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

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.

У мужских особей плакодерм были скрытые в костной структуре класперы, в то время как женские особи имели хорошо армированные пластинами брюшные плавники (по Майлзу, 1967)

Новая технология, созданная Тимом, призвана была показать на рентгеноскопии тонкие детали и обнаружить все еще спрятанные в известковой породе хвостик и тело эмбриона. Мы работали всю ночь, и, наконец, миру предстали фотографии в 3D-формате электронных сканов нашего эмбриона. Теперь мы могли во всех ракурсах рассмотреть даже то, чего не позволял разглядеть электронный микроскоп. Мы были готовы написать статью о старейшем найденном ископаемом эмбрионе.

По мере того как мы обсуждали наше открытие за холодным пивом в жаркий день в Канберре, во дворе дома Янга, до нас доходило его истинное значение. По счастливой случайности, мы наткнулись на нечто более объемное и важное, чем старейший в мире эмбрион. Находка эмбриона внутри тела матери означала, что эти рыбы не метали икру – а самцы не просто оплодотворяли ее своей спермой. Эти существа размножались копуляцией. У них был интимный, сложный секс где-то на глубине теплого моря, и это происходило 380 млн. лет назад!

Гэвин, потягивая пиво, торжественно изрек: «Джентльмены. Мы только что открыли первый в биологической истории сексуальный акт. Ископаемый секс, не побоюсь этого слова».

Так как же они, черт побери, делали «это»?

Глава 3. Единение птиктодонтид

Если человек остроумен, то живет он по подобию зверей и птиц. Такое созвучие, в соответствии с правилами каждого, по вкусу каждой индивидуальности, должно порождать любовь, дружбу, и уважение в сердцах женщин.

Карма-сутра

Чтобы представить себе плакодерму возрастом 380 млн. лет, что занялась сексом с партнером, есть только один аналог, к которому можно перенестись воображением: класс Хрящевых рыб, в который входят акулы, скаты и химериды. И все это по причине, что эти маленькие птиктодонты плакодермы несут костяные выросты на своих брюшных плавниках, а не те гибкие класперы, что акулы и их родственники, функция которых – перенос пакетов спермы внутрь тела самки. Таким образом, чтобы представить себе, как именно спаривались эти бронированные рыбки возрастом 380 млн. лет, мы, в первую очередь, должны понять, как спариваются современные хрящевые рыбы (чей скелет состоит из хрящей, а не костей). Для этого возьмем иллюстрацию процесса: акулий секс.

Если вы когда-либо и приближались к акуле достаточно близко, то вряд ли подробно рассмотрели, какого пола акула (вряд ли вам было до спокойного рассматривания подробностей). Однако в условиях современных хорошо оборудованных аквариумов, таких как чудесный Тихоокеанский аквариум Лонг-Бич в Лос-Анджелесе, вы можете наблюдать акул и скатов очень близко, иногда – проплывающими у вас прямо над головой. С такой выгодной позиции вы сможете определить пол рыб, поскольку у самцов имеются выступающие длинные органы, простирающиеся вдоль брюшных плавников назад, к хвостовой части. Это – так называемые класперы (их также называют «вальвы»); и когда-то люди догадались, что они нужны для того, чтобы удерживать самку во время спаривания. По сути же, эти органы выполняют больше функций, чем просто удерживать, и это стало ясно, когда их увидели «в действии». Это поистине «проникающие» органы, то есть они предназначены для того, чтобы глубоко входить в тело самки с целью доставки пакетов спермы, именуемых в науке «сперматофоры». Итак, по сути, это пара пенисов, прикрепленных к брюшным плавникам.

И акулы, и их сородичи все хрящевые рыбы обладают таким механизмом интимной копуляции, хотя разные виды хрящевых различаются между собой «манерой ухаживания» и ритуалом спаривания, иногда весьма значительно. Анатомия класперов и области брюшных плавников у них весьма различна. Химериды (Chimaerids), слоновые акулы и другие члены группы цельноголовых характеризуются предбрюшными класперами (у них эти органы расположены ближе к голове), так же как и главный набор брюшных плавников, плюс к этому у них также имеется маленький странный, сходный с класпером орган на голове, именуемый тентакулум.

