ученого позволили довольно полно восстановить древний вид того края, где течет сейчас Северная Двина.
Мы видим берег большой реки, густо поросший хвощами, хвойными растениями, папоротниками. По берегам обитают различные пресмыкающиеся. Среди них крупные, до трех метров в длину, бегемотоподобные парейазавры, питавшиеся растительной пищей. Их массивное тело покрыто костными щитками, на коротких лапах тупые когти. Чуть дальше от реки живут хищные пресмыкающиеся. Привлекают внимание крупные звероподобные иностранцевии, названные так в честь русского геолога А. А. Иностранцева. У них длинное узкое тело, изо рта торчат кинжаловидные зубы. Длинные лапы вооружены острыми когтями. А вот мелкие пресмыкающиеся, похожие на иностранцевии. У них уже появились особенности, присущие зверям или млекопитающим. Коренные зубы стали многобугорчатыми; такими зубами удобно жевать. Лапы приобрели большое сходство с лапами современных нам зверей. Этих животных недаром назвали зверообразными пресмыкающимися, именно от них в дальнейшем произошли звери. В нарисованной здесь картине нет фантазии. Для палеонтолога это такая же реальность, как и то, что сейчас в бассейне Северной Двины растут ели и сосны, живут белки и медведи, волки и лисы.
Итак, на протяжении эры древней жизни растения и животные окончательно распространились по всей поверхности суши, приспособившись к самым различным условиям существования. Затем начинается эра средней жизни - мезозойская - эра дальнейшего развития живой природы на нашей планете.
Немало пришлось потрудиться в поисках ископаемых следов вымерших существ, чтобы выяснить этот вопрос.
Прежде объясняли переход животных на сушу так: в воде, мол, много врагов, и вот рыбы, спасаясь от них, стали по временам выползать на сушу, постепенно вырабатывая нужные приспособления и переделываясь в другие, более совершенные формы организмов.
С этим объяснением нельзя согласиться. Ведь и теперь есть такие удивительные рыбы, которые по временам выползают на берег, а потом возвращаются в море. Но они докидают воду вовсе не ради спасения от врагов. Вспомним и о лягушках - земноводных, которые, живя на суше, для произведения потомства возвращаются в воду, где они мечут икру и где развиваются молодые лягушата - головастики. Прибавьте к этому, что древнейшие земноводные вовсе не были беззащитными, страдающими от врагов существами. Они были закованы в толстый твердый панцирь и охотились на других животных, как жестокие хищники; невероятно, чтобы их или им подобных выгнала из воды опасность со стороны врагов.
Высказывали также мнение, что водные, животные, переполнявшие море, будто бы задыхались в морской воде, ощущали потребность в свежем воздухе, и их привлекали неисчерпаемые запасы кислорода, находящиеся в атмосфере. Так ли это было в действительности? Вспомним о летающих морских рыбах. Они то плавают у поверхности моря, то сильным всплеском поднимаются из воды и несутся в воздухе. Казалось бы, им всего легче начать пользоваться воздухом атмосферы. Но они как раз им не пользуются. Они дышат жабрами, т. е. органами дыхания, приспособленными для жизни в воде, и вполне довольствуются этим.
Зато среди пресноводных имеются такие, которые обладают особыми приспособлениями для воздушного дыхания. Они вынуждены пускать их в ход тогда, когда вода в реке или юзере становится мутной, засоренной и беднеет кислородом. Если засоряется морская вода какими-нибудь потоками грязи, стекающими в море, то морские рыбы уплывают в другое место. Морские рыбы и не нуждаются в особых приспособлениях для воздушного дыхания. В другом положении оказываются пресноводные рыбы, когда окружающая их вода замутняется и загнивает. Стоит понаблюдать за некоторыми тропическими реками, чтобы понять, что при этом происходит.
Вместо четырех наших времен года в тропиках жаркая и сухая половина года сменяется дождливой и сырой. Во время бурных дождей и частых гроз реки широко разливаются, высоко вздымаются воды и насыщаются кислородом из воздуха. Но вот картина резко меняется. Дождь перестает лить. Воды спадают. Палящее солнце высушивает реки. Наконец, вместо текучей воды остаются цепи озер и болот, в которых стоячая вода переполнена животными. Они массами гибнут, трупы быстро разлагаются, а при гниении потребляется кислород, так что его становится, таким образом, все меньше и меньше в этих набитых организмами водоемах. Кто же может уцелеть при таких резких переменах условий жизни? Конечно, лишь тот, кто имеет соответствующие приспособления: он может либо впадать в спячку, зарывшись в ил на все сухое время, либо перейти к дыханию атмосферным кислородом, либо, наконец, может делать и то, и другое. Все же остальные обрекаются, на истребление.
У рыб есть два рода приспособлений к воздушному дыханию: или жабры их имеют губчатые выросты, которые задерживают влагу, и вследствие этого кислород воздуха легко проникает в омывающие их кровеносные сосуды; либо у них есть измененный плавательный пузырь, который служит для удержания рыбы на определенной глубине, но вместе с тем может выполнять и роль органа дыхания.
Первое приспособление встречается у некоторых костистых рыб, т. е. имеющих уже не хрящевой, а вполне окостеневший скелет. У них плавательный пузырь не участвует в дыхании. Одна из таких рыб - «ползающий окунь» - живет в тропических странах и теперь. Подобно некоторым
другим костистым рыбам, он обладает способностью покидать воду и с помощью плавников ползать (или прыгать) по берегу; иногда он забирается даже на деревья в поисках слизняков или червей, которыми питается. Как ни удивительны привычки этих рыб, они не могут разъяснить нам происхождения тех изменений, которые позволили водным животным стать обитателями суши. Дышат они при помощи особых приспособлений 9 жаберном аппарате.
