Утки тоже делают «это». Путешествие во времени к истокам сексуальности

Мне и моей команде в первой экспедиции 1986 года понадобилась целая неделя, прежде чем мы нашли что-то стоящее. Лишь одна из тысячи конкреций содержит ископаемых рыб, и, когда открываешь конкрецию, необходимо склеить кости рыб; затем их изучат в лаборатории. От нас требовалось расколоть конкреции небольшим молоточком, чтобы посмотреть, какие спрятаны внутри ископаемые; но довольно скоро мы обнаружили, что почти все они – пустые. Ученые переживают те же спады и подъемы эмоций, что и артисты; и на какой-то стадии их посещают мысли о тщете усилий и полном провале. Добавьте к этому многочисленные неудачи с арендой авто, два случая, когда у нас полностью отказала радиосвязь и когда мы заблудились и прошли по пустыне около 15 километров, чтобы вытащить нашу увязшую машину (помню, нас преследовала голодная динго). Жизнь вовсе не казалась прекрасной в те моменты.

Проведя неделю под горячим кимберлийским солнцем, мы наконец-то нашли пропущенные предшественниками сокровища. Помню величайшее возбуждение того времени, когда каждый день добавлял необычные, потенциально новые виды. К концу нашей экспедиции мы нашли более 150 рыб и множество панцирных, однако главные открытия были еще впереди, и они случились благодаря хорошей консервации. Большинство ископаемых рыб такого возраста (около 380 млн. лет) двумерны, они сдавлены между пластами сланцев. Однако скелеты рыб Гоугоу были заключены в конкреции известняка, поэтому оказались трехмерными. Удачно найденная методика «готовит» кости рыб путем растворения известняка слабым раствором кислоты. Этот метод позволяет медленно и осторожно удалять известняк, оставляя кости в превосходной форме – примерно так же на тарелке остаются кости цыпленка после того, как вы съели мясо. После обнажения костей скелета их укрепляют специальным клеем на основе пластика, а затем вновь помещают в кислотную ванночку, пока не растворится весь вмещающий известняк и не останется только превосходный трехмерный скелет. В некоторых случаях у нас остается цельный рыбий скелет, заключенный в два слоя эпоксидки или акрила, в то время как порода растворилась.

Вернувшись с полевых работ, я испытывал большой эмоциональный подъем, обрабатывая новые образцы ископаемых, описывая те из них, которые был способен определить сразу же. Наиболее распространенных ископаемых рыб – плакодерм – мы нашли в изобилии. Эти рыбы в ту геологическую эпоху царили в океанах, реках и озерах; и на протяжении 70 млн. лет они были доминирующими позвоночными на планете, хотя ныне о них мало кто слышал. Плакодермы обычно считаются примитивными, находящимися в основании древа эволюции всех челюстных позвоночных (где человек – на вершине). Они более примитивны, чем акулы и костные рыбы, которые сегодня составляют основную часть рыб, кроме нескольких видов бесчелюстных миног и миксин.

Одна из этих ископаемых рыб была длиной 10 сантиметров и сохранилась как две половинки с каждой стороны закругленной конкреции. Во время сбора образцов я лишь мельком взглянул на нее и навесил этикетку с надписью маркером «палеонискоид», а это древний вид рыб с лучеобразными плавниками (такие составляют основное большинство ныне живущих рыб, это, например, лосось, золотая рыбка – карась и марлин, у всех них имеются костные лучи, поддерживающие плавники). Вернувшись в лабораторию, я внимательно рассмотрел находку и определил, что это оказалась необычной формы рыба-плакодерма. Каждый обнажившийся фрагмент рыбьего скелета я поместил в эпоксидную смолу, препарировав кости и освободив их от породы, обеспечив, чтобы они оставались закрепленными в пластике и видными с двух сторон.