Класперы самца акулы (автор рисунка – Джон Лонг)

В разрезе класпер представляет собой трубку, поддерживаемую длинным хрящевым желобом, и этот желоб является продолжением внутреннего скелета брюшного плавника рыбы. По мере взросления рыбьего самца класперы становятся все более твердыми в результате кальцификации: кристаллы карбоната кальция откладываются внутри хряща класпера, обеспечивая его твердость. Допустим, вам нужно определить возраст самца белой акулы (Carcharodon carcharias), а вы, к примеру, совершенный идиот и не знаете опасности акульего характера. В таком случае вы можете подплыть вплотную к акуле-самцу и пощупать его класперы: самец не может считаться зрелым, если его класперы недостаточно твердые. Зрелость белой акулы наступает, когда самец достигает длины 3,5 метра, а класпер, который растет пропорционально, достигает 40–45 сантиметров.

Класперы действуют в некотором смысле таким же образом, как и пенис млекопитающих; а именно в том смысле, что они эрегируют, наполняясь кровью, и становятся твердыми из мягких и гибких в покое. Ближе к состоянию зрелости класперы способны к полной ротации от основания по направлению вперед; именно это позволяет им стать органом копуляции, а рыбам – спариваться «лицо к лицу». Явление не из приятных, однако все это стало необходимым в условиях океана, где, говоря человеческим языком, трудно «получить желаемое». Чтобы класперы оставались на месте во время иногда весьма долгого акта спаривания, в ходе эволюции на «деловом кончике» класперов из внешних чешуй развились крошечные крючочки и зацепочки, которые часто обнаруживают палеонтологи.

В то время как все известные акулы, скаты и цельноголовые рыбы «развили» у самцов класперы, только последние обладают дополнительным сексуальным органом, именуемым тентакулум и расположенным на голове самцов. Этот крючкообразный орган, цель которого – по возможности помогать процессу спаривания, иногда описывается как «пенис на голове»; однако эта терминология в научном смысле неверна. Небольшой тентакулум предположительно используется для стимуляции самки к спариванию, но, говоря откровенно, мы до сих пор в подробностях не знаем, для чего он нужен: цельноголовые строго хранят этот интимный секрет, и до сих пор никому еще не удалось в дикой природе наблюдать процесс их спаривания.

Спаривание акул – это нечто, о чем мы мало знаем. Из почти 1000 видов открытых наукой живущих ныне акул, скатов и цельноголовых, судя по научной литературе, репродуктивное поведение описано только для 20–30 видов. Некоторые виды были описаны спаривающимися в условиях аквариума, например акула Heterodontus, однако свидетелями спаривания акул и скатов в природе становятся немногие и в редкие моменты научных удач.

Один превосходный отчет на эту тему был опубликован в 1985 году доктором Тимом Трикасом из Гавайского университета, который наблюдал за рифовой белоокаймленной акулой (Triaenodon obesus). Он описал самца этой акулы, который подплывал к самке; если он приходился ей по вкусу, то некоторое время держался рядом, затем начинал покусывать самку за шею и передние плавники. После этого самец захватывал зубами брюшной плавник самки, практически заправляя его себе в рот. Обе акулы некоторое время стояли на голове на морском дне, укрепившись в грунте, в то время как самец вводил эрегированный класпер внутрь самки. Весь акт копуляции занимал несколько минут. Самки этого вида некоторое время носят на теле грубые рубцы и раны вокруг головы и на спинах, в районе спинного плавника, что является результатом отвратительно грубой «предварительной ласки» самцов.

Интересно, что природа учла брутальность брачных ритуалов этих рыб: добытые самки часто демонстрируют большую, чем у самцов, толстокожесть; при этом я имею в виду не их личностные качества. Анатомические поперечные разрезы сквозь кожу голубой акулы (Prionace glauca) сразу сзади брюшных плавников показывают, что кожный покров у самок почти вдвое толще, чем у самцов сходного размера.

У южного ската-хвостокола (Dasyatis americana) самки спариваются с более чем одним самцом в быстрой последовательности (процесс называется полиандрией); и акт спаривания, при котором оба ската находятся «лицом к лицу», занимает не более 20 секунд.

