Земля сохранила немного остатков ископаемых двоякодышащих рыб и еще меньше следов тех животных, которые первыми вышли из воды и стали наземными.
Самые древние из таких следов относятся к первой половине палеозоя — к девонскому периоду, предшествовавшему каменноугольному. Значит, переход от водной жизни к наземной совершился самое позднее — в начале девона. Но настоящее завоевание суши началось только с середины девона.
К каменноугольному периоду жизнь уже роскошно расцвела на огромных пространствах суши.
В первую половину девонского периода было очень жарко и очень влажно. Но с середины девона климат стал изменяться. Полосы проливных дождей стали сменяться долгими засухами, наподобие того, как происходит сейчас в тропической Африке. Это и было время величайшего расцвета на земле кистеперых и двоякодышащих рыб. Они кишели в. тогдашних реках, озерах и болотах, как теперь костистые, которые тогда еще не существовали. Многие из этих рыб, конечно, приспособились к сухому времени не хуже, чем их теперешние потомки. Но засухи стали еще более продолжительными, время дождей так сократилось, что уже нельзя было успеть ни откормиться, ни вырастить потомство. Тогда и произошло завоевание водными животными суши. Животным этим пришлось бы погибнуть, если бы у них не выработались приспособления к жизни на суше. Место спячки заняла активная жизнь. Наиболее приспособившиеся из легочных рыб покинули древнюю колыбель жизни — воду, в которой так хорошо жилось бесчисленным поколениям их предков. Стесненные на родине, потомки вышли на сушу, ка новое и дотоле неизведанное место обитания. Из многих пород, пытавшихся это сделать, лишь одна оказалась действительно способной справиться с огромными трудностями, бывшими на этом пути. Безжалостная борьба за существование истребила всех остальных. Зато уцелевшая при естественном отборе порода дала начало новой жизни, из нее развился новый класс позвоночных животных — класс земноводных, или амфибий.
Было бы ошибкой думать, что земноводные произошли от какой-либо двоякодышащей рыбы. Дело в том, что конечности двоякодышащих так устроены, что из них не могла развиться ходильная нога сухопутного земноводного. Предками земноводных считаются кистеперые рыбы, которым, как мы уже видели, тоже не чуждо дыхание с помощью плавательного пузыря, у некоторых из них раздвоенного, как легкие. Поэтому современные ученые полагают, что именно от каких-то кистеперых рыб и произошли земноводные животные.
Этот переход не прошел даром для всего устройства их тела. Оно подверглось коренной перестройке. Самые важные перемены произошли в коже, плавниках, жабрах и сердце.
Кистеперые рыбы, как это можно видеть и по их родственникам — теперешним осетровым, несут на своем теле ряды блестящих чешуй, называемых у осетровых рыб «жучками». Это тяжелое вооружение не сохранилось у земноводных. Древнейшие из них еще имели Костные щиты на голове и отчасти на груди, но большая часть их тела стала свободна от щитков.
Непарные плавники играют важную роль при плавании и поэтому очень нужны при жизни в воде; на суше они только мешали бы. Эти плавники исчезли уже у первых земноводных. Однако в тех случаях, когда земноводные почему-либо возвращаются к водному существованию, у них, например, у саламандры, имеющей хорошо развитую оторочку вокруг хвоста, такие плавники снова появляются; у некоторых самцов саламандр оторочка в виде высокого гребня продолжается вперед вдоль спины. То же у лягушек: пока молодые лягушки, называемые головастиками, живут в воде, они тоже несут непарные плавники на своем теле. Но эти плавники нельзя считать остатками старинных рыбьих плавников. Они образовались заново: в них нет поддерживающих лучей, которыми отличаются плавники рыб.
