Восточная Сахара, некогда бывшая океанским дном, хранит секрет одного из самых удивительных превращений за всю историю животного мира.Тридцать семь миллионов лет назад 15-метровый гибкий зверь с огромной пастью и острыми зубами умер и погрузился на дно древнего океана Тетис. Многие тысячелетия над его остатками рос слой осадков. Затем море отступило, и, когда прежнее дно обернулось пустыней, ветер начал сдувать песчаник и глину, под которыми покоились кости. Мир потихоньку менялся. Сдвиги земной коры вдавливали Индостан в Азию, поднимая к небесам Гималаи... В Африке предки человека встали на ноги и сделали первые шаги... Фараоны воздвигли пирамиды... Возвысился и пал Рим... А ветер все дул и дул. И тут объявился Филип Джинджерич, палеонтолог из Мичиганского университета, пожелавший довершить работу стихии.
Однажды на закате (дело было в ноябре прошлого года) Джинджерич лежал в египетской пустыне, вытянувшись во весь рост вдоль спинного хребта существа, известного под именем базилозавр (Basilosaurus). Песок вокруг него был усеян ископаемыми акульими зубами, иглами морских ежей и рыбьими костями. «Я провел столько времени среди этих подводных созданий, что, можно сказать, живу в их мире, – сказал он, указывая кисточкой на позвонок размером с хороший пень. – Когда я смотрю на эту пустыню, я вижу океан». Джинджерич пытался найти важнейшую часть скелета этого существа, и ему надо было поторапливаться. Начинало смеркаться, а в лагерь нужно вернуться прежде, чем его коллеги начнут беспокоиться. Вади-аль-Хитан – так называется этот уголок пустыни – место красивое, но ошибок не прощает. Наряду с костями доисторических монстров Джинджеричу случалось находить и бренные людские останки.
Если наука не может объяснить, как киты произошли от наземных животных, не значит ли это, что они никогда и ни от кого не происходили?
Он прошелся вдоль хребта к хвосту, тыкая ручкой своей кисточки в песок вокруг каждого позвонка. Потом остановился и положил инструмент на землю. «Вот она, золотая жила», – сказал Филип и, осторожно разгребая песок пальцами, обнажил тонкую кость не длиннее 20 сантиметров. «Не каждый день, знаете ли, приходится видеть ногу кита», – обронил он, с благоговением поднимая находку обеими руками.
Базилозавр и в самом деле был китом, но этот кит обладал парой тонких задних ножек, торчавших у него по бокам. Эти забавные лапки, полностью сформированные, но бесполезные (по крайней мере для ходьбы) – важнейшая деталь, необходимая для понимания того, как современные киты, великолепно приспособленные к жизни в водной среде, произошли от млекопитающих, некогда ходивших на четырех лапах по суше. Большую часть своей научной карьеры Джинджерич посвятил изучению этого превращения – возможно, самого необычного во всей истории животных. И ему удалось показать, что киты, еще недавно верно служившие противникам эволюционного учения в качестве доказательства неизменности форм, на самом деле, являются одним из наиболее наглядных свидетельств эволюции.
«Полностью сохранившиеся скелеты, вроде этого базилозавра, – настоящие Розеттские камни палеонтологии, – заметил Джинджерич, когда мы возвращались на машине в полевой лагерь. – По ним куда точнее можно судить об образе жизни животного, чем по отдельным костям».
Про Вади-аль-Хитан («Долину китов») давно известно, что здесь таких «Розеттских камней» необычайно много. За последние 27 лет Джинджерич и его коллеги обнаружили в этой местности остатки более сотни китов – а в дальнейшем их будет найдено куда больше.
Приехав в лагерь, мы встретились с несколькими членами группы Джинджерича, которые сами только что вернулись с раскопов. Вскоре мы уже обсуждали результат их работы за ужином, состоявшим из жареной козлятины, лаваша и пюре из бобов фава.