Казалось, что это – одна из уже описанных в науке птиктодонтид Ctenurella gardineri. Образцы этой рыбы и ранее находили на Гоугоу, и первоначально их изучил мой коллега Гэвин Янг как часть своей докторской работы в середине 1970-х, а затем описание опубликовал его шеф, Роджер Майлз, в 1977 году. Так что детальное изучение этих рыб не было приоритетным для меня. Я отложил эти образцы и не обращал на них внимания вплоть до лета 1995 года, то есть на протяжении 10 лет.

В то лето мне повезло провести четыре месяца в Париже и Музее естественной истории, что расположен в красивейшем Жардин де Плантэ – Ботаническом саду. Я работал в кабинете, хозяином которого раньше был знаменитый французский палеонтолог и монах отец Тайяар де Шарден, один из героев моего детства. Ежедневно я делал интереснейшие новые открытия в пыльных коллекциях цокольного этажа музея и вел интереснейшие для меня дискуссии с экспертами-палеонтологами Филиппом Жанвье, Дэниелом Жужэ и Арвэ Левьером. Это был мой звездный период.

Работая в музее, я имел возможность изучать прекрасно сохраненные образцы из Германии, которые также были наименованы Ctenurella. Они принадлежали к первому набору ископаемых, которые были маркированы этим родовым именем, и у некоторых даже сохранились череп и челюсти. Изучая эти образцы, я вскоре понял, что в первоначальной публикации с их описанием, сделанной еще в начале 1960-х норвежским палеонтологом Тором Орвигом, была сделана фундаментальная ошибка в определении реставрированной кости черепной коробки. А это означает, что мои австралийские образцы из Гоугоу, тоже маркированные как Ctenurella, фактически были совершенно иными. Для меня это стало совершенным откровением, ведь это означало, что мои образцы не могли по праву принадлежать к новооткрытому виду. Поэтому, ревизовав свои данные по уже предварительно описанным образцам с Гоугоу, я переименовал их в новый род «южные птиктодонтиды» – астроптиктодонтиды.

В своей статье я привел данные по изучению нового рода, представителя которого я описал еще в 1986 году и подготовил образец, вмонтированный в два слоя смолы.

После публикации статьи во французском музейном журнале Geodiversitas 1997 года я обратился к иным, более срочным, проектам и практически забыл о статье и образце. Но, работая куратором отдела палеонтологии позвоночных в Перте, я поместил его в экспозицию постоянной выставки «Сокровища палеонтологии динозавров».

Тогда я не подозревал, что этот крошечный образец через 10 лет вновь возникнет в моей работе и перевернет мою карьеру.

Глава 2. Мать всех ископаемых

Прошлой ночью я размышлял над тем, что заставляет человека делать открытия; и самая сложная научная проблема – именно этот вопрос.

    Чарльз Дарвин

В конце 2004 года, после 15 лет государственной службы, я оставил свой пост куратора палеонтологии позвоночных в Западно-Австралийском музее, чтобы стать директором по науке в Музее Мельбурна, на родине. В середине 2005 года, получив грант на исследования от Австралийского совета по науке, мы смогли организовать новую успешную экспедицию в район Гоугоу и привезти фантастические новые останки ископаемых для изучения.

Я хорошо помню день 7 июля 2005 года, когда мы обнаружили новую крошечную ископаемую рыбу. День был жарким и солнечным. Мой коллега Линдси Хэтчер работал в 50 метрах от меня, внимательно «прочесывая» ископаемые останки. Линдси был моим верным спутником во многих экспедициях в Западной Австралии. Линдси отколол кусок породы молотком, и на солнце сразу же сверкнула белая кость. Он позвал меня, чтобы вместе рассмотреть найденное им через лупу.

«Это плакодерма», – сказал я, и он завернул находку в газету, наклеил этикетку и упаковал. У костра в тот же вечер я добавил к найденной рыбе дату, код, обозначавший место находки, и номер – так мы делали с каждой ископаемой находкой, собранной в этом месте. Ничего необычного. Мы не могли придать особого значения этой находке, пока спустя два года не препарировали найденное из породы. В палеонтологической лаборатории музея находка обрела уже счастливый номер открытия.