Самые замечательные изменения произошли в устройстве парных плавников, давших начало ходильным конечностям. У самых различных наземных позвоночных кости конечностей устроены сходно и очень сходно расположены. Для их прикрепления к туловищу служат особые «пояса»: плечевой пояс (ключица и лопатка) для передних и тазовый — для задних. К поясам прикрепляется по одной кости, которой начинается свободная конечность. На передних конечностях эта кость называется плечевой, а на задних — бедренной. Дальше в каждой конечности идут по две кости; потом число их еще больше увеличивается, так что каждая конечность заканчивается пятью костными лучами (фалангами), принадлежащими пальцам.
Описанное устройство конечностей имеется у всех наземных позвоночных. Правда, некоторые из них теряют ту или другую кость или даже несколько костей; в других случаях отдельные кости могут между собой срастаться, и тогда число их становится меньше. Но стоит обратиться к изучению зародышей таких животных с неполным скелетом конечностей, как сразу станет ясно, что у них закладывается полное число этих костей, и лишь в дальнейшем та или другая кость недоразвивается.
Вот теперь нам и надо проследить, как из плавника кистеперой рыбы могли возникнуть конечности с их многочисленными и очень постоянными костями.
Изображен замечательный документ, дошедший до нас от девонского времени. Это — отпечаток переднего плавника рыбы «ящеропер» (завриптер). Всматриваясь в рисунок, вы видите, что в нем намечаются все главные части скелета сухопутной конечности. Скелет плечевого пояса представлен здесь несколькими частями, в которых можно найти зачатки будущих лопатки и ключицы; к этому поясу причленяется одна небольшая хрящевая пластинка— зачаток плечевой кости; к ней прикрепляются две пластинки, соответствующие лучевой и локтевой костям, а дальше идут многочисленные лучи, в которых можно узнать предшественников запястных косточек и костей пальцев. Если бы рыба с такими плавниками очутилась на суше, она смогла бы не только опереться на плавники, как рогозуб или протоптер, но и кое-как ползать по земле. Такой плавник без больших трудностей мог бы дать начало настоящей ноге.
Но было ли так на самом деле?
Нельзя ли привести какие-нибудь точные факты в защиту этого мнения?
Один такой факт есть. Недавно выбравшиеся из воды существа, полурыбы-полуземноводные — ученые называют их тинопами — ползали когда-то по мягким песчаным берегам в Северной Америке. На песке они оставляли следы своих неуклюжих, еще не вполне сложившихся ног. Следы были занесены песком и пылью и погребены навеки в толщах земли. Но вот через сотни миллионов лет молоток геолога, разбивая каменную породу, в которую превратился древний песок, открыл в ней эти замечательные следы. Остановите на минуту на нем свое внимание — он заслуживает этого: это — след далекого прародителя всех сухопутных позвоночных животных, а стало быть, отдаленнейшего предка человека. Вы застаете здесь природу как бы за работой, которая еще далека от окончания. Только первый — большой палец успел развиться. Глубокая выемка отделяет его от остальной ноги. Второй палец, как видно, тоже скоро оформится. Но третий только начинает возникать, возвышаясь как бы почкой сбоку от второго; четвертый едва намечается. На пятый палец нет и намека.
Если это объяснение кажется вам неправильным, сделанный одним ученым за много лет до находки следов тинопа. На этом рисунке показано развитие задней ноги саламандры, земноводного животного, которое и теперь существует на Земле. Сперва нога имеет вид выроста, похожего на плавник. Потом на ней начинают слабо намечаться будущие пальцы в виде невысоких почечек. Потом обособляются первый и второй пальцы, и нога саламандры как раз подходит к тому состоянию, в котором на всю жизнь» остались ноги у тинопа. Но у саламандры развитие продвигается дальше. Вырисовывается третий палец, и начинает возникать четвертый. Весь ход развития заканчивается удлинением второго и, третьего пальцев, отрастанием четвертого и появлением маленького зачатка пятого.
