Отпечатки жизни. 25 шагов эволюции и вся история планеты

Батюшки, живые змеи!

Если и есть среди животных те, на кого человек всегда остро реагирует, — это, безусловно, змеи. Они — одни из самых ненавистных и устрашающих животных, хотя в действительности большинство змей полезны человеку, так как истребляют грызунов и других вредителей. И всё же люди испытывают перед змеями сильный, зачастую иррациональный страх, который может перерасти в парализующую фобию (офидиофобию). Холодные немигающие глаза змей, трепещущие языки и ползание на брюхе многих нервирует.

Главный фактор этого практически всеобщего страха перед змеями заключается в том, что некоторые из них ядовиты. Десять наиболее распространённых змей в Австралии крайне опасны, поэтому страх оправдан. В тропической Азии и Африке ядовитые змеи тоже составляют значительный процент. Правда, в США распространены лишь три ядовитых вида: гремучая змея, медноголовый щитомордник и водяной щитомордник. Они соседствуют с более многочисленными безвредными змеями, которых мы часто убиваем. Большинство людей отказывают змее в праве на жизнь, тем более не стремятся изучить и понять её. Исключением являются те из нас, кто интересуется естествознанием; есть даже такие, чьё увлечение рептилиями превращается в серьёзный интерес, а иногда и в научную карьеру в области герпетологии.

Вероятно, поскольку мы сосуществовали со змеями на протяжении долгой эволюционной истории, змеи оставили глубокий след в человеческой культуре, часто фигурируют в мифах и легендах. В Древнем Египте кобра украшала корону фараона. У Медузы, одной из горгон в древнегреческой мифологии, змеи росли на голове вместо волос. Гераклу довелось убить Лернейскую гидру, отрубив ей девять змеиных голов, причём на месте каждой отсечённой головы вырастала новая. Греки также высоко ценили медицинские свойства змей, поэтому жезл кадуцей — символ исцеления, обвит двумя змеями. Змеи почитаются в индуизме и буддизме. Например, шея индуистского бога Шивы увита змеями, бог Вишну изображается спящим на семиглавой змее или среди её колец. Кроме того, змеи играли важную роль в центральноамериканской мифологии и религии. Китайцы издавна их почитали, а также считали деликатесом в традиционной кухне. Змея — один из 12 знаков китайского зодиака. Наконец, в третьей главе Книги Бытия змей в Эдемском саду склоняет Еву вкусить плод с Древа познания добра и зла. Даже в наше время есть христианские секты, практикующие ритуал змееношения (большинство его участников умирают от ядовитых укусов).

Независимо от вашего субъективного отношения к змеям, это, бесспорно, одна из самых успешных и разнообразных групп животных на Земле. Несмотря на специализированный хищнический образ жизни (все змеи питаются исключительно живой добычей), насчитывается 2900 видов этих животных, объединённых в 29 семейств и множество родов. Они распространены от Северного полярного круга в Скандинавии и далее на юг. Встречаются на всех континентах, кроме Антарктики, и даже на высоте 4900 м в Гималаях. Живут и ниже уровня моря, в тёплых прибрежных водах от Индийского океана до Западной Пацифики. На многих островах змеи не водятся: Гавайи, Исландия, Ирландия, Новая Зеландия, большинство островов в южной части Тихого океана. Но не потому, что их оттуда изгнал святой Патрик или кто-то другой. Скорее всего, змеям просто не удалось попасть на эти острова с ближайших материков, даже когда уровень моря снизился на пике последнего Великого оледенения и большинство сухопутных животных перебрались на отдалённые острова. Некоторые из этих островов (например, Ирландия) были практически полностью покрыты ледяными щитами, тогда как другие (Гавайи) просто находились слишком далеко.

Змеи обладают многими примечательными чертами, некоторые из них уникальны. Так, их череп состоит из ряда мелких костных распорок, сочленённых эластичными связками и сухожилиями (рис. 13.1). Поэтому змеи могут широко разевать пасть и целиком захватывать живую добычу, а потом медленно перемалывать челюстями тело, пока жертва не будет полностью проглочена. Ещё змеи умеют задерживать дыхание, пока добыча не пройдёт через глотку, и неделями медленно переваривают такую пищу целиком. Всё это время они часто находятся в состоянии оцепенения и прячутся, пока не закончится сложный процесс переваривания твёрдого непережёванного скелета. Можно наблюдать, как ком плоти продвигается по змеиному телу по ходу пищеварения.