Так случилось, что именно в ноябре 2007 года впервые за 375 млн. лет содержимое этого куска породы увидело свет. Препарированная рыбка лежала в коробке в виде кучки тонких крошечных костей. Поняв важность этого образца, поскольку он полностью сохранил головную часть и череп, я пригласил коллегу доктора Кейт Тринаджстик из Университета Западной Австралии, чтобы описать образец вместе. Мы поочередно менялись местами, разглядывая подробности в микроскоп, вглядываясь в этот странный и прекрасно сохранившийся ископаемый скелет, срисовывали его подробности, измеряли детали.

Уникальный рисунок костей черепа говорил о том, что это новый род и новый вид. Род – термин, обозначающий группу близкородственных видов, например, у млекопитающих львы, тигры и ягуары – и все подобные животные – принадлежат роду Пантера, но представляют разные виды (Panthera leo – это лев; P. tigris – тигр; P. onca – ягуар). Каждый вид может быть определен по отчетливым морфологическим признакам, по поведению и составу генов и по ДНК. В палеонтологии, как в ботанике и зоологии, открытие новых видов или родов всегда представляет значительный момент, достойный того, чтобы это отметить – открытие расширяет биоразнообразие планеты. К тому же именно вам принадлежит честь нового имени, которое останется в научной литературе навсегда. Таким образом, это означает, что вы проделали хорошую работу.

Этот образец принадлежал к группе птиктодонтид. Эти крошечные рыбки обладали невероятно мощными челюстями, состоявшими из четырех больших зубных пластин, двух верхних и двух нижних, которые в действии соединяются, будто массивные щипцы. Существует догадка, что большинство рыб этой группы питались моллюсками с твердыми панцирями, беспанцирными улитками и другими существами с твердыми покровами. Наши образцы обладали черепом, челюстями и туловищем, полностью сохранившимися – так же как и разделом позвоночника, заканчивавшимся хвостом. Менее дюжины этих рыбок было описано во всем мире; описания происходили от достаточно хорошо сохранившихся остатков, так что наши практически не тронутые разрушением останки обещали дать много новой информации об анатомии рыб в целом и об эволюционной позиции группы.

Я препарировал этот образец лично, когда техник-препаратор Дэвид Пикеринг, уже начавший работу, привлек мое внимание к факту, что эта рыбка – особая, со многими нетронутыми костями. Поскольку у нас были сотни образцов, ожидавших препарирования, Дэвид был вечно занят очередной группой рыб с Гоугоу, которые предварительно вымокали в кислотных ваннах. Время от времени я брал важный образец и препарировал его в моей маленькой лаборатории, расположенной в главном здании музея, вдали от палеонтологических лабораторий. Это также предоставило мне возможность сфотографировать образец в такой стадии препарирования, которая точно показала бы расположение костей.

Уксусная кислота, используемая для препарирования ископаемых останков, достаточно рядовой химикат; мы обычно употребляем ее в виде пищевого уксуса концентрацией 4 %. Гари Тумбс из Музея естественной истории в Лондоне обнаружил в 1950-х годах, что кости можно отделить от известковой породы, поместив в слабый раствор муравьиной кислоты, поскольку кость состоит из фосфорного минерала, гидроксид-апатита, который не растворяется в таких слабых кислотах. Кислота разъедает известняк породы – но не повреждает кости. Процесс препарирования происходит в течение двух месяцев, прежде чем весь скелет окончательно освободится от породы. Затем кости собирают вместе с использованием клея на ацетоновой основе – такой клей растворим, что позволяет разобрать кости позже при необходимости. Весь процесс напоминает сборку авиационных моделей. Сама работа творческая и приносит удовлетворение: ведь кости скелета, как правило, представляют собой идеальный сборный конструктор, даже если пролежали в породе 380 млн. лет! Гоугоу – одно из мест на земле, где вы можете найти себе такой конструктор из ископаемых, а легкость извлечения из породы обусловлена хорошо растворимым известковым составом.

