Инкубатор на спине
Все мы хорошо знаем, что млекопитающие рождают живых детенышей, птицы откладывают яйца. Так же поступают многие рептилии, в том числе крокодилы и черепахи. Яйцекладущими были и исчезнувшие с лица Земли динозавры (см. "Наука и жизнь" № 5, 1997 г.). А вот о том, что у некоторых ящериц и змей, а также у земноводных рождаются живые детеныши, знают далеко не все.
Большинство живородящих рептилий, строго говоря, не по-настоящему живородящие. У зверей и человека образуется особое "место связи" нового организма с матерью - плацента. Через этот орган детеныш получает с кровью матери все питательные вещества и кислород, а выводит продукты распада. У живородящих рептилий все несколько по-иному. Эмбрион развивается у них внутри яиц, которые просто задерживаются в яйцеводах самки на весь срок "беременности". Эмбрион получает из материнского организма только воду, а питательные вещества черпает из желтка яйца. Живорождение без образования плаценты биологи называют яйцеживорождением. Подобный способ "выбрали" многие ящерицы и змеи. Некоторым из них, например морским змеям-ластохвостам, и выбирать не приходится - всю жизнь они проводят в водной стихии, а в воде яйца рептилий развиваться не могут.
Резкой границы между яйцеживорождением и откладкой яиц не существует. Иногда яйца только на время задерживаются в яйцеводе, и самки откладывают их с частично сформированным эмбрионом, который потом развивается вне матери. Так происходит у обитающих в Южной Америке колючих, или, как их еще называют, заборных, игуан. Некоторые виды, живущие на равнине, откладывают яйца, а близкие им высокогорные виды "рождают" живых детенышей.
Лишь у нескольких видов рептилий встречается так называемое истинное живорождение. Количество желтка в яйце заметно уменьшается, и эмбрион во многом питается за счет материнского организма. У него даже образуется некое подобие плаценты: кожистая оболочка яйца рассасывается, и между кровеносными сосудами стенки яйцевода матери и детенышем устанавливается тесная взаимная связь. Так производят на свет потомство живущие в наших лесах в средней полосе России живородящая ящерица и обыкновенная гадюка. Собственно, благодаря подобному совершенному способу вынашивания детенышей эти два вида и выжили в холодных северных широтах, где рептилиям в целом приходится нелегко. Такой же особенностью отличаются и многие виды сцинков - ящериц с удлиненным телом и короткими лапками (некоторые похожи на змей), ушедших "под землю" - в почву и заселивших многие горные массивы.
Яйцеживорождение встречается не только у рептилий, но и у рыб, и у земноводных. Аквариумистам хорошо известны живородящие виды американских карповых рыб - гамбузии, молли, меченосцы и гуппи. Это свойство характерно и для саламандр и живородящих жаб.
У суринамской пипы и сумчатых квакш яйца развиваются прямо на теле родителей, в особых выводковых "сумках" (ячейках) на спине. Во время спаривания пип самец надавливает на своеобразный "яйцеклад" самки, и яйца, выходя из него поодиночке, равномерно распределяются на спине самки в ячейках. Каждая ячейка, после того как в ней оказалось яйцо, приобретает шестигранную форму и покрывается кожистой крышечкой. Перегородки между ячейками очень тонкие и усеяны кровеносными сосудами, через которые яйца получают воду и, вероятно, часть питательных веществ из организма матери. Сформировавшаяся молоденькая пипа разрывает ячейку и покидает "ясли", устроенные на спине своей матери. Но еще более невероятны способы развития яиц у чилийских лягушек ринодерм и австралийских лягушек реобатрахусов.
"Беременные" папаши
Самец ринодермы, небольшой и ярко окрашенной горной лягушки, захватывает ртом отложенные самкой в воду яйца и отправляет их - куда бы вы думали? - себе в горловой мешок. Там будут теперь развиваться детеныши. Сперва эмбрионы получают питательные вещества из желтка, а затем прирастают спиной к богатой кровеносными сосудами стенке горлового мешка своего родителя. Когда формирование зародышей заканчивается, молодежь разрывает эти "мостики" и благополучно выбирается из горлового мешка сначала в ротовую полость отца, а затем и наружу. Самое забавное, что все это время самец продолжает питаться.
