Эра млекопитающих: Из тени динозавров к мировому господству - Стив Брусатти

— трех ниточек кукловода. Челюсти теперь могли точно прилагать основную силу укуса к определенным зубам в определенное время. Это открыло путь к совершенно новому способу питания, который мы воспринимаем как должное, но среди животных это редкость, — к жеванию. Пережевывая пищу в кашицу, первые млекопитающие смогли осуществлять немалую часть ее переработки во рту — фактически начинать переваривание еще до того, как пища попадет в желудок. Это был еще один способ получать больше калорий и более эффективно питаться.

Предки млекопитающих — различные пеликозавры, терапсиды и цинодонты, с которыми мы успели познакомиться, — по большей части обладали простым укусом. В этом отношении они походили на ящериц или хищных динозавров: они просто смыкали пасть, и все. Вверх-вниз, чик-чик. Они питались, отрывая и заглатывая куски пищи, особой переработки во рту не происходило. Исключением были некоторые прогрессивные цинодонты вроде олигокифуса, научившиеся при смыкании пасти двигать нижней челюстью назад и таким образом перетирать растения. Но это было нечастое явление.

Морганукодон, одно из первых млекопитающих. Череп и реконструкция головы на основании компьютерной томограммы (вверху) и ископаемая нижняя челюсть (внизу; для масштаба рядом рисовое зерно).

Иллюстрации Стефана Лаутеншлягера и Памелы Джилл соответственно

Редукция и упрощение челюстных костей синапсид со временем, пока не осталась единая кость нижней челюсти (зубная) млекопитающих.

Рисунок Сары Шелли

А вот триасовые млекопитающие стали жевательными машинами. Их челюсти теперь могли двигаться вверх-вниз, вперед-назад и из стороны в сторону. Они овладели жевательным циклом из трех последовательных действий, похожих на согласованные элементы плавания брассом. Вначале нижняя челюсть движется вверх и внутрь, смыкаясь с верхней челюстью (силовое движение), при этом рот закрывается, затем вниз, открывая рот (возвратное движение), а затем слегка наружу (подготовительное движение), и цикл повторяется вновь и вновь. Все это стало возможным благодаря уникальной способности нижней челюсти выдвигаться то наружу, то внутрь при открывании и закрывании рта. Покачайте как следует челюстями и почувствуйте, как они умеют смещаться в любых направлениях. Это и есть новые жевательные движения, впервые освоенные нашими отдаленными предками триасового периода.

Сложные скоординированные движения челюстей были только частью уравнения. Для того чтобы жевать, верхние и нижние зубы млекопитающих должны были сойтись вместе. Это называется окклюзией, и у динозавров или рептилий ее нет[10] — у них верхние зубы обычно перекрывают нижние, подобно ножницам, или смыкаются зигзагообразно, но не совпадают поверхностями, когда пасть закрыта. Млекопитающие разительно отличаются от них, в чем каждый из нас может убедиться, закрыв рот. Хотя верхние резцы у нас слегка перекрывают нижние, наши щечные зубы плотно смыкаются — верхние стыкуются с нижними. У нас такая хорошая окклюзия зубов, что, когда мы полностью сжимаем челюсти, они фактически запираются. Именно большая площадь контакта и плотное смыкание верхних и нижних зубов обеспечили появление жевательной поверхности. Она возникла у триасовых млекопитающих типа морганукодона, сделавших последний шаг в развитии классической маммальной зубной системы — заклыковые зубы у них разделились на предкоренные и коренные.

Однако окклюзия создает одну проблему. Верхние и нижние зубы должны точно соответствовать друг другу, чтобы выступы одних входили в ямки других. Иначе они не будут смыкаться, и тогда жевание станет в лучшем случае неэффективным, в худшем — невозможным. Так произойдет с животными, меняющими зубы на протяжении всей своей жизни, — такими, как предки млекопитающих, — если они попытаются жевать. Даже если верхние и нижние зубы идеально подходили друг другу, при выпадении верхнего зуба нижнему будет больше не с чем смыкаться. Конечно, верхний отрастет, но не сразу, и пока зуб не встанет на свое место, смыкания с нижним не будет. Понятно, что для жующего животного это неудачный сценарий и млекопитающие снова пришли к оригинальному решению. Они прекратили менять зубы всю жизнь, обменяв неисчерпаемые поколения зубов, которыми обладали их предки, на всего лишь два набора: молочные зубы в период роста и затем постоянный набор взрослых зубов. Это называется дифиодонтизмом. Теперь, когда у вас сломается (или выпадет) зуб и вам понадобятся дорогостоящие услуги стоматолога, можете винить ваших триасовых предков.

Откуда нам известно, что все это происходило с первыми млекопитающими? Ну, во-первых, смыкание верхней и нижней челюстей — окклюзию предкоренных и коренных зубов — можно наглядно увидеть на ископаемых черепах морганукодона и других ранних млекопитающих. Во-вторых, на трехбугорчатых коренных зубах морганукодона и прочих триасовых млекопитающих есть следы износа: уплощенные поверхности, покрытые бороздами от истирания, которые образовались в результате постоянного контакта с противоположными зубами. В части износа зубов эти млекопитающие соблюдали хрупкое равновесие. Слишком интенсивный износ приводил бы к стачиванию зубов до пеньков — катастрофа для животного, неспособного больше отращивать новые зубы сколько угодно. Но при оптимальном уровне износа формировались плоские поверхности с острыми краями, работавшие как ножницы при смыкании челюстей, что добавляло к жеванию разрезание.

Ископаемые остатки этих первых млекопитающих — с прочными челюстями, зубной окклюзией и умением жевать — примечательны еще в одном отношении. Их череп обладает вместительной полостью, содержавшей мозг намного более крупный, чем у их пеликозавровых, терапсидных и цинодонтовых предков. Заметнее всего вырос передний отдел, и трубковидный предковый мозг обратился в более шарообразный, присущий современным млекопитающим, с округлыми полушариями.

На основании компьютерной томограммы черепов морганукодона была создана цифровая реконструкция его мозга, которая, помимо увеличенных размеров и округлившейся формы, показала еще две ключевые особенности, характерные для млекопитающих. Обонятельные луковицы — отвечающие за восприятие запахов — у него массивны. А у переднего мозга появилась новая надстройка — шестислойная масса нервной ткани, которая называется новой корой. Это одно из высших достижений млекопитающих. Неврологи считают новую кору ключом к интеграции чувств, научению, памяти и интеллекту. Таким образом, первые млекопитающие триаса одновременно учились лучше жевать и умнели. То ли усиленное питание способствовало росту и усложнению мозга, то ли увеличение мозга вызвало изменения в положении челюстных мышц, сделав укус более мощным, а движения челюстями более сложными. Так или иначе, у первых триасовых млекопитающих эти существенные изменения питания и интеллекта происходили взаимосвязанно.

Морганукодон — самый знаменитый представитель этой первой волны млекопитающих и яркий образец базальной группы млекопитающих, пережившей расцвет в триасе и продолжавшей существовать в юрский период. В 1949 г. Кюне, чудесным образом ставший после своего освобождения преподавателем Лондонского университета, описал животное по единственному миллиметровому обломку зуба, который удалось отыскать в девятикилограммовом мешке гравия, собранного в одной из пещер Уэльса. В 1952 г. Кюне вернулся в Германию и стал профессором в Берлине,