Общие наблюдения за современными рыбами показывают, что любая рыба с класперами на брюшных плавниках – это самец; и рыбы пользуются ими однозначно в целях внутреннего оплодотворения самки. После копуляции потомство либо рождается живым и самостоятельным («живорождение»), либо зародыши заключены в кератиновую оболочку с роговыми наростами – это что-то вроде больших икринок («икрометание»). Пришло время применить эти простые факты к нашим девонским рыбам и посмотреть, что все это значит.

До поры до времени только одна группа плакодерм, птиктодонтиды с тяжелыми челюстями, продемонстрировали палеонтологам свое репродуктивное поведение. История открытия началась, когда профессор-анатом Дэвид Мередит Сирз Уотсон в 1934 году опубликовал в эдинбургском журнале статью, в которой впервые показал, что плакодермы определенной группы демонстрируют признаки сексуального диморфизма (то есть женские и мужские особи обладают разными типами тел). Уотсон изучал коллекцию ископаемых птиктодонтид вида Rhamphodopsis из Шотландии. Он выявил, что самцы обладают длинным брюшным поясом (тем поясом костей, которые поддерживают плавники), который выдвигается назад от брюшного плавника, в отличие от самок. У самок же, в сравнении с самцами, брюшной плавник был гораздо крупнее и тяжелее, более «усилен» чешуями. Последующая публикация профессора в 1938 году описывала эти отличия более подробно, но ни в одной работе он не указывает на то, что у самцов этой группы рыб имеются костные органы, эквивалентные класперам.

Образцы Уотсона сильно сдавлены, как и все рыбы девона; так что не все детали крошечных брюшных плавников видны. Половой диморфизм был описан подробно только в 1960 году, когда норвежский палеонтолог Тор Орвиг из Шведского музея естественной истории описал рыбу-птиктодонтида Cretunella родом из Германии – и формально идентифицировал класперы мужского брюшного плавника. Еще один блестящий британский ученый, доктор Роджер Майлз из Музея естественной истории Лондона, более точно описал мужскую и женскую анатомию Уотсоновой рыбки в своей статье 1967 года. Майлз смог описать некоторое количество добавочных костей – они отличали самца от самки птиктодонтид. Он обнаружил большой узел костей, покрытый крючочками и зацепками, что и было скелетом мужского класпера. Несмотря на некоторую «застенчивость» и туманность в определении функций этих костей, Майлз все же склоняется к мысли, что, как и у современных акул и скатов, птиктодонтиды могли пользоваться класперами для внутреннего оплодотворения. При этом он не комментирует, как именно мог происходить этот интимный акт.

В 1963 и 1967 годах Музей естественной истории совместно с Западно-Австралийским музеем собрал коллекцию девонских рыб из местечка Гоугоу в Западной Австралии. Как только ископаемые птиктодонтиды были впервые идентифицированы, Майлз вместе со своим любимым талантливым учеником, Гевином Янгом из Канберры, решил взглянуть на них пристальнее. Майлз и Янг опубликовали свою статью по этим ископаемым в 1977 году, совершив тем самым самую смелую ревизию в теории эволюции рыб-плакодерм. Самым интересным в статье было то, что авторы представили подробное описание класперов самцов по сохранившимся образцам этих исчезнувших рыб. Они идентифицировали, что каждый класпер самца имел два сета внешних костей, которые покрывали его извне (один сет был снабжен множеством острых крючков, заточенных на моментальное крепление) и искривленную часть, крепящуюся к внутренней стороне хряща класпера.

И все это подразумевало, что если бы класперы вводились внутрь, то неизбежно возникали бы проблемы. В отличие от гибких и эрегирующих класперов акул здесь не было предусмотрено легкого способа копуляции. В одной из своих статей я предположил, что класпер мог первоначально использоваться для захвата самки и удержания ее клоаки близко к самцу, чтобы он мог ввести сперму внутрь самки. Не было убедительных доказательств того, что у этих бронированных рыбок были какие-то канальцы или желобки, чтобы передавать по ним сперму самке, как это наблюдается у акул и их родственников скатов.