Не менее оригинальны австралийские реобатрахусы. У этих лягушек самка заглатывает отложенные икринки, и яйца (а затем и головастики) развиваются прямо в желудке матери, питаясь выделениями его слизистой оболочки. Подросшие лягушата постепенно перебираются в ротовую полость родительницы и наконец выходят из заточения на свободу. В этом случае самка уже не может питаться (иначе она бы переварила своих детенышей), и у нее на определенный срок полностью отключается работа пищеварительных желез.
И еще о заботливых папашах, но теперь уже из класса птиц. Представьте себе антарктическую зиму: май-июль по нашему календарю. Сорокоградусный мороз, ураганные ветра, темная полярная ночь. И в самый разгар зимы самцы императорских пингвинов, сбившись в кучу, среди ледяной равнины насиживают яйца! Невероятно, но факт. Правда, гнезда у них нет. В такой холод на любом грунте яйцо бы моментально погибло. Каждый самец держит единственное яйцо на лапах, оно утоплено в особую кожистую складку на брюшной стороне тела. Со всех сторон яйцо окружает тепло, но каково несчастной птице! К тому моменту, когда вылупится птенец (сначала он тоже будет сидеть на папиных лапах и греться в его теплой кожистой складке) и вернется с моря откормленная, нагулявшая вес мамаша, самец теряет до 40% своего веса. А ему еще надо идти до открытой воды многие десятки километров. Теперь два месяца будет голодать самка. Поистине самоотверженные птицы, но ради чего такие невероятные жертвы? Если бы самка могла удерживать свое единственное яйцо в яйцеводе, как это делают ящерицы и змеи, то не было бы никаких проблем. Плавай, питайся, нагуливай жир, да и вылупившемуся птенцу не пришлось бы преодолевать десятки километров до спасительной воды. Что же препятствует птицам перейти к живорождению?
И какая польза в живорождении амфибиям и рептилиям?
В учебниках ответа нет
Польза в живорождении несомненна и в разных случаях разная. Развитие детеныша внутри материнского организма надежно защищает его от хищников и бактерий, а также снабжает яйцо водой. Это и более надежное питание эмбриона, и благоприятный, без перепадов, микроклимат, и как результат - ускоренное развитие детеныша. Но и в откладывании яиц есть свои преимущества. Во-первых, их можно отложить очень много, хоть до двухсот (у амфибий и рептилий). Во-вторых, самка меньше истощается и сохраняет большую жизнеспособность. Так что вариантов "за" и "против" может быть много, и в каждом конкретном случае природа делает отдельный выбор. Наибольшее число живородящих рептилий встречается в районах с холодным климатом.
Почему же ящерицы и змеи извлекают пользу из живорождения, а у черепах, крокодилов и птиц нет ни одного случая перехода к живорождению, хотя бы в виде редчайшего исключения? Это действительно странно. Ведь крокодилы и многие черепахи - водные животные, для которых связь с сушей в период размножения весьма тягостна, а иногда и опасна для жизни. Сколько сотен, а нередко и тысяч километров, должны проплывать морские черепахи, чтобы попасть на те океанические острова или песчаные участки побережья, где они выводят потомство. И что их там ждет? Гибель тысяч яиц и вылупившихся черепашат. Спасает лишь большое число откладываемых яиц (до полусотни и даже больше), повторяемость кладок - до семи за год.
Почему же водные черепахи не вынашивают свое потомство, как это делали, например, древние ихтиозавры? То, что рыбоящеры были живородящими, мы знаем точно, поскольку в скелете взрослого ихтиозавра, как раз "под самым сердцем", нашли скелет маленького, еще неродившегося детеныша. Да и не могло быть по-другому, ведь рыбоящеры совсем не выходили на сушу и, следовательно, были "обречены" на живорождение. Две из трех групп водных змей также живородящие. В третьей группе - морских змей подавляющее большинство видов рождает живых детенышей. Вне всяких сомнений, это "удобно" и безопасно для водных рептилий. Так зачем же так мучиться черепахам?