Мухаммад Самех, главный смотритель природоохранной зоны Вади-аль-Хитан, который искал китов восточнее, чем Джинджерич, сообщил, что обнаружил несколько новых костных скоплений – очередных подсказок для разгадки одного из самых сложных ребусов естественной истории. Ийад Залмут, доктор наук из Иордании, и аспирант Райан Бебеж раскапывали переднюю часть кита, торчавшую из утеса. «Мы думаем, что там скрыт и весь остальной скелет», – сообщил Залмут.
Неправильные звери. Общим предком всех наземных позвоночных было плоскоголовое, похожее на саламандру четвероногое существо, выбравшееся из воды на топкий берег около 360 миллионов лет назад. Млекопитающие оказались последними в череде его сухопутных потомков. Но киты принадлежали к небольшой группе млекопитающих, которая совершила резкий эволюционный разворот и вернулась к водному образу жизни.
Вопрос о том, как китам это удалось, ставил в тупик величайших ученых. Чарлз Дарвин понимал, что эта головоломка – один из самых сильных доводов против его теории эволюции путем естественного отбора, и потому попытался решить ее уже в первом издании «Происхождения видов». Он указал, что некоторые люди наблюдали, как американские черные медведи по нескольку часов кряду плавают по озеру с открытой пастью, поедая упавших в воду насекомых. «Я не вижу ничего невозможного в том, что какая-то группа медведей путем естественного отбора становилась все более и более приспособленной по своему телосложению и повадкам к водной среде обитания, причем их пасти становились все больше и больше, – писал Дарвин, – пока в конце концов не появилось такое исполинское существо, как кит». Однако критики так жестко высмеивали обрисованную им картину, что при переизданиях книги Дарвин снял этот пассаж.
Почти столетие спустя Джордж Гэйлорд Симпсон, выдающийся палеонтолог ХХ века, все еще искал место китов на генеалогическом древе млекопитающих, во всех прочих отношениях казавшимся ему полностью упорядоченным. «В целом китообразные являются наиболее странными и ни на кого не похожими млекопитающими, – брюзгливо замечал он. – На эволюционной лестнице для них нет подходящей ступени. Их можно представить группой, отколовшейся от любого из существовавших в то время отрядов или надотрядов и начавшей развиваться в совершенно ином направлении».
Если наука не может объяснить, как киты произошли от наземных животных, не значит ли это, вопрошали критики теории эволюции, что они никогда и ни от кого не происходили?
Ведь наземное животное, начав приспосабливаться к жизни в воде, не будет уже «ни рыбой, ни мясом» и не выживет ни в одной среде. А если киты и в самом деле преодолели этот грандиозный путь, то где окаменелости, подтверждающие это? «Анатомические различия между китами и наземными млекопитающими настолько велики, что до появления кита в его нынешнем виде древние моря должны были бороздить бессчетные переходные формы, – писали авторы одного антинаучного сочинения, изданного в 1989 году. – Пока же эти переходные формы обнаружены не были».
Филип Джинджерич, сам того не желая, принял непростой вызов в середине 70-х. Получив степень в Йельском университете, он начал раскопки в бассейне реки Кларкс-Форк в штате Вайоминг. Там он собирал свидетельства стремительного расцвета млекопитающих, случившегося всего через десять миллионов лет после того, как динозавры вымерли. В 1975 году, надеясь проследить пути миграций млекопитающих из Азии в Северную Америку, Джинджерич начал полевые работы на севере Пакистана. Однако его ждало разочарование: выяснилось, что отложения возрастом 50 миллионов лет, которые он выбрал здесь для исследований, образовались не на суше, а на дне морей, представлявших собой восточную окраину океана Тетис. Когда в 1977 году его группа отрыла несколько тазовых костей, их в шутку приписали «ходячему киту» – абсурдная идея! В то время у наиболее изученных ископаемых китов не находили никаких отличий от современных: они уже могли слышать под водой, плавали с помощью мощного хвоста и не имели задних конечностей.