Итак, в ноябре 2007 года, около трех часов пополудни, мы завершили осмотр большинства крупных костей ископаемого скелета – оставалась работа по описанию хвоста. Хвост был частично включен в небольшой кусок породы, с несколькими крошечными элементами позвоночника, и его оставили там специально, ибо изучать хвост собранным легче, нежели в виде кучки хрупких косточек. Хвост – обычно кропотливая и нудная работа, однако необходимая для завершения научного описания. Поэтому не удивительно, что наши с помощником устремления касались более интересных участков работы.

Кейт в это же время была занята поисками имени для новой рыбы. Я предложил назвать ее в честь профессора Курта Тайчерта, знаменитого немецкого геолога, который впервые открыл «месторождение» ископаемых останков в Гоугоу в 1940 году. Наименование тайчертодус, что в переводе значит «зуб Тайчерта» и, по моей мысли, должно было вызвать ассоциации с мощными зубными пластинами рыбки, показалось нам подходящим. И мы тут же приступили к подписям под всеми фотографиями и всеми описаниями, используя это предварительное таксономическое имя. (В науке любой новый таксон – вида или рода – не становится официально принятым, пока не опубликована научная статья.)

Тем временем, разглядывая в микроскоп хвостик рыбки, я понял, что неточно подсчитал все позвонки хвоста, да и все косточки, связанные с плавниками, которые не в силах был разглядеть.

Я предложил Кейт рискнуть и вновь поместить скелет в кислоту, поскольку это был весьма многообещающий образец, только уже не более чем на час и в очень слабый раствор – 3–5 %, а затем попытаться снять очень тонкий слой породы с косточек. После того как мы поместили образец в кювету в зоологической лаборатории и отмерили необходимую дозу уксусной кислоты, смешанной с водой, я попытался замедлить процесс растворения, чтобы не утерять ни единого фрагмента хрупких косточек в пузырях, поднимающихся вверх в результате химической реакции. Крошечные пузырьки устремлялись к поверхности, в то время как кислота растворяла породу.

Прошло несколько часов, мы шутили над «большим открытием», обещанным нам этой крошечной рыбкой. Обладая теперь одним из самых лучших образцов сохранившихся черепов из всех раскопанных птиктодонтид, я пребывал в оптимистическом ожидании чего-то восхитительного от близкой связи нашей рыбки с ранними акулами или костными рыбами, двумя главными ныне живущими группами рыб.

Происхождение и взаимосвязь плакодерм, группы рыб, которые полностью вымерли 355 млн. лет назад, все еще активно обсуждались в ученом мире. Появились четыре главные гипотезы. Плакодермы являлись: 1) близкородственными к акулам или их же родственникам – хрящевым рыбам; 2) либо близкородственными костным рыбам; 3) либо примитивной древней группой – предком акул и костных рыб. Согласно четвертой гипотезе, это – искусственно сгруппированные члены рыбьего сообщества, близкие по происхождению к акулам, и другие, которые произошли раньше, чем акулы и костные рыбы.

Эта последняя идея подразумевает, что рыбы, именуемые плакодермы (класс животных вроде класса Птицы и Млекопитающие) – вовсе не одна группа существ, созданная природой по подобию.

Эволюционное древо рыб и высших позвоночных. Плакодермы на сегодняшний день считаются прародителями всех челюстных животных

Мы пустились в рассуждения, как именно этот образец поможет нам разгадать тайну плакодерм, если череп рыбки даст информацию, никогда ранее не познанную анатомией. Эта новая информация поможет узнать, связаны ли плакодермы друг с другом более тесно, чем другие группы рыб. Мы собирались уже написать статью об этом в один из престижных научных журналов.

По прошествии часа я вернулся в лабораторию, чтобы извлечь ископаемый скелет из слабого раствора кислоты. Свежеотмытые кости были столь хрупкими, что я очень-очень осторожно промыл останки в медленной проточной воде, а потом отнес в свой кабинет и поместил под микроскоп. Область хвоста сохранилась великолепно, и я отсканировал ее, предвкушая новости. Большинство рыб имеют в передней части плавники, называемые пекторалями, и пару задних плавников – брюшные плавники. Как мы и ожидали, наш хвост продемонстрировал секцию крошечных костей, начинавшихся от позвоночника (эквивалент грудного раздела) и продолжающихся к началу хвостового плавника. Но затем я заметил еще кое-что: сразу за большими взрослыми костями скелета туловища прослеживались едва видные причудливо переплетенные двойные структуры, будто минерализованные веревки, оборачивавшие крошечные кости.