А птицы? Уж кому как не теплокровным животным быть живородящими! Сколько яиц гибнет от переохлаждения, от затопления гнезд и, главное, разоряется хищниками. Сколько проблем у эмбриона, замурованного в известковую крепость скорлупы! (см. "Наука и жизнь" № 10, 1998 г.). Да и для самой птицы насиживание яиц зачастую самый уязвимый период в жизни: хищники нередко ловят наседку прямо на яйцах. Живорождение решило бы многие проблемы, и это прекрасно демонстрируют звери, или млекопитающие.
Но птицы же летают... Ну и что? Прежде всего, многие виды птиц откладывают всего-то одно яйцо. Так поступают морские пернатые - альбатросы, буревестники, фаэтоны и фрегаты, некоторые крупные хищные птицы. Еще больше птиц откладывают по два яйца - тоже невелика ноша. Ведь с одним яйцом, пока оно не отложено, птица летает! Многие утки во время насиживания яиц линяют и разом теряют все маховые перья. Летать им в это время не приходится. Наконец, пингвины совсем не летают, а о том, сколько мучений вынуждены испытывать из-за необходимости насиживать яйцо, мы уже говорили.
В учебниках ответов на все эти вопросы мы не найдем. Остается самим подумать, поразмышлять. Ясно одно: существует какой-то принципиальный запрет, не позволяющий черепахам, крокодилам и птицам перейти к живорождению. Что объединяет этих животных? Одни летают, другие почти не выходят из воды, третьи - как сухопутные черепахи - исключительно ползают по суше. Все такие разные и...все откладывают яйца с твердой скорлупой, чего не делают ящерицы и змеи. Не здесь ли отгадка? Не стала ли скорлупа непреодолимым препятствием на пути столь несложного перехода к яйцеживорождению? Нет худа без добра - ведь скорлупа позволяет птицам откладывать яйца где угодно. Но, видимо, нет и добра без худа. За все приходится чем-то расплачиваться.
Здесь важно отметить, что серьезное препятствие для удержания яйца в яйцеводе - это кислородная недостаточность. Скорлупа препятствует поступлению кислорода и выходу углекислого газа, и ее рассасывание в этом случае просто обязательно. Но возможно ли удаление скорлупы? По-видимому, нет. У эмбриона курицы, если он развивается в бесскорлуповом яйце, недооформляется скелет. Ведь у крокодилов, черепах и птиц эмбрион в основном получает кальций для своего скелета из скорлупы, тогда как у ящериц и змей - из желтка. А "накачка" кальция в яйцо и скорлупу - это часть единой системы кальциевого обмена организма. Перестройка ее очень сложна, а может быть, и невозможна, потому что с кальциевым балансом в организме лучше не шутить. Здесь чуть ошибся - и смерть.
Это лишь одно из возможных объяснений "запрета" на живорождение. Науки о природе учат, что одно объяснение никогда не бывает исчерпывающим. Другое объяснение кроется в механизме определения пола. Известно, что у крокодилов пол определяется не хромосомами, а температурой инкубации яиц. То же происходит у многих черепах. И постоянство среды внутри организма матери было бы губительным для вида - вылуплялись бы особи только одного пола. Примечательно, что у тех ящериц, у которых почти нет живородящих видов - у агам и гекконов, пол опять же зависит от температуры среды, а не от хромосом.
Не лучшее ли это объяснение? Снова трудно дать решительный ответ. Так, например, среди настоящих и варановых ящериц тоже нет живородящих форм. А у них пол определяется хромосомами. И, наконец, что делать с "яйцекладущими" птицами, которым свойственно исключительно хромосомное определение пола, хотя и обратное по отношению к млекопитающим? "Х-" и "Y-" хромосомы определяют здесь "девочек", а два "икса" - "мальчиков". Здесь уже на температурные проблемы не сослаться. Это объяснение "не работает".
Какая бы из гипотез ни оказалась правильной - а скорее всего обе, как это часто бывает в науке, - запрет на живорождение у птиц, крокодилов и черепах очевиден. Ни одного живородящего вида у этих животных не существует. Ни у одного вида не происходит сколько-нибудь серьезной задержки яйца в яйцеводе. Но нельзя не восхищаться причудливо устроенным, таким не шаблонным, не схематичным, удивительным миром природы!