Затем, в 1979 году, один из членов этой группы Джинджерича нашел череп размером с волчий, но с большими костными гребнями сверху и по бокам – к ним крепились мощные мышцы челюстей и шеи. Еще более странным было то, что собственно черепная полость оказалась чуть больше грецкого ореха. Несколько позднее Джинджерич обнаружил несомненные окаменелости древних китов в музеях Индии и понял, что это была за черепная коробка. «У первых китов был большой череп и относительно маленький мозг, – рассказывал палеонтолог. – Я понял, что тот череп мог принадлежать очень примитивному киту».
В своей мичиганской лаборатории Джинджерич извлек череп из камня, где тот был заключен, и у его основания обнаружил косточку размером с виноградину, а на ней – выступ в форме буквы S. И сама косточка, называющаяся слуховой буллой, и S-образный выступ на ней – две важные особенности китов, помогающие им слышать под водой. Однако у черепа отсутствовало несколько других элементов, которые есть у современных китов и предназначены для того, чтобы определять направление звука. Ученый догадался, что открытое им животное, возможно, вело полуводный образ жизни, время от времени возвращаясь на сушу.
«Знать, что у этого огромного животного, никогда не ступавшего на берег, все еще были настоящие ступни и пальцы, – необычайно волнующе».
Китовые ноги. Обнаружив самого примитивного из известных китов, которого он назвал пакицетом (Pakicetus), Джинджерич взглянул на китообразных по-новому. «Я стал все больше и больше задумываться о том грандиозном скачке из одной среды обитания в другую, который они совершили, – вспоминает он. – Сначала это существо было наземным животным, а превратилось в буквальном смысле слова во внеземное. Потому я и увлекся поиском тех многочисленных переходных форм, которые возникали во время этого гигантского прыжка с земли назад в море. Хочется найти их всех».
В 1980-е годы Джинджерич сосредоточился на исследовании в Вади-аль-Хитане. Вместе с женой, палеонтологом Холли Смит, и коллегой из Мичигана Уильямом Сандерсом он начал поиск китов в отложениях, накопившихся примерно на десять миллионов лет позднее тех, где был обнаружен пакицет. Трое ученых откопали частично сохранившиеся скелеты китов, которые полностью перешли на водный образ жизни, вроде базилозавра или меньшего по размерам, пятиметрового, дорудона (Dorudon). Исследуемый район изобиловал скелетами таких существ. «Когда хоть немного поживешь в Вади-аль-Хитане, везде начинают мерещиться киты, – говорит Смит. – А еще через некоторое время понимаешь, что они и впрямь везде! Вскоре мы убедились, что всех китов нам выкопать не удастся, и стали наносить места находок их остовов на карту, откапывая лишь самые многообещающие экземпляры».
Только в 1989 году группе удалось найти то, что она искала, – звено, связывающее китов с их наземными предками. Открытие, как это нередко бывает, было сделано случайно. Ближе к концу экспедиции, извлекая из песка скелет базилозавра, Джинджерич впервые обнаружил коленный сустав задней ноги кита, и оказалось, что сама нога располагалась гораздо дальше от головы, чем предполагалось ранее. Теперь, когда исследователи знали, где искать остатки задних конечностей, они вернулись к некоторым скелетам, ранее отмеченным на карте, и нашли бедренную, большую и малую берцовую кости, а также горсточку костей, составлявших скелет ступни и лодыжки. В последний день экспедиции Холли Смит собрала и полный комплект тонких фаланг пальцев длиной два с половиной сантиметра. Увидев эти крохотные косточки, Холли буквально заплакала: «Знать, что у этого огромного животного, никогда не ступавшего на берег, все еще были настоящие ступни и пальцы; сознавать, какое значение это имеет для понимания эволюции китов, – необычайно волнующе».