Рис. 13.1. Змеиный череп с изящными костями (из фонда Wikimedia Commons)

Хотя некоторые змеи видят хорошо, большинство из них различают лишь размытое изображение вокруг себя и обычно реагируют в первую очередь на движение; есть и слепые змеи. Не полагаясь на зрение, большинство из них пробуют воздух трепещущим языком, пользуясь вомероназальным органом, расположенным на верхнем нёбе и интерпретирующим улавливаемые запахи. Кроме того, на морде у многих змей есть специальные теплочувствительные ямки, помогающие им обнаруживать теплокровных животных (как хищников, так и добычу). Змеи утратили наружные уши, поэтому большинство из них «слушают» вибрацию, отдающуюся в нижней челюсти. Хотя бы поэтому «заклинание змей» — вымысел: поскольку выпрямляющаяся змея должна припадать нижней челюстью к земле, чтобы что-нибудь услышать, она реагирует на движения заклинателя, а не на звуки флейты.

Вслед за черепом у змеи идут от 200 до почти 400 позвонков. Для сравнения: у человека всего 33 позвонка, а у большинства хвостатых животных — до 50. Практически всё тело змеи состоит из многочисленных рёбер, покрытых перекрещивающимися мышечными связками, с помощью которых змея двигается и извивается при ползании. Большая часть змеиного тела — очень длинный туловищный отдел («грудная клетка») и короткий хвост. Обычно у змеи два лёгких, но левое может быть сильно редуцировано или отсутствовать, так как объём тела ограничен. Самые примитивные змеи (особенно удавы и близкие им виды) имеют рудименты бедренных и тазовых костей. Они утратили функцию конечностей, но используются во время брачных игр и поединков. Эти рудименты свидетельствуют о том, что предки змей были четвероногими животными.

При столь специфическом строении тела змеи могут иметь очень разные размеры. Самая маленькая — барбадосская узкоротая змея, всего 10 см в длину, вполне может обвиться вокруг небольшой монетки. Большинство змей вырастают до метра и более — они достаточно велики, чтобы одолеть свою типичную добычу: грызунов, других мелких млекопитающих и птиц (иногда и других змей). Настоящие гиганты — сетчатый питон и анаконда, два огромных удава. Анаконда — змея-пловец, уволакивающая добычу под воду и выдавливающая из неё воздух. Она может достигать 6,6 м в длину и весить до 70 кг. Сетчатый питон не такой массивный, но бывает ещё длиннее — до 7,4 м. Обе змеи так велики, что могут заглатывать и крупную добычу: коз, овец, телят, капибар. Однако они несравнимы с гигантами прошлого.

Титанобоа, недавно открытая в палеоценовых отложениях на территории Колумбии (возраст — 60–58 млн лет) обнуляет рекорды современных змей, той же анаконды (рис. 13.2). Хотя она известна по сотням позвонков и фрагментам черепа, размеры костей настолько велики, что, по оценкам учёных, змея могла достигать длины в 15 м (примерно со школьный автобус) и весить около 1135 кг. Титанобоа жила примерно через 5 млн лет после вымирания динозавров. В тропических болотах Колумбии рядом с ней обитали огромные крокодилы, черепахи и иные колоссальные рептилии. Вероятно, она вырастала до таких размеров благодаря отсутствию крупных хищных млекопитающих, которые ещё не развились, а также гигантских динозавров. Соответственно, ниша суперхищников была занята огромными рептилиями: змеями, крокодилами, черепахами.

Рис. 13.2. (А) Джонатан Блоч сравнивает большой позвонок титанобоа с более мелким позвонком анаконды; (Б) реконструкция титанобоа в натуральную величину ((А) фотография Jeff Gage, Флоридский музей естественной истории; (Б) фотография предоставлена Смитсоновским институтом)

Титанобоа побила прежний рекорд, принадлежавший гигантофису — огромной змее из вымершего гондванского семейства матсоид, известной по эоценовым отложениям в Египте и Марокко (жила 40 млн лет назад). Гигантофис достигал 10,7 м в длину, то есть был намного больше крупнейшей анаконды или сетчатого питона. Ещё одна змея из семейства матсоид называется вонамби и жила в Австралии в эпоху последнего ледникового периода. Она имела 6 м в длину и была одной из огромнейших рептилий и крупнейших хищников материка. Однако голова у неё была маленькая, и она не могла есть дипродонтов — родственников вомбата, сравнимых по размеру с носорогом, либо гигантских кенгуру, населявших Австралию во времена ледникового периода. Хотя с почти любой другой дичью гигантофис справлялся. Эта змея вымерла около 50 тыс. лет назад, вместе с многими представителями сумчатой австралийской мегафауны.

Откуда взялись змеи

Змеи демонстрируют чудеса адаптации и эволюционного успеха, причём с тех времён, когда с лица Земли исчезли динозавры. Но откуда они взялись? Как четвероногая рептилия превратилась в змею? Где переходные формы, подтверждающие такую эволюцию?

