Раковина — это так тяжело

Подобно Пег Якобуччи, палеонтолог Кэтлин Риттербуш из Университета Юты пришла в эту область науки, увлекшись массовыми вымираниями. Ей хотелось знать, почему аммоноиды были уничтожены (когда они были уничтожены), почему они выжили (когда они выжили) и почему в конце концов они вообще исчезли. В своей диссертационной работе она изучала вымирание конца триасового периода — вероятно, второе по катастрофичности событие в истории аммоноидов. Но потом Риттербуш была очарована юрским расцветом аммоноидов — особенно одного рода Psiloceras.

«Они вездесущи, они многочисленны, и они огромны. Размер некоторых из них достигал полуметра, — рассказывает она. — Не знаю, как это у них получилось, но получилось отлично. Сначала они были гладкими. И всего через 2 млн лет после вымирания они все уже покрыты ребрами. И я имею в виду самые настоящие ребра!» Чтобы удостовериться, что я поняла ее мысль, она добавляет еще один эпитет: «Просто феерические ребра!» — и продолжает: «Когда что-то так бросается в глаза в ископаемых находках, нужно понять, для чего оно было предназначено»[98].

Тем не менее в палеонтологии аммоноидов существует распространенное мнение, что украшения в виде ребер свидетельствуют лишь о том, что животные с такими раковинами не слишком хорошо плавали. Историческая традиция при изучении биологии аммоноидов — опираться на ныне живущих наутилусов — укрепила представление об аммоноидах как о неуклюжих пловцах: «Современные наутилусы плавают совершенно отвратительно», — отмечает Риттербуш.

Скажем прямо, реактивное движение — не лучший способ двигаться для животного, облаченного в раковину. Колеоиды, например кальмары и осьминоги, могут надувать мантию, как воздушный шар, а затем сжимать ее, как мы сжимаем кулак, и таким образом накачивать и с силой выбрасывать воду мантией. Наутилусы не могут надуваться, поскольку они заперты в твердом вместилище: им приходится использовать менее эффективный способ — накачивать воду раковиной, то есть рывком втягивать все тело в жилую камеру, выталкивая воду наружу (рис. 2.2). Или же наутилусы могут колыхать края сифона, вызывая медленный непрерывный ток воды, который одновременно насыщает жабры кислородом и мягко толкает животное вперед. Хотя это и более изящный способ, он не позволяет двигаться быстро.

Может показаться, что все аммоноиды были вынуждены довольствоваться тем же малоэффективным накачиванием воды в раковину, что и наутилусы, — и для очень многих из них, вероятно, дело обстояло именно так. Однако некоторые моллюски все же исхитрились обойти это ограничение. Отдельные весьма интригующие окаменелости указывают на то, что несколько видов аммоноидов, вполне вероятно, экспериментировали с перемещением раковины внутрь мантии, как наш старый силурийский приятель Sphooceras[99]. Если обернуть раковину мягкой скользкой тканью, то она будет меньше тормозить движение, а части раковины могут в таком случае стать чем-то вроде внутреннего скелета. Выступы вокруг отверстия раковины, например, могли поддерживать крупный мускульный сифон, позволяющий активно плавать. И даже для большинства аммоноидов, у которых раковина была полностью внешней, скульптурные украшения на ней могли существенно снижать торможение. Ведь, как мы знаем, вмятины на мячике для гольфа ускоряют его полет.

К сожалению, мы не можем достать живых животных из окаменелостей и посмотреть, как они плавают. Все, что нам доступно, — проведение испытаний с использованием моделей аммоноидов. Ученые десятилетиями строили такие модели, в основном опираясь на приблизительные оценки и догадки. В 1990-е гг., учась в магистратуре, Пег Якобуччи и сама этим занималась. Вспоминая то время, она смеется: «Все, что у меня было, — немножко пластилина и картинка с аммонитом»[100].

Последние технологические достижения, например трехмерное (3D) сканирование (по качеству не уступающее тому, что используется в медицине), обеспечивают невиданный прежде уровень точности. Например, один из самых важных параметров для вычисления силы реактивной струи, а значит, и скорости аммоноида, — это объем жилой камеры. Его невероятно трудно оценить у аммоноидов со сложными швами на раковинах (то есть у большинства аммоноидов). Но с технологией 3D-сканирования уже не нужно оценивать — можно просто измерить.

Такое сканирование дает еще больше возможностей в сочетании со стремительно развивающейся технологией 3D-печати. Кэтлин Риттербуш сейчас занимается оборудованием лаборатории, в которой можно будет взять любое ископаемое, отсканировать его и напечатать. Мячики для гольфа премиум-класса постоянно тестируются на скорость и вращение. Вот и Риттербуш хочет сделать так, чтобы можно было тестировать трехмерные модели аммоноидов разной формы, помещая их в аквариум с водой и наблюдая за ними. Она дает весьма меткое описание проекта: «…следует рассматривать раковину просто как занозу в заднице [для моллюска]». Нельзя не признать тот факт, что раковина ужасно мешает животному, которое пытается двигаться под водой. И Риттербуш в своей лаборатории надеется с помощью 3D-моделей разобраться в том, как эволюция справлялась с этой сложной задачей.