Моей первой мыслью было: мы имеем дело с чем-то или кем-то, кого птиктодонтида съела в самый последний момент перед смертью, поскольку явственно прослеживался чужой скелет внутри нашей рыбы. Затем я увидел две пары челюстей – нижнюю и верхнюю – все еще в движении, и они были частью крошечного рыбьего скелета. Челюсти были составлены из четырех зубных пластин, что показывало: это еще одна птиктодонтида. Это и помогло мне распознать в пучке крошечных костей возле челюстей полное, только крошечное подобие нашей «взрослой» рыбины.

Около минуты я был ошеломлен – а затем будто бриллиант мысли бросили в мой мыслительный аппарат. Это была та самая «Эврика!» – момент, который мечтает испытать хоть раз в жизни каждый истинный ученый.

Я в ажиотаже восторга позвал Кейт, работавшую за соседним столом: «Послушай, наша статья – в кармане. Тут зародыш внутри материнского организма». Это был не в полном смысле зародыш, но определенно самый древний позвоночный эмбрион, который когда-либо был открыт, и – вне всяких сомнений – наиболее хорошо сохранившийся эмбрион, когда-либо найденный!

Кейт ринулась к микроскопу. Она смотрела в него минуту – другую, а затем согласилась со мной, что нами обнаружен крошечный эмбрион. Но, несмотря на восторг, решила сыграть «адвоката дьявола» и попросила меня доказать тут же, что мы имеем дело не с еще не окончательно переваренной жертвой внутри скелета – с пищей внутри хищника. Слегка помучив себя поисками доказательств, я ответил – и Кейт сразу же согласилась, – что зубные пластины совершенно специфичные для этого вида плакодерм, что есть надежнейшее доказательство принадлежности и большой рыбы, и «жертвы» к одному виду. Доказательство было усилено особой формой некоторых из изолированных костных пластин головы и туловища, почти что миниатюрных копий скелета взрослой рыбины. Надо добавить, что у близкородственного вида тех же птиктодонтид была совсем иная форма пластин. Кратко говоря, морфология зубных пластин, и головы, и туловища у эмбриона более или менее соответствовала пластинам материнского туловища, если брать в расчет некоторые вариации, объяснимые разными стадиями взросления.

– Ну а что, если это рыба-каннибал? – предположила Кейт.

– Хороший вопрос, – парировал я.

Мы еще раз взглянули на скелет и увидели, каким особенным образом маленький скелет был прикреплен к тому месту туловища большого скелета, где должны были быть яйцеклетки. Кишечный отдел у любой рыбы должен быть расположен ближе к нижней части ископаемого, и наш образец крошечных костей не там был найден.

Кейт отметила, что внешний вид тонких костей так скульптурно вырисован, что это предполагает хорошую сохранность костей, и ни одна из них не повреждена никаким образом, который мог бы быть заметен глазу. Если маленькая рыба была бы съедена, стоило бы ожидать явного повреждения в процессе потребления (разжевывания зубами), неизбежно также разъедание костей пищеварительными соками. Ничего такого не наблюдалось у нашего небольшого образца; я уже в умилении начал называть его «моя дорогая рыбка».

К тому времени мы были абсолютно уверены в том, что у нас теперь имеется ископаемый эмбрион, однако понятия не имели, что за странные веревочные структуры обвиты вокруг нашей находки. Кейт отобрала небольшой кусок структуры и поместила его во флакон, чтобы по возвращении в Перт поместить уже под окуляр сканирующего электронного микроскопа для детального изучения.

