Ошибки природы: Пределы и несовершенство естественного отбора - Энди Добсон

всех известных сухопутных животных, существовавших как до, так и после них; масса самых крупных могла превышать 100 т (что существенно больше, чем может поднять 230-местный «Боинг–737»). Для сравнения, самый тяжелый динозавр, не относящийся к зауроподам, – гадрозавр Shantungosaurus giganteus – весил около 20 т, то есть примерно столько же, сколько самое тяжелое наземное млекопитающее, вымерший слон палеолоксодон (Palaeoloxodon namadicus)[131].

Причина, почему зауроподы стали столь массивными, до сих пор является предметом множества исследований и дискуссий. Большинство палеонтологов исходят из того, что чем больше размер, тем лучше для животного; чем крупнее растительноядное, тем эффективнее его пищеварение (по крайней мере, теоретически – так как пища дольше переваривается) и тем меньше риска стать жертвой хищников. Загадка, следовательно, заключается не столько в том, почему они достигли таких впечатляющих размеров, сколько в том, как им это удалось, учитывая, что ни у одной другой группы наземных животных ни до ни после этого не получилось. Существует два очевидных ограничения (ни одно из которых не применимо к водным видам, таким как киты, которые могут быть крупнее самых больших зауропод): во-первых, большой размер подразумевает высокие энергетические затраты только на обычное передвижение (китам плавучесть в воде существенно облегчает борьбу с гравитацией), а, во-вторых, массивное бочкообразное тело затрудняет теплоотдачу (опять же, в воде эта проблема не столь существенна). Третья проблема не так очевидна и проявляется лишь при рассмотрении всего жизненного цикла зауропод, а не только взрослых особей: темпы роста – а значит, и эффективность метаболизма – должны быть очень высокими, иначе преимущества гигантского размера в значительной степени теряются; сравнительно маленькому детенышу зауроподы, столкнувшемуся с голодным тираннозавром, не поможет то, что через 40 лет он станет слишком огромным, чтобы на него решился кто-нибудь напасть. Для достижения заветных устрашающих размеров зауроподы должны были разрешить все эти проблемы, и они, похоже, осуществили это благодаря весьма специфическому сочетанию признаков.

У большинства крупных растительноядных есть коренные зубы, которые действуют как жернова, растирающие растительную массу, прежде чем она попадет в желудок, но у зауропод были мелкие зубы, пригодные только для объедания растительности, но не для жевания. Они явно не пережевывали пищу тщательно перед проглатыванием, но, хотя это повышало нагрузку на желудок (так как более крупные частицы пищи медленнее перевариваются), это также означало, что голова могла оставаться маленькой, что позволяло удлинять шею, не создавая больших нагрузок на позвоночник. Возможно, длинная подвижная шея сыграла ключевую роль в успехе зауропод; она не только обеспечивала доступ к растениям, до которых не могли дотянуться более мелкие конкуренты, но также позволяла ее обладателю охватывать огромные участки растительности, не двигаясь с места, а значит, давала значительную экономию энергии. В то же время проблему с пищеварением можно было решить, просто удерживая пищу в желудке дольше – а при массивных размерах это не так уж сложно. Таким образом, маленькая голова позволяла иметь длинную шею, которая помогала компенсировать затраты на огромное туловище, которое, в свою очередь, могло справляться с дополнительной нагрузкой на пищеварение, возникавшую из-за плохого пережевывания. Но размер шеи влек за собой отдельную проблему, а именно необходимость вдыхать огромный объем воздуха, чтобы необходимое его количество попадало в легкие (из-за так называемого дыхательного мертвого пространства – объема воздухоносных путей, в которых не происходит газообмен). Этот фактор должен был бы ограничить соотношение длины шеи и размера тела, но зауроподы нашли иное решение.

Млекопитающие используют так называемое приливное дыхание: воздух поступает в легкие на вдохе и выходит тем же путем на выдохе. У птиц система дыхания совсем иная. Их легкие сравнительно неэластичны, и объем существенно не изменяется во время дыхательного цикла, воздух может двигаться через них только в одном направлении. Кроме того, у птиц имеется в среднем 9–10 воздушных мешков, которые действуют по принципу мехов, накачивая воздух. Воздушные мешки расположены по обе стороны легких, спереди и сзади, а строение бронхов и клапанов таково, что свежий, насыщенный кислородом воздух, поступающий через трахею, при вдохе разделяется на два потока. Половина его проходит через легкие, где происходит поглощение кислорода, а затем попадает в передние воздушные мешки. Вторая половина, минуя легкие, попадает в задние. При выдохе обе группы мешков выпускают воздух из организма, при этом воздух из передних мешков поступает непосредственно в трахею (а оттуда выводится наружу), а воздух из задних мешков предварительно проходит через легкие.