Немного лет назад блестящая находка, сделанная на дальнем севере, на берегу Гренландии, целиком подтвердила то, на что указывали следы тинопа. Были найдены остатки ползавшего по земле родственника тинопа, голова которого имела еще совершенно рыбье устройство, тогда как конечности уже приспособились к ползанию по земле и были очень похожи на лапы тинопа.
Немалым изменением была утрата жабер. Однако некоторые следы этого когда-то важного органа остались и у тех животных, которые уже давно его утратили. Следы эти выражаются в том, что у птиц и всех млекопитающих (в том числе и у человека) в ранние периоды развития их зародышей образуются в глоточной области жаберные щели, очень схожие с жаберными щелями рыб. Во время дальнейшего развития названных зародышей эти щели зарастают.
Изучая остатки разных земноводных, геологи пришли к выводу, что эти существа развивались в очень изменчивом климате, когда сухое время года сменяли сильные дожди. Земноводные проникли в пределы суши далеко от морского берега. Однако дальнейшее высыхание местности могло привести к тому, что им уже негде было метать икру. Теперь многие земноводные сами попали в такое же стесненное положение, в каком когда-то очутились их предки — кистеперые рыбы. Из этого положения был один выход: дальнейшее приспособление к изменившимся обстоятельствам. И действительно, земноводные, оказавшиеся в затруднительном положении, начали изменяться: от них произошли путем долгой эволюции пресмыкающиеся, жизнь которых стала еще меньше связана с водой.
Однако и для земноводных в разных местах оставалось еще немало приволья. В конце каменноугольного периода на сотни километров простирались топкие болота, где росли необычные для нашего времени леса. В них не было ни цветов, ни лиственных деревьев.
Изредка виднелись деревья, напоминающие наши хвойные и отдаленно похожие на сосны и ели. Всего больше, однако, было еще таких деревьев, каких теперь нет совершенно. Одни из них напоминали собой наши хвощи и были снабжены такими же зонтиками тонких ветвей, но достигали ростом 8 метров; были также огромные, высокие плауны. Встречались саговые деревья, похожие на теперешнюю саговую пальму (растет в теплых странах). Были, наконец, странные высокоствольные деревья с корой, покрытой большими чешуями.
В теплой воде тогдашних болот нежились различные земноводные. Тогдашние земноводные были крупными и сильными и могли постоять за себя. Привольно и удобно жилось им в течение каменноугольного времени. Ведь болота занимали огромные пространства. А вылезши из воды на сушу, земноводные встречали тоже очень благоприятную обстановку. В теплом и сыром воздухе не высыхала их влажная, покрытая слизью кожа, горячие лучи солнца не проникали сквозь зелень огромных зарослей и не вредили этим животным. Число их пород было очень велико. Одни из них больше плавали в воде, хотя могли свободно ползать по земле, волоча свой длинный хвост и оставляя глубокие следы на топкой почве. Многие из таких следов сохранились и до нашего времени вместе с костями, зубами и чешуями.
Население каменноугольного леса не ограничивалось земноводными. Вслед за сухопутными растениями появились и насекомые. Но тогдашние насекомые напугали бы нас своей величиной. Каково увидеть таракана длиной в треть метра или клопа величиной с воробья? Таковы были древнейшие насекомые.
Каменноугольный период длился чрезвычайно долго. Геологи считают, что его продолжительность была около 150—200 миллионов лет. Но и он подошел к концу. Этот конец ознаменовался замечательным событием в жизни Земли: повсеместным охлаждением климата.
Как известно, от времени до времени Земля переживала полосы значительного холода. Таких охлаждений было не меньше восьми за всю историю Земли. Самое сильное из них началось в конце каменноугольного века и захватило весь следующий период — так называемый пермский период. Он тянулся не меньше 30 миллионов лет, и в это время на Земле царил холод, какого ни раньше, ни после она не знала. Огромные ледяные шапки покрыли Северный, а еще больше Южный полюс. С полюсов ледяные поля стали надвигаться на окрестные страны. Гигантские ледяные глыбы обламывались по краям ледника и сваливались в море, где плавали в виде целых гор.