Мы решили, что находка наша столь важна, что стоит поместить ее вновь в раствор слабой кислоты и еще раз взглянуть на эмбрион. Мы вновь повторили процедуру и затем тщательно проверили образец – пока не изучили кости эмбриона во всех позициях. Надо отметить, что работенка была не из простых: никто не знал, как поведут себя столь тонкие, хрупкие косточки, будучи впервые извлечены на свет божий. Я пытался не потерять ни одного фрагмента, работая тонкой кисточкой.

В ту ночь мы с Кейт и Хизер, моей женой, распили великолепное французское шампанское за нашу рыбу-мать и ее замечательного детеныша возрастом 375 млн. лет. Это была самая замечательная находка за все мои 30 лет экспедиций, так что мы понимали, как важно до поры держать ее в секрете как от прессы, так и от коллег, всегда готовых накинуться на новую находку в науке. (Правила предоставления публикаций исчерпывающе ясны: статья не будет принята в научный журнал, если уже получила внимание прессы.)

Быстрый просмотр научной литературы по теме подтвердил, что, кроме находки плода акулоподобной рыбы (без останков матери) в породе, датированной около 320 млн. лет назад, из штата Монтана, США, самым древним эмбрионом любого позвоночного из геологического периода триаса был эмбрион, датированный 220 млн. лет назад; а также детеныш ихтиозавра (дельфиноподобное позвоночное), датированный 160 млн. лет назад, найденный в Германии. Несколько сот эмбрионов обрели покой в коллекциях Европы и Британии. Некоторые находились внутри материнского тела, другие были найдены окаменелыми в момент абортации матки – вероятнее всего, в результате травмы матери или ее случайной смерти.

Ископаемые эмбрионы акулы Монтаны, длиной около 4 миллиметров, были ранее названы Delphydontos моим коллегой доктором Ричардом Лундом, об этих находках писал журнал Science в 1980-м, и это были самые древние находки, датированные около 320 млн. лет назад. Эти крошечные рыбки были или новорожденными, или абортированными эмбрионами, но поскольку матери не были найдены, то они же могли считаться эмбрионами из икры. Мы же поставили рекорд: мы обнаружили старейший, вполне оформленный эмбрион позвоночного!

Спустя неделю после нашего открытия мне позвонила Кейт, которая поместила-таки нашу неясную веретенообразную находку под мощный микроскоп. Поставив увеличение в несколько тысяч, она посмотрела на «веретено» под разными углами. В телефон она произнесла несколько раз слова, которые заставили меня глупо улыбаться, а мои колени задрожать: «Пуповина». Это была пуповинная «веревочная» нить.

«Джон, – продолжала Кейт, – это ископаемая пуповина, которая, скорее всего, вела к яичному мешку».

«Но как мы это сможем доказать?» – возразил я.

«А вот как, – отвечала Кейт, – я определила целый набор признаков, по которым выходит, что это – питающая структура. У нее есть поры и полости в виде везикул для переноса жидкости; небольшие шрамы в местах соединения – так называемые «аппендикулы». Плюс ко всему – наружный эпителий поверх пористого слоя. Итого, у нас четыре отчетливых признака, что мы нашли пуповину, аналогичную той, что находят у некоторых современных акул».

Я молчал, ошеломленный. Мы не только открыли новый род и виды, принадлежащие к совершенно исчезнувшему классу животных (плакодермы), но открыли и хорошо сохранившегося эмбриона, кости которого находились внутри тела матери. Теперь у нас было ископаемое, единственное из найденных с материнскими питающими структурами, сохраненными в хорошем виде. В породе сохранилось даже углубление вблизи оконечности пуповины, наполненное желтыми кристаллами кальцита. Мы предположили, что это углубление было когда-то желточным мешком, который, естественно, сгнил, оставив после себя органические кальцитовые отложения.

Но самое потрясающее открытие ждало нас месяцем позже – когда мы собрались, чтобы написать статью, преподносящую наше открытие миру. Мы позвали в команду доктора Гэвина Янга, известнейшего в мире эксперта по рыбам-плакодермам из Университета Канберры, и доктора Тима Сендена, ученого, известного своими прикладными исследованиями в области электронной микроскопии, и химика. Они должны были обеспечить инструментальную базу нашей работы.