Без воды ни одно живое существо не может дышать, не может переваривать пишу. Мы говорим, что для дыхания необходим воздух, но в действительности для дыхания всему живому необходим кислород, растворенный в воде. Воздух, которым мы с вами дышим, сначала должен раствориться в жидкости внутри наших легких; также и пища, которую мы съедаем, прежде разжижается, а затем усваивается. Водные животные, которые всегда живут в воде, дышат посредством свободного колебания открытых жабр, которыми они извлекают воздух, растворенный в этой воде.
Но животное, которое в любой момент может оказаться вне воды, должно каким-то образом защитить свое тело и дыхательный орган от пересыхания. Прежде чем морские водоросли смогли выбраться из раннепалеозойских морей на приливную линию побережья, им пришлось создать более плотный внешний покров для сохранения жидкости. Прежде чем предок ракоскорпиона смог выжить, оказавшись на берегу после отлива, ему пришлось приобрести свой защитный панцирь. Трилобиты же обзавелись плотной оболочкой и научились сворачиваться в первую очередь для защиты от пересыхания и уж потом — друг от друга и от врагов. И когда вскоре (как мы заметим, поднимаясь вверх по напластованиям палеозойских отложений) появились рыбы — первые из позвоночных животных, некоторые из них уже успели приспособиться к риску временно оказаться на суше, защитив свои жабры жаберными покрышками и обзаведясь примитивным плавательным пузырем.
В это же время водоросли и другие растения, которые пытались адаптироваться к приливной среде, также подбирались и к области более яркого света. Свет для растений имеет первостепенную важность. Любое изменение в их строении, которое удерживало и направляло бы их к свету вместо того, чтобы во время прилива бесформенным комком катиться обратно в воду, было бы огромным преимуществом. И мы обнаруживаем, что у растений начинают появляться корневая система и волокнистая структура, а затем и древесная кора.
Ранние растения размножались спорами, которые выпускались в воду, разносились водой и могли прорастать только под водой. Они, подобно большинству современных низших растений, были привязаны условиями своего жизненного цикла к водной среде. Но и здесь огромную выгоду принесло появление у спор защитной оболочки, предохранявшей их от пересыхания. Теперь растения могли размножаться в воздушной среде, не рассевая споры непосредственно в воду. Как только эта способность закрепилась у растений, они расстались с мелководьем и начали освоение суши, купаясь в солнечном свете, далеко от морских штормов и волнений.
Основные видовые отличия у высших растений указывают на те стадии, которые они прошли, освобождаясь от необходимости жить в воде. В этом не последнюю роль сыграла появившаяся у растений древесина, а также способ воспроизводства, предотвращающий угрозу высыхания. Низшие растения по-прежнему остаются узниками водной стихии. Низшим мхам приходится жить в сырости, и даже появление спор у папоротников требует на определенной стадии исключительной влажности. Высшим растениям удалось вырваться на свободу; чтобы жить и размножаться, им достаточно того, чтобы почва была лишь немного влажной. Они полностью справились с задачей жить вне воды.
Эта задача в основном решалась на протяжении всей эры протерозоя и в раннем палеозое природным методом проб и ошибок.
Затем, постепенно, но в огромном множестве, новые разновидности растений начали выбираться из моря и распространяться по прибрежным низинам, все еще держась болотистых берегов и заливов, а также вдоль течения и в устьях рек.
Следом за растениями наступает черед животных осваивать сушу.
Нет ни одного наземного животного на нашей планете, как и ни одного наземного растения, строение которого не было бы изначально строением водного организма, при помощи разделения и изменчивости видов приспособившегося к существованию вне воды. Эта адаптация достигалась различными способами. В случае ракоскорпиона жаберные пластины этого примитивного морского обитателя были скрыты в теле, чтобы защитить дыхательные ткани от быстрого испарения. Жабры ракообразных, таких как краб, которые свободно перемещаются на суше, защищены жаберными покрышками на нижнем панцире или щитке. Предки насекомых обзавелись системой трахеальных каналов, которые проводят воздух по всему телу, прежде чем он полностью растворится. А у позвоночных наземных животных жабры древних рыб были сначала дополнены, а затем замещены похожим на мешок выростом у горла — примитивным легочным плавательным пузырем.
До сегодняшнего дня существуют определенные виды рыб, на примере которых мы можем представить, что же помогло позвоночным наземным животным выбраться из воды. Эти рыбы (например, австралийский илистый прыгун) обитают в тропических регионах, где сезоны дождей чередуются с последующими сезонами засухи. Реки в этот период превращаются в лужицы ссохшейся грязи. Во время сезона дождей эти рыбы плавают и дышат жабрами, как обычные рыбы. Но когда вода из рек испаряется, они зарываются в грязь, их жабры перестают работать, и, пока не вернется вода, они выживают, заглатывая воздух, который попадает прямо в легочный плавательный пузырь. Такая двоякодышащая рыба, оказавшись после пересыхания рек в застойных озерцах с затхлой и бедной кислородом водой, всплывает на поверхность л глотает воздух. Так же поступают и тритоны в прудах.
Эти животные все еще остаются на переходной стадии — на той стадии, когда предки высших животных пытались вырваться из ограничений жизни в водной среде, но не смогли сделать этого в полной мере.
Земноводные (лягушки, тритоны, саламандры и т. д.) могут служить примером последовательности, в которой проходили стадии этого освобождения. Для размножения им по-прежнему необходима вода, их икринки должны быть отложены в теплую прогреваемую солнцем воду, где они могут развиваться. Молодой головастик дышит перистыми выростами-жабрами, которые колышутся в воде. Затем над ними вырастают жаберные покрышки, образуя жаберную камеру. Когда у головастика появляются лапки и втягивается хвост, он начинает пользоваться легкими, а его жабры вырождаются и исчезают. Головастик может постоянно жить в глубине водоема. Взрослая же лягушка способна всю оставшуюся жизнь провести на суше, но задохнется, если держать ее только под водой.
Поднимаясь выше по эволюционной лестнице, мы замечаем, что уже у пресмыкающихся яйцо защищено от испарения плотной скорлупой. Из этого яйца появляется потомство, которое, едва вылупившись, уже дышит легкими. Рептилии, как и семенные растения, полностью освободились от необходимости проводить какую-либо из стадий своего жизненного цикла под водой. Более того, как и земноводное, рептилия погибнет, надолго оказавшись под водой.
Поздние палеозойские отложения в Северном полушарии дают нам достаточно материала, чтобы представить это постепенное распространение жизни на суше. Географически это была эпоха лагун и неглубоких морей, весьма благоприятная для такого вторжения. Вполне возможно, что тогда даже не было глубоких морей, подобно нынешним океанам. Теперь, когда у новых видов растений появилась возможность покорить и воздушную среду, они дали начало исключительному богатству и разнообразию современных форм.
В то время еще не было подлинных цветковых растений, ни трав, ни деревьев, сбрасывающих листву зимой. Первичная «флора» состояла из огромных древовидных папоротников, гигантских хвощей и подобных типов растительности. Стебли этих растений вырастали до огромных размеров. Множество таких стволов в окаменелом виде сохранились до наших дней. Некоторые из этих деревьев достигали в высоту пятидесяти метров. Их стволы, которые росли прямо из воды, были покрыты толстой порослью мягких мхов, зеленой слизью и грибовидными наростами, которые почти не сохранились. Мягкая растительная масса, которой изобиловали первые болотистые леса, со временем образовала основной пласт угольных отложений.