Трансфигурация
Пробуем разобраться cо стратегиями выхода позвоночных на сушу. Часть 1. Трансфигурация
“
«Вдруг послышались вопли русалок. Тритоны отпустили Гарри и обернулись, обернулся и Гарри. К ним плыло чудовище: человеческое туловище в плавках и голова акулы – Виктор Крам попытался превратиться в акулу».
— Джоан Роулинг, «Гарри Поттер и Кубок огня»
Так рассказывает нам о об этом автор Гарри Поттера
А теперь попробуем разобраться с трансфигурацией с точки зрения зоологов-маглов
Виктор Крам пошёл по наиболее сложному, рискованному, но в то же время наиболее эффективному пути – по пути образования принципиально новой морфологической структуры, нового органа. Ученые называют такое преобразование ароморфозом. Действительно, гораздо сложнее полностью заменить какой-то орган на новый, чем добавить дополнительный орган к уже имеющемуся (как сделал Гарри) или взять с собой кусочек своей среды (такую стратегию выбрали Флёр и Седрик). Превратившись в акулу, ученик Дурмстранга решил проблему дыхания под водой кардинально: получил жабры вместо лёгких. А можно ли сделать наоборот? Ведь нас по прежнему интересует проблема адаптаций древних животных при смене очень уж разных сред обитания.


Что же такого произошло там, в девонских морях, что заставило древних рыб искать выход на сушу – очень негостеприимную для водных обитателей среду? Первоначально они туда и не стремились! Им необходимо было решать проблему нехватки кислорода…

Температура на Земле в раннем и среднем девоне была немногим выше 30 градусов и мелководные моря хорошо прогревались. Пожалуй, слишком хорошо. Именно это и стало проблемой для девонских рыб. Чем больше нагревалась вода, тем меньше в ней было растворенного кислорода, согласно закону Генри-Дальтона. Жабры водных обитателей девона не справлялись со своей основной задачей! Они просто не способны были обеспечить требуемый уровень интенсивности дыхания, не могли извлечь кислород из воды, потому что его там было крайне мало. А против физики не попрёшь. И древним девонским рыбам пришлось экспериментировать. Вы же экспериментируете на уроках физики?

Откуда же брать кислород? Из воздуха, больше неоткуда. Вероятно, у какого-то общего предка Лучепёрых и Лопастепёрых рыб появилось небольшое выпячивание пищевода, своеобразный кармашек, в котором  рыбы могли хранить небольшое количество воздуха, заглатывая его ртом. И извлекать из него дефицитный кислород. В ходе естественного отбора (а девонские моря – это страшное место, жуткие хищники там так и кишели)  этот вырост постепенно увеличивался, ведь чем больше его объем – тем лучше рыбе дышится, тем активнее может протекать ее метаболизм.
Хорошо, легкое, пусть и примитивное, есть. Но такое полезное приобретение порождает целый комплекс необходимых сопутствующих преобразований! Как осуществлять газообмен? Нужна сеть капилляров, через которые будет идти диффузия, извлечение кислорода уже из воздуха, а не из воды. Как транспортировать этот дополнительный, и такой важный, кислород к органам и тканям? Нужен отдельный круг кровообращения, чтобы богатая кислородом кровь не смешивалась с венозной. Как осуществлять вентиляцию легкого? Нужны морфологические структуры, обеспечивающие изменение объема легкого. Как вообще наполнять его воздухом? Необходимо изменение поведения животного, которое должно всплывать к поверхности и заглатывать воздух. Либо, если уж вы совсем выползли на сушу, специальные системы его принудительной вентиляции – грудина и ребра, иначе под весом животного легкие будут сминаться в полости тела.

Проблемы первых покорителей суши

Тиктаалик – ископаемая лопастепёрая рыба позднего девона.
Зачем же девонские рыбы решили выбираться на поверхность, если это влекло за собой такое количество проблем?

Впервые примитивное лёгкое появляется совсем не для выхода на сушу! Девонские рыбы вылезти на сушу не стремились, но приобретя некоторые «преадаптации» – шейный позвонок, позволяющий приподнимать голову, как у акантостеги (иногда это вымершее существо называют переходным звеном между рыбами и амфибиями), плавники-ходилки, как у тиктаалика (ископаемая лопастепёрая рыба позднего девона – на картинке слева), лёгкое, как у лопастепёрых рыб – смогли постепенно выйти в новую, незанятую конкурентами среду. Но это лишь гипотезы. Учёные до сих пор спорят, зачем же рыбам понадобилось осваивать сушу, ведь большинство из них, ко всему прочему, были хищниками, а на суше в тот момент других крупных животных не было. Возможно, они бежали от свирепых морских обитателей – ведь там, на суше, еще никого не было, представляете?

Вообще, смена водной среды обитания на воздушную – это вызов! Помимо дыхания, эта среда готовит немало испытаний для водного животного.
Представим себе рыбу, которую поймали и вытащили на берег. Бедняга судорожно открывает и закрывает рот в попытке обеспечить ток воды к жабрам. Но всё это бесполезно: её жабры высохнут, жаберные лепестки слипнутся,  площадь поверхности газообмена резко упадет, диффузия газа станет невозможной, она начнет задыхаться.  Животное будет биться на твердом субстрате в попытках создать пропульсию для движения, но разреженная воздушная среда не дает опоры, необходимы конечности, которые опирались бы на субстрат. Гравитация на суше неумолима. Это в толще воды можно парить, имея всего лишь нейтральную плавучесть. Это в воде расправляются и омываются водой с растворенным кислородом нежные жаберные лепестки. Там же достаточно раскрыть пасть и начать медленное движение и ток воды сам собой будет проходить через жабры. Ничего подобного на суше не будет! Рыба затратит всю энергию на попытки снова оказаться в воде и погибнет от изнеможения. Еще пара слабеющих ударов хвостом и все…
Стратегия Виктора Крама технически вполне реализуема, но достаточно сложна, требует множества переходных этапов и комплексного преобразования целых систем органов. С кондачка превратиться из рыбы в обитателя суши не получится… Нужно по кусочкам заменить все связующие элементы пазла, чтобы наконец сложилась новая дыхательная система, система кровообращения, принципиально новые органы локомоции и многое другое, что позволило бы освоить новую среду обитания. Процесс этот был долгий, со множеством переходных и неудачных вариантов. А стратегии других участников Турнира трёх волшебников – это и есть те самые промежуточные этапы. Страшная штука – эта ваша эволюция!

Задумайтесь об этом, когда придете в Хогвартс, ой, то есть в Зоологический музей МГУ!
Не нашли ничего подходящего про фантастических тварей?
Напишите нам, не может быть, чтобы мы не смогли найти ничего интересного специально для вас!