Собрав библиотеку отсканированных окаменелостей, Риттербуш и ее студенты могут слегка изменять любой из параметров и смотреть, а что будет, если, например, вся раковина станет шире. А если станет шире только отверстие? А если уже? Что, если у раковины окажется более острый киль или его вообще не будет? (Киль — это выступающее ребро вдоль внешней стороны некоторых раковин аммоноидов, и само название говорит о том, что, по мнению палеонтологов, он служит для устойчивости при быстром плавании — точно так же, как киль, идущий вдоль днища лодки, не дает ей перевернуться. Однако это предположение никогда не проверялось.) И наконец, то, что всем нам не давало покоя: какова роль этих феерических ребер — улучшают они гидродинамические свойства моллюска или ухудшают?

Проект Риттербуш позволяет на реальных объектах изучить схему, объясняющую взаимосвязь формы и гидродинамических свойств раковин аммоноидов, — аккуратный маленький треугольник, который построил ныне покойный немецкий палеонтолог Герд Вестерманн и который Риттербуш в его честь назвала вестермановым пространством[101]. Вестерманн заметил, что при всем их разнообразии основные формы аммоноидов — это вариации трех базовых типов: плоские диски оксиконы (от греческого корня, означающего «острый»), свободно закрученные и похожие на змей серпентиконы и пухлые шарообразные раковины — сфероконы, которые, как вы уже догадались, подобны сферам. Эти формы возникают по мере роста раковины в зависимости от ширины новых витков или того, насколько они перекрывают старые.

Рис. 4.3. Вестерманово пространство отражает наиболее распространенные гипотезы о поведении аммоноидов в зависимости от формы их раковин

Kathleen Ritterbush

Самыми проворными и ловкими были, скорее всего, оксиконы, которые могли стремительно двигаться в воде, как летающие диски. Палеонтологи подозревают, что они были активными хищниками: догоняли добычу с помощью реактивного движения и хватали ее. Также они могли мигрировать на дальние расстояния, как современные киты и морские птицы.

Считается, что нетуго закрученные серпентиконы и шарообразные сфероконы испытывали слишком сильное сопротивление воды, чтобы двигаться быстро. Возможно, они не охотились, а использовали руки и челюсти, чтобы фильтровать воду и питаться любыми мелкими частицами, которые в ней попадались. Вестерманн считал, что серпентиконы — дрейфующий планктон, в чем-то схожий с древними медленно плавающими головоногими ордовика, а сфероконы — вертикальные мигранты[102].

Вертикальная миграция наблюдается у большого количества современных морских животных. Очень многие животные в течение дня держатся на глубине, а по ночам перемещаются к поверхности: при этом их тела образуют слой, достаточно плотный, чтобы отражать сигналы эхолота. Во время Второй мировой войны суда иногда принимали этот слой за морское дно: моряки наверняка были встревожены, когда «дно» начинало подниматься.

Со временем ученые установили, что на самом деле такое «ложное дно» — это невероятно плотное скопление рыб, медуз и креветок, которые сообразили, что солнечный свет может быть как полезным, так и вредным: в верхних освещенных слоях воды активно растет еда, однако на свету трудно избегать хищников. Поэтому под покровом ночи они пробираются к взращенному солнцем буфету на поверхности воды, а в течение дня прячутся в темных глубинах. Многочисленные современные головоногие моллюски, особенно кальмары, обитающие в открытом океане, участвуют в этих ежедневных миграциях. Будучи хищниками, они питаются не водорослями, в обилии плавающими на поверхности, а «травоядными» животными — либо такими же, как они, кочевниками, либо существами, которые слишком малы для миграции и вынуждены держаться у поверхности.

Некоторые мезозойские аммоноиды, скорее всего, вели именно такой образ жизни — постоянно мигрировали то вверх, то вниз. Так же, как сфероконы, могли вести себя и те аммоноиды, которые были столь необычны, что им не нашлось места в треугольнике Вестерманна: они существовали в своем собственном пространстве — их называли гетероморфами, или «иными формами». Среди множества диковинных гетероморфов было несколько спиралевидных, закрученных, как мягкое мороженое. Им было бы, пожалуй, трудно плавать по прямой, а вот медленное передвижение вверх и вниз по спирали позволило бы им эффективно извлекать из окружающей воды все доступные им частички пищи. Монкс и Палмер в книге «Аммониты» описывают их весьма поэтично: «Представьте себе вечернюю сцену, происходящую в меловом периоде, в нескольких километрах от берега. На глубине около 100 м бескрайние стаи спиральных аммонитов медленно вкручиваются в воду, двигаясь вверх… В течение десятков миллионов лет эти элегантные хищники с их замысловатыми пируэтами, вероятно, были примечательной и невероятно прекрасной частью морского мира»[103].

Другие формы

В отличие от умелых пловцов или изящно дрейфующих раковин, гетероморфы выглядят как странная шутка бога Амона. Помимо спиральных форм, напоминающих мягкое мороженое в рожке, гетероморфы могут выглядеть как большие скрепки или причудливо перекрученные узлы. Пока что ученые относят их всех к одной группе (как это видно на рис. 2.4), однако не установлено, родственны они друг другу на самом деле или просто отнесены к общей категории ради удобства. Еще более спорный вопрос состоит в том, для чего могли понадобиться животным все эти диковинные формы раковин. В последнее время накопилось много свидетельств, позволяющих предположить, что две самые многочисленные группы гетероморфов не умели быстро плавать или мигрировать в вертикальном направлении: они зависали над морским дном, питаясь падалью или фильтруя из воды и со дна все, что попадалось под щупальца.