Рассказ предка

В “Рассказе Гиппопотама” для объяснения отличия гиппопотамов от родственных им китов я ссылаюсь на освобождение от силы тяжести. Должно быть, киты наслаждались приятной легкостью, которую приобрели, порвав связи с сушей. Без сомнения, чем-то подобным можно объяснить и огромное разнообразие форм костистых рыб. Однако, в отличие, например, от акул, костистые рыбы обеспечивают плавучесть способом, о котором расскажет щука.

Рассказ Щуки

В унылом Ольстере, где “горы Морн обрываются в море”, есть красивое озеро. Однажды дети плавали там нагишом, и кто-то из них закричал, что увидел большую щуку. Тотчас все мальчики (но не девочки) выскочили на берег. Щука обыкновенная (Esox lucius) – серьезный хищник, который охотится на мелких рыб. У нее красивая маскировка, но нужна она не для того, чтобы спасаться от хищников. Хищница, которая не особенно быстро плавает на длинные дистанции, “висит” в воде и незаметно подходит к добыче, пока не окажется на расстоянии броска. “Крадется” она, используя спинной плавник.

Такая охотничья стратегия стала возможной благодаря способности щуки “зависать”, как дирижабль: она поддерживает гидростатическое равновесие. Если бы щуке (как и многим акулам) приходилось постоянно плавать, чтобы удержаться на нужной глубине, нападать из засады она не смогла бы. Не требующее усилий поддержание гидростатического равновесия – в этом костистые рыбы искусны как никто другой. Возможно, это ключ к их успеху. Как они это делают? С помощью плавательного пузыря: модифицированного, наполненного газом легкого, которое обеспечивает эффективный контроль плавучести. Плавательный пузырь имеется не только у щук, но и у остальных костистых рыб (за исключением некоторых донных обитателей, которые вторично его утратили).

Плавательный пузырь часто уподобляют так называемому ныряльщику Декарта, но мне кажется, что это не совсем верно. “Ныряльщик Декарта” – это миниатюрный водолазный колокол, который содержит пузырь воздуха и висит в состоянии гидростатического равновесия в бутылке с водой. Когда мы увеличиваем давление (например, нажимая на пробку в горлышке), пузырь сжимается и количество воды, вытесняемое “ныряльщиком”, уменьшается. Поэтому, согласно закону Архимеда, “ныряльщик” тонет. Если же давление на пробку немного ослабить, чтобы давление в бутылке уменьшилось, пузырь в “ныряльщике” расширяется, вытесняя больше воды, и “ныряльщик” всплывает. Так, держа большой палец на пробке, вы можете точно регулировать глубину, на которой зависает “ныряльщик”.

Принципиальное свойство “ныряльщика Декарта” состоит в том, что число молекул воздуха в пузыре постоянно, а объем и давление меняются (согласно закону Бойля – Мариотта, в обратной пропорции). Если бы рыба была устроена как “ныряльщик Декарта”, она с помощью мышц сжимала или расслабляла бы плавательный пузырь, изменяя давление и объем, но сохраняя одно и то же количество молекул воздуха. Теоретически такая схема вполне могла бы работать, но в реальности все не так. Вместо того чтобы сохранять число молекул и регулировать давление, рыба регулирует число молекул. Чтобы опуститься, кровь рыбы поглощает молекулы газа из плавательного пузыря, уменьшая его объем. Чтобы всплыть, она, напротив, выпускает газ в плавательный пузырь.

Некоторым костистым рыбам плавательный пузырь помогает слышать. Тело рыбы, состоящее главным образом из воды, пропускает звуковые волны примерно в той же степени, что и вода. Однако достигая стенок плавательного пузыря, звуковые волны попадают в другую среду – газовую. Таким образом, плавательный пузырь – это своего рода барабанная перепонка. У некоторых видов рыб он расположен напротив внутреннего уха. У других он соединяется с внутренним ухом рядом мелких косточек, которые образуют так называемый Веберов аппарат. Они работают примерно как молоточек, наковальня и стремечко в нашем ухе, но не гомологичны им.

Плавательный пузырь, похоже, эволюционировал из примитивного легкого, которым до сих пор пользуются некоторые костистые рыбы, например ильные рыбы, панцирные щуки и многоперы. Это может показаться странным, ведь мы привыкли думать, что дыхание воздухом – это значительный “прогресс”, достигнутый с выходом на сушу. Можно также предположить, что легкое – модифицированный плавательный пузырь. Но на самом деле, похоже, эволюция примитивного дыхательного легкого пошла в двух направлениях. С одной стороны, легкое продолжило выполнять исходную функцию на суше, и мы до сих пор им пользуемся. А второе направление было необычным: из легкого сформировался плавательный пузырь.

Рассказ Илистого прыгуна

Я думаю, будет уместно посвятить некоторые истории, рассказанные ныне живущими пилигримами, недавним реконструкциям древних эволюционных событий. Костистые рыбы настолько разнообразны, что вполне можно ожидать от них повторения истории лопастеперых рыб и выхода на сушу. Илистый прыгун – как раз такая рыба.