Задние ноги базилозавра, хотя и не могли поддерживать эту тушу на берегу, все же не были рудиментами. Ими управляли сильные мышцы, сгибавшие коленный и голеностопный суставы. Джинджерич не исключает, что такие лапки использовались при спаривании, чтобы удержать партнера. «Сложно, наверное, было контролировать, что происходит там, в дальнем конце этого длинного змееподобного тела, так далеко от мозга», – говорит он.
Неважно, для чего нужны были базилозавру его маленькие ножки, важно, что их наличие подтвердило существование у китов предков, которые ходили, бегали и скакали по суше. Однако кто именно были эти предки? Вопрос оставался открытым. Некоторые элементы скелета ранних китов, в особенности их большие треугольные коренные зубы, очень напоминают зубы мезонихий – вымерших копытных. Эти копытные были первыми хищными млекопитающими, а один из них – эндрюсарх – самым крупным наземным хищником за всю историю этого класса. В 1950-е годы иммунологи обнаружили, что по биохимии крови киты ближе всего к парнокопытным – отряду, включающему свиней, оленей, быков и других копытных с четным числом пальцев. К началу 1990-х молекулярные биологи, изучающие гены, выяснили, что ближайшим современным родственником китов является бегемот, тоже парнопалое животное.
Джинджерич и другие палеонтологи больше доверяли окаменелостям, нежели молекулам. Они были убеждены, что киты произошли от мезонихий. Но чтобы подтвердить эту гипотезу, Джинджеричу нужно было найти еще одну конкретную кость, а именно таранную.
Эта кость, часть лодыжки, – один из самых характерных элементов скелета парнокопытных, поскольку у них она имеет необычную форму двойного шкива: на обоих концах кости есть желобки, похожие на канавки на ободке шкива. Такая форма кости делает парнокопытных более прыгучими и маневренными, чем остальные четвероногие, у которых таранная кость имеет желобок только с одной стороны. (Понятно, что у нынешних китов таранных костей нет вовсе.)
Дело – в бабках. Первый в своей жизни скелет лодыжки кита Джинджерич увидел в 2000 году в Пакистане. Его аспирант Ийад Залмут нашел обломок кости с желобками среди остатков недавно открытого вида – артиоцета (Artiocetus), жившего 47 миллионов лет назад. Буквально через несколько минут геолог Мунир уль-Хак обнаружил поблизости похожую кость. Поначалу Джинджерич думал, что эти кости были таранными костями левой и правой ноги животного – то есть подтверждали его гипотезу. Однако когда Филип положил их вместе, его смутила легкая асимметрия обломков. Размышляя над этим, он крутил обломки в руках, словно два сложных кусочка пазла, и вдруг они идеально подошли один к другому, образовав таранную кость как у парнокопытных.
Тем же вечером по пути в лагерь Джинджерич и его коллеги проходили мимо группы деревенских ребятишек, игравших в бабки. Бабки, как положено, были настоящими таранными костями коз. Люди, как известно, тысячелетиями использовали эти кости парнопалых для игр и гадания. Залмут попросил у детей одну бабку и вручил ее Джинджеричу. Весь оставшийся вечер он в изумлении наблюдал, как профессор сидит, держа кость козы и кость кита и переводя взгляд с одной на другую. Сходство было бесспорным. «Это было важнейшее открытие, но оно спутало мне все карты, – улыбается Джинджерич. – Как бы то ни было, теперь мы знали, откуда взялись киты. Оказалось, что предположение насчет их родства с бегемотами не было фантазией». Все-таки лабораторные ученые бывают правы!
За время, прошедшее с тех пор, Джинджерич и его коллеги заполнили пробелы в истории китов – зуб за зубом, палец за пальцем. Ученый полагает, что первые китообразные могли иметь строение как у антракотериев – травоядных, напоминавших бегемотов и обитавших в болотистых низинах более 50 миллионов лет назад. (По версии палеонтолога Ханса Тевиссена, киты произошли от животного, схожего с индохиусом, доисторическим полуводным парнокопытным, похожим на оленя, а размером с енота.) Каков бы ни был размер и телосложение первых китов, они появились примерно 55 миллионов лет назад, как и все остальные современные отряды млекопитающих, во время глобального потепления. Эти киты обитали у восточных берегов океана Тетис, там, где плескались теплые морские воды. В богатых пищей и свободных от ящеров морях около 50 миллионов лет назад появились киты, подобные пакицету – искусному пловцу, который все еще возвращался на берег.