На самом деле потеря ног — простейшая часть трансформации. Это произошло со многими группами четвероногих животных, и все они развивались независимо. К безногим рептилиям относятся не только змеи, но и группа существующих ныне амфисбен, а также некоторые ящерицы, в том числе отдельные сцинки, австралийские чешуеноги, веретеницы и желтопузики. Среди амфибий выделяются безногие (Apoda), у которых развились червеобразные тела, а также сирены, сохранившие укороченные передние конечности и утратившие задние. Кроме того, минимум две вымершие группы амфибий, аистоподы и лисорофиды, тоже стали безногими. Практически все эти животные зарывались в землю, поэтому без конечностей им было, очевидно, проще пробираться через грунт или мягкий ил. Есть простая причина, по которой легко утратить конечности. Развитием зачатков конечностей и самих лапок управляет определённый набор Hox-генов и Tbx-генов: стоит им перестать отдавать команду отращивать конечности — и те исчезают.

Тем не менее представляется маловероятным обнаружить ископаемую змею, которая находилась бы на этапе потери конечностей. Как правило, змеи плохо фоссилизируются, поскольку их тело состоит из сотен тонких позвонков и рёбер, а они ломаются и расчленяются. Известны единичные экземпляры по частично сохранившимся или полным скелетам. Большинство ископаемых змей обнаружены по нескольким позвонкам, и внешний облик животного выстраивается по скудным данным о форме позвоночника.

Несмотря на эти препятствия, палеонтологическая летопись содержит много замечательных окаменелостей, позволяющих отследить переход от четвероногих ящериц к безногим змеям. На первом этапе находим множество фрагментарных окаменелостей из юрского периода. Далее следует Adriosaurus microbrachis — ископаемое животное, найденное в 2007 году в среднемеловых породах (возраст — около 95 млн лет) на территории Словении (рис. 13.3, А). Это название переводится как «адриатическая ящерица с маленькими передними лапками». Адриозавр был очень тонкотелой длинной морской ящерицей с полностью функциональными передними лапками, но неработающими рудиментарными задними конечностями.

Рис. 13.3. Промежуточное ископаемое звено адриозавр: у этого животного были крошечные передние лапки, но полноценные задние конечности: (А) скелет; (Б) реконструкция внешнего облика (иллюстрации предоставлены M. W. Caldwell)

Далее встречаем разнообразных змей, у которых уже нет передних конечностей, но по-прежнему сохраняются крошечные нефункциональные задние. Например, Najash rionegrina была земляной сухопутной змеёй; она описана в 2006 году по окаменелостям в возрасте около 90 млн лет, найденным в формации Канделерос на территории Аргентины (Нахаш — древнее библейское наименование змея, жившего в Эдемском саду). У Najash сохранялся тазовый пояс — позвонки, сочленяющиеся с крестцом, а также рудиментарные задние конечности, в которых имелись бедренные и берцовые кости.

Ещё более специализированными и змееподобными являются экстраординарные ископаемые пресмыкающиеся, найденные в позднемеловых морских породах на территории Израиля и Ливана. Из этих ископаемых лучше других сохранился Haasiophis terrasanctus (рис. 13.4). Имя этому животному — Змея Хааса из Святой Земли — дали в честь австрийского палеонтолога Георга Хааса, обнаружившего его местонахождение и успевшего описать окаменелость до своей смерти в 1981 году. Хаасиофиса нашли в известняках близ местечка Эйн-Ябруд на территории Иудейских гор, что в районе города Рамалла на Западном берегу реки Иордан. Возраст окаменелости — 94 млн лет. Она представляет собой почти полный скелет (88 см в длину), в котором не хватает лишь кончика хвоста. Череп и большинство позвонков выглядят примерно так, как у большинства других примитивных змей. Однако здесь присутствовали и задние конечности — очень маленькие, но с бедренной костью, обеими берцовыми и частью ступни. В отличие от задних конечностей Najash, тазовые кости Haasophis очень маленькие и уже не связаны с позвоночником; они полностью рудиментарны и бесполезны. Haasophis и многие другие змеи мелового периода, видимо, имели вертикальный плавник и хвост, напоминавший весло, как современные морские змеи.

Рис. 13.4. Двуногая змея хаасиофис: (А) полностью сочленённый скелет с сохранившимися рудиментарными задними конечностями (крупные тёмные блоки — пробковые вставки, благодаря которым на образец ничего нельзя положить); (Б) фрагмент рудиментарных задних конечностей (иллюстрации предоставлены M. Polcyn, Южный методистский университет)

Чуть более крупная змея из Эйн-Ябруда называется пахирахис; её Хаас описал в 1979 году. Хотя данные окаменелости более фрагментарны, чем у хаасиофиса, на метровом теле также имеются крошечные рудиментарные задние конечности. Рёбра и позвонки пахирахиса очень толстые и плотные, что, вероятно, помогало ему плавать на большой глубине в меловых морях.