Откуда мы это знаем?
Льды сами написали свою историю; надо только научиться ее читать. Мы знаем, что и .теперь на полюсах и на высоких горах находятся никогда не тающие лады. С гор они сползают (очень медленно) в виде ледяных рек, называемых ледниками. Ползущий с горы ледник оставляет после себя глубокие следы. Он сглаживает мелкие неровности земной поверхности, отрывает от скал целые куски. Эти обломки вмерзают в лед, уносятся им дальше, постепенно погружаются в толщу льда, потом попадают. под лед и, придавленные его тяжестью, трутся о русло и царапают его, а сами перетираются в мелкий порошок. Там, где ледник кончается и лед тает, из-под него несутся потоки мутной воды, переполненной илом и песком. Часть разрушенных ледником горных пород скопляется тут же у конца ледника. Это скопление растет с каждым годом и, наконец, образует целую гору или холм, называемые конечной мореной ледника.
Если ледник совсем стает, от него останется много следов, по которым нетрудно догадаться, что в этом месте раньше был ледник. Почва окажется сглаженной и выравненной по всему ходу ледника, скалы окажутся отесанными и местами отполированными, дно долины (русла) будет покрыто шрамами и царапинами, сделанными острыми камнями, которые тащил ледник с собой. В разных местах русла ледника останутся камни, которые он не успел донести до конечной морены; сама конечная морена и другие нагромождения глины и камней, отложенные ледником, — все это будет свидетельствовать о его прежнем существовании.
По таким следам и удалось узнать историю того огромного оледенения, которое было на Земле в конце каменноугольного и в пермском периоде. Тогда под ледяной корой скрылась значительная часть Австралии, Южной Америки, Африки, Индии и многих других стран, в которых теперь господствует жаркий климат. Вода в морях и океанах сильно охладилась от огромных таявших льдов. Этот холод не мог не вызвать целого переворота среди живых существ. Многие и многие из них не перенесли его. Другим он пошел на пользу. Незаметные и малочисленные раньше, теперь они размножились и выдвинулись на первые места. Пермский период отмечен вымиранием множества прежних пород, полным их исчезновением и возникновением многих новых форм животных и растений.
Большие перемены произошли в населении морей, еще большие в жизни наземных растений и животных. В пермский период была подготовлена и отчасти завершена значительная смена живого населения Земли, как животного, так и растительного.
В растительном мире на второй план отошли странные, покрытые как бы чешуей деревья (огромные плауны) и гигантские хвощи, зато еще шире распространились древовидные папоротники. Среди папоротников особенно выделяются две группы, получившие начало еще в каменноугольном периоде. Одна из них — семенные папоротники. Они отличались тем, что вместо спор размножались семенами. Спора — одна клетка; семя — многоклеточное образование, в котором зародыш нового растения окружен обильными запасами питательных веществ. Понятно, что семенные растения имели преимущество перед споровыми, так как их развитие было лучше обеспечено. Раз возникнув в виде семенных папоротников, семенные растения начинают быстро завоевывать видное положение на Земле и производят все новые и новые формы: из них развиваются хвойные деревья, саговники, гинковые, а затем и высшие цветковые.
Другая интересная группа папоротников — глоссоптериевые. Они имели слабо расчлененные кожистые листья и были приспособлены к жизни в сухих местах. Насколько изменился в пермское время характер растительности, видно хотя бы из того, что местами возникли огромные леса, состоявшие почти сплошь из хвойных деревьев. Конечно, это не были наши сосны и ели. Пермские хвойные не дожили до нашего времени. Но местами они образовали богатые залежи каменного угля, как, например, у нас в Кузнецком бассейне. Там можно обнаружить массу листьев и веток хвойных деревьев, из которых этот уголь образовался.