Приспособившись к жизни в воде, киты получили доступ к среде, свободной от конкурентов, – идеальные условия для эволюционного взрыва. И взрыв произошел: океан заселили множество китоподобных существ, но большая часть экспериментальных форм вымерла задолго до нас. Среди китов той поры выделяются огромный, массой более 700 килограммов, засадный хищник амбулоцет (Ambulocetus) с короткими толстыми лапами и огромными челюстями, длинношеий даланист (Dalanistes) c головой как у цапли и макарацет (Makaracetus) с коротким хоботом, который он, возможно, использовал для сбора моллюсков.
Внеземные существа. Преимущества водной жизни увлекали китов все дальше в открытое море, и примерно 45 миллионов лет назад возникли формы с укороченной жесткой шеей и вытянутой, похожей на нос корабля, мордой. Такое строение позволяло эффективно преодолевать сопротивление воды. Задние конечности уподобились коротким толстым отросткам, а пальцы на них вытянулись. Между пальцами появились перепонки, и лапы стали напоминать утиные – только с крошечными копытцами, унаследованными от предков. У некоторых китов появились мощные хвосты, резким вертикальным взмахом толкающие тело сквозь водную толщу. Этот способ передвижения стимулировал развитие все более длинного, до 67 позвонков, и гибкого позвоночника. Ноздри сдвинулись вверх и превратились в дыхала. По мере того как киты стали погружаться все глубже, их уши становились более чувствительными к подводным звукам, усиленным жировыми подушками, которые располагались в особых каналах, проходивших по всей длине челюстей, и улавливали вибрации, словно подводные антенны.
Как бы хорошо ни были эти древние киты приспособлены к жизни в море, им все-таки приходилось выползать на берег на своих перепончатых лапах, чтобы найти партнера для спаривания и безопасное место для выращивания потомства. Однако спустя еще несколько миллионов лет киты прошли точку невозврата. Базилозавр и его родичи никогда не ступали на сушу, преспокойно плавая в открытом море. Их тела уже были полностью приспособлены к водной среде: передние конечности укоротились и приобрели жесткость, превратившись в плавники; на конце хвоста появились широкие лопасти, преобразовавшие этот орган в подвод-?ное крыло; таз отчленился от позвоночного столба, что увеличило мах хвоста. И все же у них еще сохранялись, словно талисман из давно забытого наземного прошлого, задние ноги, в которых было все, что положено: крошечные колени, ступни, лодыжки и пальцы...
Дети оледенения. Переход от базилозавров к современным формам начался 34 миллиона лет назад. Случившееся тогда похолодание привело к превращению океанских течений в конвейер, несущий теплые воды к полюсам, где они охлаждаются и опускаются вниз, чтобы вернуться из глубин, будучи обогащенными питательными веществами, у западных берегов Африки и Америки. В таких акваториях бурно развиваются планктонные рачки. Этот пищевой ресурс и позволил китам освоить новые ниши, что привело к появлению эхолокации, теплоизолирующего жира и китового уса – особого органа для выцеживания планктона.
Сегодня, во многом благодаря Джинджеричу, история китообразных, представленная в окаменелостях, являет собой одно из самых великолепных доказательств теории эволюции, а вовсе не ее опровержение. По иронии судьбы, ученый вырос среди менонитов Айовы, в семье с твердыми религиозными устоями. Его дед, фермер, был еще и проповедником в миру. «Мой дед, – говорит Филип, – никогда не заводил речь об эволюции. Знаете, это были люди величайшей скромности, которые высказывали свое мнение, только если достаточно хорошо разбирались в предмете разговора».