Дыхательная система птиц чрезвычайно эффективна. Поскольку насыщенный кислородом воздух проходит через легкие, как при вдохе (из трахеи), так и при выдохе (из задних воздушных мешков), кровь непрерывно насыщается кислородом. В организме млекопитающих такой газообмен происходит только при вдохе. Дополнительное преимущество состоит в том, что воздушные мешки значительно повышают рассеивание тепла, что важно для охлаждения грудных мышц, управляющих полетом.

Возможно, вы уже догадались, куда я клоню. Такая инновационная дыхательная система возникла, по-видимому, не только у птиц; у зауропод через позвонки проходили воздушные мешки, и, хотя мы не можем с уверенностью подтвердить наличие у них нескелетных воздушных мешков, данные морфологических исследований, основанные на сравнении этих динозавров с птицами, позволяют предположить, что у первых они все же имелись. Это была козырная карта зауропод. Обладая дыхательной системой птичьего типа, они могли успешно решить проблему «мертвого пространства» за счет гораздо более эффективного газообмена; это позволяло им поддерживать уровень метаболизма, необходимый для быстрого роста, одновременно избегая возможного перегрева. Палеогистологические данные исследований костей зауропод с помощью микроскопии указывают на то, что темпы роста у них действительно были феноменальные; особи крупнейших видов могли увеличиться в массе на четыре порядка[132] за двадцать лет. Ни одна современная рептилия не может приблизиться к подобному темпу метаболической активности.

У гигантских зауропод, естественно, были непомерные аппетиты. Самые крупные особи, вероятно, съедали около 200 кг растительной массы ежедневно – и если эта цифра недостаточно впечатляет, то отметим, что в год это составляло 73 т. На протяжении 100 млн лет это не вызывало особых проблем. Растения росли в изобилии, а у зауропод были не только длинные шеи, позволявшие им дотянуться до всего, что растет (зачастую не сдвинувшись ни на шаг), но также и достаточные размеры (во взрослом состоянии), чтобы подолгу кормиться, не опасаясь хищников. Однако 66 млн лет назад, в пору расцвета D. schrani, когда этот ящер был самым массивным из всех живших в то время наземных животных, мир изменился.

Астероид диаметром около 11 км врезался в Землю к северу от современного Юкатана в Мексике. Удар был в несколько миллиардов раз мощнее взрыва атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 г.; от него образовался кратер более 180 км диаметром и 20 км в глубину, море вокруг закипело, а многотонные куски породы разлетелись со скоростью, достаточной, чтобы покинуть пределы атмосферы Земли. При повторном попадании в атмосферу эти твердые осколки раскалились до свечения, вызвав волну жара по всей планете и поливая леса «зажигательными снарядами». В то же время колоссальные ударные волны сотрясали земную кору, вызывая по всей планете землетрясения и цунами. Маловероятно, что в последующие 24 часа выжили хоть какие-то наземные существа в радиусе 500 км, но худшее было еще впереди. В результате столкновения в атмосферу поднялось столько пыли, сажи и сульфатных аэрозолей, что они закрыли солнце на целое десятилетие. Средняя температура воздуха на Земле упала на 10 ℃. Растениям и планктону было трудно осуществлять фотосинтез, и питавшиеся ими животные вскоре начали умирать от голода.

Самые крупные из них оказались наименее стойкими.

Как и стеллерова корова, Dreadnoughtus schrani был одурачен (в метафорическом смысле, конечно) эволюцией. Он сложил все яйца в корзину гигантизма, который является удачной стратегией только в очень предсказуемой среде. Когда времена изобилия подошли к концу, привычка поедать 73 т растительной пищи в год стала роковой слабостью, а мелкие животные – особенно детритофаги, которые могли питаться всем чем угодно, – внезапно оказались в выигрыше. Существа с массой тела ниже 25 кг практически[133] единственные, кто избежал ловушки, расставленной эволюцией за миллионы лет стабильности, и стали победителями, уцелев