Третья змея из морских ближневосточных известняков — Eupodophis descouensi, найденная на территории Ливана (недалеко от Эйн-Ябруда) в породах возрастом около 92 млн лет (рис. 13.5). Родовое название этого животного означает «настоящая змея с ногами», а видовое дано в честь французского палеонтолога Дидье Декуэна. Это существо имело 85 см в длину, примерно столько же, сколько хаасиофис, но его конечности были редуцированы ещё сильнее, чем у двуногих змей мелового периода: хаасиофиса и пахирахиса.

Рис. 13.5. Двуногая змея эуподофис: (А) полный скелет с сохранившимися рудиментарными задними конечностями; (Б) фрагмент позвоночника, на котором также заметны рудиментарные задние конечности (иллюстрации предоставлены M. W. Caldwell)

Таким образом, не только рудиментарные задние конечности нескольких вымерших позднемеловых морских змей, но и рудиментарные тазовые и бедренные кости (иногда с крошечными отходящими от них «веточками») примитивных ныне живущих змей, в частности удавов и их родичей, — немые, но убедительные свидетельства происхождения змей от четвероногих существ.

Но каков общий предок всех змей? Первые идеи об этом высказал один из пионеров палеонтологии и герпетологии Эдвард Дринкер Коуп, заметивший, что анатомически змеи во многом схожи с варанами, например с австралийскими и комодскими (тем более с мозазаврами — морскими ящерами мелового периода). Анатомические факты тоже, видимо, подкрепляют родство змей с варанами, а последние данные молекулярной биологии — нет; они неоднозначны. Одни молекулярные последовательности позволяют считать змей ближайшими родичами варанов, другие не позволяют считать их родственниками какого-либо из ныне существующих семейств ящериц.

Точка зрения, согласно которой змеи потеряли конечности, переселяясь в море, вероятно, подкрепляется многими окаменелостями морских змей из меловых пород восточного Средиземноморья (Словения, Израиль, Ливан). Согласно этой версии, утрата ушных раковин и появление цельных прозрачных змеиных век может быть обусловлены адаптацией к плаванию, а не к норному образу жизни.

Другая зоологическая школа развивает идею о том, что змеи могли произойти от земляных, а не от плавающих ящериц — таких, как калимантанский земляной безухий варан. Сторонники этой идеи считают, что прозрачные веки должны были предохранять змеиные глаза от грубого крупного песка при зарывании в землю, а ушная раковина могла исчезнуть, потому что без неё грязь меньше попадает в ушную полость. «Сухопутные» адаптационные черты Najash согласуются с данной точкой зрения, хотя он жил несколько позднее, чем морские змеи хаасиофис, пахирахис и эуподофис. Самой примитивной из всех известных змей является кониофис, имевший ящеричью голову и змеиное тело. Правда, его окаменелость слишком плохо сохранилась, чтобы по ней можно было судить о конечностях животного. Тем не менее он был сухопутным, а не морским. Водяная ящерица адриозавр — ещё более примитивный родич змей. Она имела четыре лапы и плавала в океане.

Соответственно, тайна ближайших родичей змей ещё не раскрыта. Именно так развивается наука: противоречия наподобие вышеупомянутых очень важны для научного процесса, только так мы можем тщательно изучать все факты и не отбрасывать имеющиеся версии. Независимо от того, как в итоге разрешится спор, есть факт: многие окаменелости обладают чертами, иллюстрирующими переход от четвероногости к двуногости и далее к безногости. Это подтверждает, что змеи произошли от четвероногих предков.

Лучше один раз увидеть!

Реконструкция титанобоа в натуральную величину экспонируется в музее Университета штата Небраска (город Линкольн).

Дополнительная литература

Caldwell, Michael W., and Michael S. Y. Lee. A Snake with Legs from the Marine Cretaceous of the Middle East // Nature. — 1997. — April 17. — P. 705–709.

Head, Jason J., Jonathan I. Bloch, Alexander K. Hastings, Jason R. Bourque, Edwin A. Cadena, Fabiany A. Herrera, P. David Polly, and Carlos A. Jaramillo. Giant Boid Snake from the Paleocene Neotropics Reveals Hotter Past Equatorial Temperatures // Nature. — 2009. — February 5. — P. 715–718.

Rieppel, Olivier. A Review of the Origin of Snakes // Evolutionary Biology. — 1988. — Vol. 25. — P. 37–130.

Rieppel, Olivier, Hussan Zaher, Eitan Tchernove, and Michael J. Polcyn. The Anatomy and Relationships of Haasiophis terrasanctus, a Fossil Snake with Well-Developed Hind Limbs from the Mid-Cretaceous of the Middle East // Journal of Paleontology. — 2003. — Vol. 77. — P. 536–558.