Обратимся к двум очень древним группам рыб, к тем, которые жили на Земле уже в первой половине древней эры истории Земли. Речь идет о кистеперых и двоякодышащих рыбах. Одна из замечательных кистеперых рыб, называемая полиптер, живет и в настоящее время в реках тропической Африки. Днем эта рыба любит прятаться в глубоких ямах на илистом дне Нила, а ночью оживляется в поисках пищи. Она нападает и на рыб и на раков, не брезгует и лягушками. Подстерегая добычу, полиптер стоит на дне, опираясь на свои широкие грудные плавники. Иной раз он ползет по дну на них, как на костылях. Вытащенная из воды, эта рыба может прожить часа три-четыре, если ее держать в мокрой траве. При этом ее дыхание происходит с помощью плавательного пузыря, в который рыба то-и-дело набирает воздух. Этот пузырь у кистеперых рыб двойной и развивается как вырост пищевода с брюшной стороны.
Мы не знаем полиптера в ископаемом состоянии. Другая кистеперая рыба, близкий родственник полиптера, жила в очень далекие времена и дышала хорошо развитым плавательным пузырем.
Двоякодышащие, или легочные, рыбы замечательны тем, что их плавательный пузырь превратился в орган дыхания и работает, как легкие. Из них до нашего времени дожило только три рода. Один из них - рогозуб - живет в медленно текущих реках Австралии. В тишине летних ночей далеко разносятся хрюкающие звуки, которые издает эта рыба, выплывая на поверхность воды и выпуская воздух из плавательного пузыря. Но обычно эта большая рыба лежит неподвижно на дне или медленно плавает среди водяных зарослей, общипывая их и отыскивая там ракообразных, червей, моллюсков и другую снедь.
Дышит она двойным способом: и жабрами, и плавательным пузырем. И тот, и другой орган работает одновременно. Когда летом река пересыхает и от нее остаются небольшие водоемы, рогозуб чувствуем себя в них великолепно, тогда как остальные рыбы гибнут массами, их трупы сгнивают и портят воду, лишая ее кислорода. Путешественники по Австралии много раз наблюдали эти картины. Особенно интересно, что подобные картины чрезвычайно часто развертывались на заре каменноугольного века по лицу Земли; они дают представление о том, как в результате вымирания одних и победы других стало возможно великое событие в истории жизни - выход водных позвоночных на сушу.
Современный рогозуб не склонен перебираться для житья на берег. Он круглый год проводит в воде. Исследователям пока что не удалось наблюдать, чтобы он впадал в спячку на жаркое время.
Его дальний родственник - цератод, или ископаемый рогозуб, - жил на Земле в весьма отдаленные времена и был широко распространен. Его остатки нашли в Австралии, Западной Европе, Индии, Африке, Северной Америке.
Две другие легочные рыбы нашего времени - протоптер и лепидосирен - отличаются от рогозуба устройством своего плавательного пузыря, превратившегося в легкие. Именно, он у них двойной, тогда как у рогозуба - непарный. Протоптер довольно широко распространен в реках тропической Африки. Вернее сказать, он живет не в самых реках, а в болотах, которые тянутся рядом с руслом рек. Питается он лягушками, червями, насекомыми, раками. При случае протоптеры нападают и друг на друга. Их плавники не годятся для плавания, а служат для опоры о дно при ползании. У них имеется даже нечто вроде локтевого (и коленного) сустава приблизительно на середине длины плавника. Эта замечательная особенность показывает, что у легочных рыб еще до оставления ими водной стихии могли выработаться приспособления, которые очень пригодились им для жизни на суше.
От времени до времени протоптер поднимается на поверхность воды и набирает воздух в легкие. Но рыбе этой приходится туго в сухое время года. Воды в болотах почти не остается, и протоптер закапывается в ил на глубину около половины метра в особого рода нору; здесь он лежит, окруженный затвердевшей слизью, выделенной его кожными железами. Эта слизь образует вокруг протоптера как бы скорлупу и не дает ему вполне высохнуть, поддерживая кожу во влажном состоянии. Сквозь всю корку идет ход, который оканчивается у рта рыбы и через который она дышит атмосферным воздухом. Во время этой спячки плавательный пузырь служит единственным органом дыхания, так как жабры тогда не работают. За счет чего идет в это время жизнь в теле рыбы? Она сильно худеет, теряя не только свой жир, но и часть мяса, подобно тому, как за счет накопленного жира и мяса живут во время зимней спячки и наши звери - медведь, сурок. Сухое время в Африке длится добрые полгода: на родине протоптера - с августа по декабрь. Когда же пойдут дожди, жизнь в болотах воскреснет, скорлупа вокруг протоптера растворяется, и он возобновляет свою оживленную деятельность, готовясь теперь к размножению.
Вылупившиеся из икринок молодые протоптеры больше похожи на саламандр, чем на рыб. У них длинные наружные жабры, как у головастиков, и кожа покрыта разноцветными пятнами. В это время плавательного пузыря еще нет. Он развивается тогда, когда наружные жабры отпадают, совершенно так же, как это бывает у молодых лягушат.
Третья легочная рыба - лепидосирен - живет в Южной Америке. Свою жизнь она проводит почти так же, как африканский ее родственник. И потомство у них развивается очень сходно.
Больше двоякодышащих рыб не сохранилось. Да и те, которые еще остались, - рогозуб, протоптер и лепидосирен - приблизились к закату своего века. Их время давно миновало. Но они дают нам понятие о далеком прошлом и тем особенно для нас интересны.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .