скачать книгу бесплатно
Пока довольно сложно представить, как выглядели экосистемы венда-эдиакария. С одной стороны, удивительно похожие существа обнаруживаются в Австралии и на Белом море, с другой – понятно, что даже в одном месте сообщества различались в зависимости от конкретных условий – глубины, солёности и освещённости. Есть даже мнение, что часть вендобионтов жила на суше и была лишайниками; в пользу этого приводится изотопный состав пород и острая неокатанная форма кристаллов, да и поздневендские грибы хитридиомицеты Vendomyces и лентовидные водоросли Vendovermites очень уж похожи на наземных существ, хотя большинство экспертов критикует версию «сухопутного венда». Не стоит забывать и о том, что венд-эдиакарий длился без малого сто миллионов лет! За такой срок, ясное дело, многое происходило.
Граница докембрия и кембрия ознаменовалась последним оледенением и массовым вымиранием. Исчезли многие анаэробные бактерии, строматолиты, водоросли и большинство акритарх, кем бы они ни были, а также все странные существа эдиакарской фауны. Наступили новые времена, новый эон – фанерозой.
* * *
В протерозое достоверно появились эукариотичность, аэробность и многоклеточность. События протерозоя задали размеры наших клеток, основной набор органоидов и темп существования. Возник потенциал быть большими и сложными. Под конец же протерозоя жизнь раскрутилась до билатеральных подвижных животных вполне зримого размера, вероятно, уже даже с ножками, пищеварительной и нервной системами. То, что у нас есть перед и зад, верх и низ, право и лево – достижения протерозоя.
Альтернативы
Отравление кислородом и грандиозные оледенения, превратившие Землю в одну гигантскую ледышку – уже достаточные причины для всеобщего вымирания. Просто чудо, что хоть кто-то выжил и вынес из случившихся катаклизмов новые полезные качества.
С другой стороны, безмятежный покой сонных эдиакарских морей – без движения, хищников и даже ртов – мог потенциально продолжаться до бесконечности. Сто миллионов лет прекрасно могли растянуться и на несколько миллиардов. А у планеты меж тем есть срок годности.
Планету могли захватить самые разные существа, например грибы, особенно в симбиозе с водорослями. Их общих дарований и жизнестойкости вполне хватило бы для полной победы над конкурентами. Планета-грибница, планета-лишайник, мохнатый ком, вращающийся вокруг Солнца и своими неубиваемыми спорами захватывающий Луну, Марс, астероиды… Вполне реальный сценарий; кто знает, сколько подобных заплесневелых планет крутится во Вселенной?
Часть II
Палеозой: утро
Кембрий
541–485,4 миллиона лет назад: Планета-печка и Великая Революция
МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКАЛА:
541 млн л.н. – терренувская эпоха: фортунский век – 529 – ярус 2 – 521 – отдел 2: ярус 3 – 514 – ярус 4 – 509 – отдел 3: ярус 5 – 504,5 – друмский век – 500,5 – гужанский век – 497 – фуронгская эпоха: паибский век – 494 – янгшанский век – 489,5 – ярус 10 – 485,4
РОССИЙСКАЯ ШКАЛА:
541 млн л.н. – немакит-далдынский век верхнего венда – 529 – ранний кембрий: томмотский век – 521 – атдабанский век – 514 – ботомский век – тойонский век – 509 – средний кембрий: амгинский век – 504,5 – майский век – 500 – аюсокканский век – 497 – сакский век – около 492 – аксайский век – около 489 – батырбайский век – 485,4
Кембрий – один из величайших периодов нашей истории. В это удивительное время появился весь наш мир, все главные группы живых существ. Строго говоря, описав кембрий, можно уже не тратить время на оставшиеся периоды, дальше были только бесконечные пересказы и вариации на тему. Единственное, чего не хватает для полноты картины – жизни на суше. Но и сейчас Земля – планета-океан, так что сухопутные экосистемы, в общем-то, являются экзотическим приложением к основным морским. А в кембрийских морях было весело; биоразнообразие даже превышало современное, так как, кроме почти всех современных типов, тогда плавали, копошились и колыхались самые фантастические создания. И чем больше исследователи изучают их, тем лучше осознают, что нам ведома лишь малая толика кембрийских чудес.
* * *
Африканская гляциоэра кончилась, Земля оттаяла, наступил кембрийский оптимум – самое жаркое время за весь фанерозой. Планета прыгнула из фазы снежка до фазы пирожка. Лавразия и Гондвана продолжали разъезжаться друг от друга и трескаться на куски. Мир радикально поменялся.
Перестройку фауны называют «кембрийским взрывом» или «кембрийской революцией». В геологической летописи это обычно действительно выглядит как волшебство: почти пустые камни докембрия сменяются изобилием кембрия. Дно морей заполоняют совершенно новые существа, большинство – с твёрдыми элементами тела: губки, моллюски, хиолиты, брахиоподы, приапулиды, онихофоры, членистоногие, щетинкочелюстные, иглокожие, полухордовые граптолиты и хордовые.
Такое преображение долгое время казалось крайне загадочным и даже использовалось креационистами как доказательство творения жизни. В настоящее время причины «кембрийского взрыва» подробно изучены и разобраны. Вырисовывается следующая картина.
В конце венда все указанные выше группы животных уже существовали, но были представлены мелкими планктонными формами, не имевшими твёрдых покровов. Дело в том, что кислорода на большой глубине всё-таки не хватало, тяжёлые существа тонули, погружались в анаэробные бездны и задыхались. Кислорода же около дна не хватало, так как на сравнительно большой глубине было темно, отчего там не жили фотосинтетики. Темно же было, так как вода была весьма мутная, поскольку гибнущие живые организмы (а мы помним, что продуктивность докембрийских морей была не меньше нынешней, тем более что в верхних слоях холодной воды ледникового периода кислорода растворялось более чем достаточно), особенно планктонные, превращались во взвесь, которая болталась в толще воды, закрывая солнце и не давая шансов придонным фотосинтетикам (неспроста некоторые исследователи считают вендобионтов анаэробными хемосинтетиками; это объясняет отсутствие у них пищеварительной системы и удивительную пассивность). В отсутствие хищников и эффективных падальщиков взвесь только накапливалась. Но появление потребителей этой органики было делом времени. Ключевым стало возникновение эффективных планктонных фильтраторов, вероятно схожих с современными рачками. По-видимому, помогло делу и потепление, из-за которого растаяли ледники, воды мирового океана опреснились, стали менее плотными, перестав держать на весу мало-мальски крупные частицы. Из-за этого планктонным существам пришлось обзаводиться всяческими отростками и лопастями для парения в воде, а побочным эффектом могло стать и появление фильтрующих органов. Фильтраторы стали отцеживать взвесь и склеивать её в пеллеты – попросту говоря, какашки. Параллельно возникновение сквозной пищеварительной системы, как уже говорилось, способствовало бодрости – возможности активно плавать, а не сидеть сиднем на дне, ускорению обмена веществ и росту потребления, а стало быть – и росту числа отходов. Пеллеты, будучи сравнительно большими – до 1 мм длиной, стали тонуть (между прочим, из них состоят многометровые толщи пеллетовых известняков по всему миру), вода стала прозрачнее, солнечные лучи начали достигать глубин, там завелись водоросли, которые обогатили придонные слои кислородом. Животные смогли жить на дне, а всем известно, что глубже дна не провалишься. Впрочем, и глубже не беда – возникли роющие твари, начавшие копать вертикальные норки, через которые кислород стал проникать в верхние слои придонного ила. Стало возможным быть крупным и тяжёлым, благо высокоэнергетичное аэробное дыхание позволяет производить твёрдые элементы тела (если задуматься, твёрдый предмет – такой, на разрушение которого надо потратить много энергии, а значит, по закону сохранения энергии, при его создании было потрачено не меньше энергии, вложенной в межмолекулярные связи).
Конечно, во всей этой цепи рассуждений есть тонкие моменты. Освободило ли эдиакаро-кембрийское вымирание вендобионтов дорогу новым существам, или появившиеся активные хищники сожрали предыдущую биоту и привели её к кризису? Байконурское оледенение или, напротив, последующее потепление с уменьшением растворимости кислорода в воде ответственно за вымирание и возникновение нового типа планктона? А может, наоборот, из-за вымирания массы продуцентов углерод стал меньше уходить в осадок, а ранее ушедший, погружаясь в зонах тектонических разломов в магму, высвобождался в атмосферу, создавая парниковый эффект и завершая африканскую гляциоэру? Где тут причина, а где следствие? Скорее всего, система работала с обратной связью, как цепная реакция, причины вызывали следствия, а те подстёгивали причины, наращивая эффект.
Кроме прочего, как ни парадоксально, одно из главных отличий поздневендской и раннекембрийской фауны заключается в том, что для венда характерны гигантские медузоиды до 30–40 см в диаметре и перистовидные колонии полипов величиной более 1 м, а в самом начале кембрия – томмотском веке – обнаруживаются лишь крошечные тварюшки, так называемая «мелкораковинная фауна».
Ещё стоит учитывать, что граница эонов не была такой уж резкой. Как ни странно, никто не знает, где лучше всего проводить линию. Лучшее этому свидетельство – расхождение российской и международной шкал: наш немакит-далдынский ярус верхнего венда болееменее соответствует «международному» фортунскому ярусу нижнего кембрия. А нижняя граница фортунского яруса определена даже не по нормальным ведущим ископаемым, а по ихнотаксону Trichophycus pedum (он же Treptichnus pedum) – окаменевшим норкам каких-то неведомых роющих животных, научившихся копать не только горизонтально, но и вертикально. Нормальные же, например, трилобиты появляются гораздо позже – в атдабанском ярусе. А вы ещё говорите: «Кембрийский взрыв, кембрийская революция»!..
В реальности все вышеуказанные события заняли огромный промежуток времени, ничто не случается мгновенно. Между надёжным исчезновением эдиакарских вендобионтов и появлением приличной фауны с узнаваемыми трилобитами и брахиоподами прошло не менее нескольких миллионов лет. Этот отрезок по длине сопоставим с теми, за которые из невнятных недоящериц возникли черепахи, из наземных копытных хищников – морские киты, из четвероногих древесных человекообразных обезьян – двуногие наземные люди.
Самые многочисленные и хорошо изученные местонахождения кембрия расположены в Якутии, отчего почти все ярусы этого периода носят якутские имена (что, конечно, не могло понравиться создателям Международной шкалы, которые часть названий заменили на китайские, а часть ярусов вообще оставили безымянными, просто пронумеровав их). Раннекембрийских отложений известно не так уж много, что печально, так как именно в это время происходило самое интересное. Наиболее информативные отложения с идеальной сохранностью фауны середины раннего кембрия – сланцы Маотяньшань в уезде Чэнцзян округа Юйси, а также Хайкоу в соседнем округе Куньмине в южнокитайской провинции Юннань с датировкой около 518 млн л. н. или несколько меньшей (конец атдабанского века; конечно, не обошлось без громких заявлений о возрасте в 560–534 или 525–520 млн л. н., но, как часто бывает с китайскими местонахождениями, позже Маотяньшань заметно помолодел), а также Сириус Пассет на крайнем севере Гренландии того же возраста. Чуть более поздние – ботомского века – Синские местонахождения в Якутии содержат отпечатки удивительно похожих организмов. Всего на несколько миллионов лет моложе, но формально уже среднекембрийского возраста одно из самых знаменитых мест – сланцы Бёрджес в Канаде с датировкой 510–505 млн л. н. (в среднем 508 млн л. н.).
Скелетные существа в Маотяньшань, Сириус Пассет и Бёрджес точно такие же, как в других среднекембрийских местонахождениях. Тем чудеснее, что «твёрдые» организмы составляют примерно одну седьмую от общего числа обнаруженных в сланцах видов, а все остальные – мягкотелые. Это показывает, насколько наши знания о древних экосистемах обрывочны. При этом в сланцах абсолютно преобладают донные формы, но почти не представлены планктонные (донных найдены десятки тысяч отпечатков, а некоторые виды свободно-плавающих животных обнаружены в единичных экземплярах), так что реальное разнообразие можно смело помножать ещё надвое.
* * *
Экосистемы кембрия по сравнению с докембрийскими имеют очевидный перекос в сторону эукариот. Конечно, строматолиты и прочие бактериальные плёнки никто не отменял – они существуют и поныне, – но «центр тяжести» определённо сместился. В частности, появляются первые фораминиферы Platysolenites antiquissimus, известные уже из немакит-далдынского века Якутии (вендского по российской шкале и раннекембрийского по международной). В последующем эти крошечные одноклеточные существа, строящие вокруг своего амебоидного тельца карбонатные раковинки, станут величайшими преобразователями планеты. Над дном морей возвысились биогермы – известковые постройки водорослей. Они всегда чётко отграничены от окружающего пространства и были своеобразными оазисами жизни.
Особой и главной группой рифостроителей кембрия стали археоциаты Archaeocyatha – особые кубкообразные существа, близкие к губкам или даже бывшие примитивными губками. Они возникли в самом начале томмотского века, то есть в начале кембрия, где ведущим ископаемым является Nochoroicyathus aunnaginick. Археоциаты чрезвычайно разнообразны – существовали маленькие и большие, одно- или двустенные, крупно- и мелкоячеистые, одиночные и колониальные, иногда они нарастали друг на друга, формируя огромные стены на дне моря. Археоциаты широко распространились почти по всему миру, они не найдены только в Скандинавии и Англии. Наибольший расцвет эти организмы получили в начале и середине кембрия, а потом стали очень редкими, хотя последние на Северном Урале дотянули, возможно, аж до лудловской эпохи позднего силура. Современные губки Petrobiona massiliana и Vaceletia crypta очень похожи на археоциат и даже рассматривались как «живые ископаемые».
Закат археоциат мог быть вызван разными причинами – конкуренцией с красными водорослями и нормальными губками, а возможно – повышением содержания магния в воде и другими гидро- и геохимическими изменениями.
Параллельно с археоциатами возникают и обычные губки Porifera (или Spongia). Судя по их многообразию в начале кембрия, появились они ещё в протерозое, а некоторые вендские микрофоссилии иногда прямо засчитываются за иглы губок. Интересно, что, судя по обрывкам генетического разнообразия современных губок, их древнейший предок мог быть более развитым, например, иметь нормальную пищеварительную систему, а в последующем заметно деградировать.
Как вы там, потомки?
Морфологически губки близки к той границе, перед которой назвать существо многоклеточным нельзя. Строение губок просто и незамысловато, ведь у них нет систем – ни двигательной, ни дыхательной, ни кровеносной, ни выделительной, ни половой, ни нервной, ни даже внятной пищеварительной; нет даже тканей в полном смысле этого слова; обмен веществ прост, как кирпич. С другой стороны, это обеспечивает живучесть: губки отлично почкуются. Антарктическая губка Scolymastra joubini способна жить до 5 – 15 тысяч лет, а Monorhaphis chuni – до 18 тысяч!
Конечно, самые показательные эксперименты в смысле поиска грани одно- и многоклеточности, когда губок протиранием через полотно разделяли на отдельные клетки, а потом эти клетки складывали в кучку. Они, оклемавшись, выпускали ложноножки и начинали сползаться обратно: уже через четыре часа во вполне плотную компанию, через три дня в решётчатый каркас, а через недельку – в полноценный организм. Жидкометаллический терминатор, собирающийся из капелек, не так уж оригинален. Более того, если смешать клетки некоторых губок (а для прикола можно их ещё покрасить в разный цвет), то они не перепутаются, а правильно распределятся по своим индивидам. Всё это доказывает, что, с одной стороны, клетки губок способны к самостоятельной жизни, а с другой – всё-таки стремятся жить единым организмом.
Специализация клеток достаточно велика, чтобы не считать губок колониальными существами, а самое главное – не все клетки могут превращаться в половые, а только археоциты. Впрочем, губки компенсируют это тем, что отдельные особи таки склонны собираться в колонии; более того, одиночные скорее представляют исключение.
Узнаваемая особенность губок – хоаноциты – клетки со жгутиком, создающие ток воды во внутренней полости. Существовала даже концепция происхождения нервных клеток нейронов из хоаноцитов, хотя при проверке она не подтвердилась. Амёбоциты активно двигаются по телу губок с помощью ложноножек. Есть и другие специфические варианты клеток.
Фишка губок – наличие в теле спикул – твёрдых элементов самой разной формы, образуемых клетками склероцитами. Форма спикул крайне специфична, а потому удобна для стратиграфии. Спикулы бывают сделаны из кальцита, диоксида кремния или органического рогового вещества. Соединены они непрочно, так что губки практически никогда не сохраняются в целом виде, а лишь в виде изолированных спикул. Тело между спикулами пронизано каналами и иногда полостями, благодаря чему губки во все времена использовались как, собственно, губки. Специфический вариант их использования – косметический: если натереть щёчки растёртой пресноводной губкой бадягой Spongilla, то спикулы вызывают капиллярное кровотечение, и личико розовеет. В прошлом этим злоупотребляли всяческие актёры, откуда и пошло выражение «разводить бодягу» – процесс размочаливания губки был довольно задумчивым.
Морфологически более совершенны, но в целом тоже крайне примитивны кишечнополостные Radiata (или Coelenterata). В кембрии известны оба их современных типа: гребневики Ctenophora и собственно кишечнополостные, или стрекающие Cnidaria. Вероятно, к гребневикам относится довольно большая группа Anabaritidae, включая древнейшего Anabarites trisulcatus и чуть позже появившегося Selindeochrea tripartita из немакит-далдынского века Якутии. В сланцах Маотяньшань обнаружены отличные отпечатки гребневиков Maotianoascus octonarius, стрекающих Xianguangia sinica, Archotuba conoidalis и многих других, в Бёрджес – двадцатисантиметровых морских перьев Thaumaptilon walcotti, причём последние до боли похожи на эдиакарских Charnia, хотя имеют не скользящую, а нормальную симметрию. Вытянутые отпечатки Mackenzia costalis из Бёрджеса не имеют внятных деталей, но ясно, что одним концом они крепились ко дну, а на другом был круглый рот. Скорее всего, маккензия была бесщупальцевой актинией, но некоторым исследователям хочется видеть в ней реликта эдиакарских вендобионтов.
Как вы там, потомки?
Гребневики – странные создания, по многим параметрам совершенно особенные. С одной стороны, они крайне примитивны (генетики даже высчитывают, что они примитивнее губок, но игнорировать морфологию тоже глупо), с другой – имеют крайне специфические черты, например, восемь мерцающих гребных рядов ресничек, светящиеся клетки фотоциты, два длинных щупальца с клейкими клетками коллобластами, частично сквозную пищеварительную систему и, самое удивительное, нервную систему, возникшую независимо от всех других многоклеточных.
Стрекающие пошли другим путём: они довели до идеала радиальную симметрию, обзавелись стрекательными клетками, многие стали колониальными. Правда в кембрии кишечнополостные ещё не строили рифов, уступая эту роль археоциатам и водорослям. Предки кораллов – Cambrophyllum, Вija и Protoaulopora – появились уже в раннем и среднем кембрии, но главной роли в экосистемах не играли.
Как вы там, потомки?
Стрекающие – образец примитивнейшего многоклеточного существа, уже обладающего тканями и хоть какими-то системами. Тело стрекающих состоит из двух слоёв клеток, между которыми находится полужидкая мезоглея. Тело втянуто само в себя, так что, как уже говорилось, кишечнополостные представляют собой взрослую гаструлу со ртом, обычно окружённым щупальцами. Полость одновременно и пищеварительная, и может использоваться для реактивного движения. Замечательно существование нервных клеток, образующих нервную сеть, которая даёт возможность реагировать на происходящее вокруг двумя основными способами: если к телу прикасается что-то маленькое, его надо срочно обстрекать стрекательными клетками и запихать в рот, если же рядом обнаружился кто-то очень большой, надо срочно сжаться в комочек и прикинуться ветошью. Органы передвижения и чувств крайне неразвиты, что, кстати, вызывает необходимость быть жутко ядовитым: ведь если отравленная добыча отплывёт-отползёт хоть на несколько сантиметров, её будет невозможно найти, так что убивать надо мгновенно; кстати, и мягкое тело самого кишечнополостного уязвимо для предсмертной агонии жертвы, так что лучше, чтобы та даже не трепыхнулась. Впрочем, некоторые гидромедузы имеют на щупальцах простейшие глазки, а иногда даже с подобием хрусталика.
Двигательная система несовершенна – движения обеспечиваются миоэпителием, а он слаб – компенсируется отличным чувством равновесия. Статоцисты устроены просто, но чрезвычайно надёжно, как будто их проектировал советский инженер: пузырёк с камушком-статолитом внутри, который, перекатываясь, задевает волоски чувствительных клеток. Благодаря этому медузы чутко улавливают усиление колебания волн и отлично предсказывают погоду: им это строго необходимо, ведь быстро уплыть от шторма они не могут, надо озаботиться спасением намного заранее. Эта способность у медуз развита лучше, чем у профессиональных синоптиков. Если рыбаки видят, что медузы у берега пропали – жди бури, надо или отплывать подальше в море, или вытягивать лодки подальше от берега. С другой стороны, если на берегу обнаруживается много выброшенных волнами медуз – это крайне странно, такие случаи достойны особого изучения.
Стрекающие могут размножаться почкованием и обычно так и делают, но у них есть и половое размножение, причём половая и бесполая стадии обычно чередуются в виде плавающих медуз и сидячих полипов, соответственно.
Среди стрекающих есть свои рекордсмены: медуза Cyanea capillata может иметь диаметр купола до 2,3 м, а длину щупалец – аж до 36,5 м! Коралл Colpophyllia natans живёт до 300 лет, Leiopathes glaberrima – 4265 лет, а медуза Turritopsis nutricula и вовсе бессмертна. Всем известно, что кораллы могут заниматься терраформингом, создавая острова-атоллы в океане. Среди стрекающих широко распространена колониальность, доходящая до того, что у кораллов платигир Platygyra несколько соседних полипов могут иметь общие щупальца, а у лобофиллий Lobophyllia и мозговиков Diploria может быть один рот на множество индивидов. Самые же замечательные – сифонофоры, например, португальские кораблики Physalia physalis. Внешне они похожи на медуз, но в реальности составлены из огромного количества особей со своими специализациями: есть большой красивый пузырь пневматофор, держащий всю колонию на плаву, есть питающие полипы гастрозоиды, есть плавательные нектофоры, отрывающиеся и разносящие по волнам полипы гонодендры с гроздьями медузоидов гонофоров, размножающихся половым путём. Таким образом, стрекающие, с одной стороны, очень примитивные многоклеточные, а с другой – некоторые шагнули на уровень дальше большинства, став сообществом не только клеток, но и индивидов.
* * *
В конце раннего и среднем кембрии появляются все главные типы современных билатеральных животных. Замечательно, что в строении кембрийских существ признаки современных типов часто перемешаны в странных сочетаниях. Даже при идеальной сохранности отпечатков мягких тканей и внутренних органов бывает очень трудно понять, к какой группе относится зверь. Очевидно, дело в том, что эволюционные линии разошлись ещё недостаточно и большие различия к этому времени не успели накопиться, а признаки общих предков явственно сквозят. В принципе, наследие этой ситуации видно и до сих пор: не всегда самые похожие существа – самые родственные.
Маленькая тонкость
Согласно комплексу исследований, современные беспозвоночные первичноротые животные делятся на две основные группы – спиральные Spiralia (они же Lophotrochozoa) и линяющие Ecdysozoa.
Спиральные разнообразнее, они включают группу типов Platyzoa, или Acoelomates: плоских червей Platyhelminthes, а также родственные типы брюхоресничных червей Gastrotricha, скребней Acanthocephala, гнатостимулид Gnathostomulida, микрочелюстных Micrognathozoa и коловраток Rotifera; группу типов Lophophorata: циклиофор Cycliophora, форонид Phoronida, брахиопод Brachiopoda, а также родственных мшанок Bryozoa и внутрипорошицевых Entoprocta (или Kamptozoa); группу типов Trochozoa: кольчатых червей Annelida, моллюсков Mollusca, немертин Nemertea и сипункулид Sipuncula.
К линяющим относятся круглые черви Nematoda, волосатики Nematomorpha, онихофоры Onychophora (известные также как лобоподы Lobopoda), тихоходки Tardigrada, членистоногие Arthropoda и ещё ряд малоизвестных типов – лорициферы Loricifera, киноринхи Kinorhyncha и приапулиды Priapula (или Priapulida).
Трудно сказать, кто из всех этих существ примитивнее. Например, плоские черви не имеют сквозной пищеварительной системы, чем похожи на кишечнополостных, зато у них два слоя мускулатуры, тогда как у круглых червей со сквозной пищеварительной системой – только продольный слой мышц. Всегда наготове мнение, что «примитивное» состояние на самом деле вторично, а предки-то были ого-го! – не то, что нынешнее племя, куда более продвинутыми. Нет определённости и в том, что было раньше – сегментированное тело или монолитное. Как бы логично, что сегментация появилась не сразу, но, во-первых, она могла возникать несколько раз параллельно (например, для кольчатых червей и членистоногих это более чем вероятно), а во-вторых, у некоторых она со временем опять пропадала, так что по крайней мере у части животных нерасчлененность вторична. Аналогично много раз параллельно возникали и менялись челюстные аппараты, кровеносная, дыхательная и выделительная системы.
Маленькая тонкость
Одно из важнейших свойств билатеральных животных – трёхслойность. Кроме наружной эктодермы и внутренней энтодермы, у них появился промежуточный слой мезодермы, то есть мышц. Специальный двигательный слой позволил билатеральным существам стать бодрыми и активными, быстро и целенаправленно перемещаться в нужном направлении, а ганглиозная нервная система со сгущениями нервной ткани обеспечила эту механику управлением.
Одно из величайших достижений кембрийских животных – глаза. Конечно, некие фоторецепторы были уже у докембрийских многоклеточных; в конце концов, светочувствительные пигменты есть даже у одноклеточных жгутиконосцев, но полноценные глаза появились только в кембрии. Ксенузии, онихофоры, тихоходки и первые хордовые имели и имеют лишь отдельные пигментные пятнышки и простейшие глазки, но среди моллюсков, динокаридид и уж тем более членистоногих глаза быстро эволюционировали, причём разными путями. У хордовых и моллюсков они сохранили простоту, но в итоге стали очень большими и обзавелись внутренними линзами. У многих членистоногих многочисленные маленькие глазки стали собираться в кучки, так что уже у аномалокариса фасеточные глаза имели диаметр до 3 см и состояли из 16 тысяч линзок. У трилобитов поверх глаз были надеты «хрустальные очки» – линзы из кальцита с магнием. Они одновременно защищали живой глаз и давали большую глубину резкости, а благодаря невероятной прочности и инертности сохранились до наших дней в изначальном виде. На многих окаменелостях стеклянные глаза трилобитов продолжают загадочно поблёскивать и переливаться желтоватым и бирюзовым цветами. Впрочем, есть сомнения, были ли «очки» прижизненными или возникали позже, в процессе фоссилизации.
Изобретение глаз в кембрии происходило параллельно много раз, так как зрение даёт огромные преимущества: оно позволяет оценить расстояние, направление движения, скорость, размер и массу прочих характеристик угрожающего хищника или, напротив, желанной добычи. Хемо- и механорецепция проигрышны, ведь на расстоянии такие органы чувств работают плохо: неизвестно, откуда принесло химию и как долго она тут, а определять опасного хищника на ощупь тем более чревато. Представьте ползущего во мраке первобытного червяка, уткнувшегося во что-то злое и поглаживающего найденное своими тентаклями: «О-о-о, какой большой и зубастый, опасный, наверное… Ой-ой…» Другое дело – глаза. Кто обладает зрением, становится королём моря! Слепые, если только не чрезвычайно многочисленны или не защищены панцирями и ядами, тут же проигрывают эволюционную гонку – либо становятся обедом зрячих, либо гибнут с голоду, не в силах поймать зоркую еду. Стоило появиться глазам у кого-то одного, как у прочих не оставалось выбора – либо тоже совершенствоваться, либо вымирать.
Из спиральных, видимо, уже в раннем кембрии существовали моллюски Mollusca. По крайней мере этим временем датируется формация Махто в канадской Альберте, в слоях которой найдены целые радулы – зубные щётки – неких неименованных моллюсков. Да и вендская кимберелла, как уже говорилось, очень уж похожа на слизняка. В немакит-далдынском ярусе Якутии найдены проблематичные микроскопические ракушечки – Purella antiqua, Oelandiella korobkovi и многие другие, подобные же окаменелости известны и из Китая. Их родство находится под большим вопросом, так как строение тела этих существ неизвестно, но не исключено, что это уже были моллюски. В том же немакит-далдынском веке уже жил моллюск Helcionella, до позднего кембрия существовало много его видов по всему миру. Интересно, что гельционелла имела одну раковину на спине, но похожую на раковину двустворок. Подобные существа иногда прямо классифицируются как моноплакофоры Monoplacophora; предположительно они были предками брюхоногих. К моноплакофорам же относится один из самых многочисленных видов в Бёрджесе – Scenella amii с приплюснутой конической раковинкой. В позднем кембрии такие недоулитки представлены уже множеством видов Kirengella и Hypseloconus.
Другие конические раковинки с поперечными валиками из томмотского века раннего кембрия Якутии и Австралии – Tannuella elata, T. elinorae, а также начала позднего кембрия Антарктиды – Knightoconus antarcticus – рассматриваются как возможные предки головоногих моллюсков.
Отлично сохранившиеся отпечатки Petalilium latus и Vetustovermis planus из Хайкоу, а также Nectocaris pterys из Бёрджеса похожи на головоногих моллюсков, общий план их строения напоминает каракатицу. Это были активные пловцы – плоские, с плавниковыми складками по бокам и двумя щупальцами спереди. В сравнении со «стандартными» моллюсками их голова слишком выделена тонкой «шеей», они чересчур пучеглазы, вдоль тела идут слишком многочисленные параллельные жабры, так что тело и плавниковые складки почти сегментированы. По совокупности черт Nectocarididae могут быть роднёй не только моллюсков, но и плоских червей, немертин и полихет.
Nectocaris pterys. Моллюск
Присутствие раковины у одних потенциальных предков и отсутствие у других ставят вопрос о том, была ли она вообще у предков головоногих или же с самого начала отсутствовала, а появилась заметно позже (а потом у большинства опять исчезла)? По крайней мере, у нескольких видов позднекембрийского Plectronoceras из Техаса двухсантиметровая раковина точно была, а это существо уверенно классифицируется как первый представитель Nautiloidea. Был ли он больше похож на улитку или наутилуса, только с рогоподобной раковинкой – вопрос, но это и не так важно. Главное, с плектроноцераса началась внятная история головоногих, между прочим, мощно повлиявшая и на наше происхождение.
В канадских сланцах Бёрджес сохранились отпечатки Odontogriphus omalus – овального плоского создания, обладавшего радулой с двумя, тремя или даже четырьмя рядами зубов, которые больше всего напоминают моллюскочьи (моллюскиные? моллюсячьи? Велик и могуч русский язык, а улиток обделил!). Одонтогрифус достигал дюжины сантиметров в длину (то есть был дюжим), на спине имел мягкую недораковину, а на животе – рот; жабры-ктенидии и мантийная полость тоже выдают в нём моллюска. Зверь ползал по цианобактериальным матам Morania и скрёб их своими зубищами. Предполагалось, что это был общий предок моллюсков, кольчатых червей и брахиопод, но тщательные исследования показали наибольшее сходство этих существ именно с моллюсками. Впрочем, одонтогрифус не может быть прямым предком моллюсков и червей, так как обе эти группы появились раньше.
Odontogriphus omalus
Как ни странно, ближайшие родственники моллюсков – кольчатые черви Annelida. Долгое время зоологи считали их лучшими кандидатами на роль предков членистоногих, с одной стороны, и хордовых – с другой, ведь у них есть и сегменты, и щетинки, очень похожие на зачатки членистых ног, и замкнутая кровеносная система. Но реальность, как всегда, оказалась хитрее. Разделение тела на сегменты возникло, видимо, независимо у линяющих и спиральных беспозвоночных, конечности и кровеносная система тоже эволюционировали параллельно.
Canadia spinosa
Древнейшие известные кольчатые черви – Phragmochaeta canicularis из Сириус Пассет. В Бёрджесе многощетинковые черви довольно разнообразны и очень похожи на современных: самая известная зверюшка – Canadia spinosa, наиболее обычная – Burgessochaeta setigera, а самая редкостная – Insolicorypha psygma. Эволюция щетинок кольчатых червей прекрасно видна на странном существе Wiwaxia corrugata (между прочим, их отпечатки известны ещё и из Китая, и из Якутии). Эта округлая приплюснутая тварь имела плотный чешуйчатый покров, увенчанный двумя рядами высоких «зубьев» или «перьев». Выглядит это настолько странно, что долгое время виваксия не находила своего места в систематике. Но подробное исследование показало, что щетинки виваксии по сути – просто сильно увеличенные щетинки многощетинковых червей. Кроме прочего, виваксия имела радулу с тремя рядами зубов, очень похожую на радулу одонтогрифуса, несмотря на внешние отличия этих существ и вроде бы их принадлежность к разным филогенетическим ветвям.
Wiwaxia corrugata
Отношения кимбереллы, одонтогрифуса, виваксии и халькиерии (о ней речь дальше) являются предметом дискуссии. По одной версии, линия кольчатых червей отделилась от моллюсков ещё до кимбереллы, а вся указанная цепочка выстраивается в более-менее последовательный ряд: кимберелла похожа на одонтогрифуса формой тела, одонтогрифус на виваксию радулой, виваксия на халькиерию щетинками, а там и до моллюсков недалеко. По другой версии, только одонтогрифус имеет отношение к моллюскам, виваксия родственна кольчатым червям, а халькиерия – брахиоподам, а потому все они относятся совсем к разным группам беспозвоночных. Сходство же по отдельным чертам отражает более древнее родство или возникло независимо в силу конвергенции.
Haplophrentis. Хиолит
Маленькая тонкость
Конвергенция – сходство неродственных организмов, возникшее в силу похожих условий существования. Это явление чрезвычайно широко распространено в живой природе. Моллюски – брахиоподы, акулы – ихтиозавры – дельфины, черепахи – панцирные динозавры – броненосцы, а также миллионы других случаев – всё это примеры конвергенции. Подобные структуры при конвергенции могут возникать из похожих или совсем из разных зачатков.
Параллелизм – сходство родственных организмов, возникшее в силу общего происхождения. Это намного более скучное явление. Например, у всех копытных есть копыта, так как они были у общего предка; рога разных оленей при всей их вариабельности тоже суть производное рогов единого предка.
Близкая пара понятий – гомология и аналогия.
Гомологичные органы – имеющие общее эволюционное и эмбриологическое происхождение, но в итоге могущие быть похожими, а могущие – очень непохожими как по строению, так и по функции. Хрестоматийные примеры гомологичных органов – передние конечности позвоночных: рука человека и шимпанзе, передняя нога коровы, передняя лапа черепахи или крота, крыло птицы, крыло летучей мыши, грудной плавник осетра или плавник дельфина.
Аналогичные органы – схожие по внешнему виду и назначению, но возникшие независимо эволюционно и эмбриологически. Классические примеры – крылья бабочки и птицы, ноги таракана и лошади, спинной плавник тунца и кита.
Понятно, что бывают и сложные случаи. Например, головные концы мухи и мыши гомологичны, так как задаются одинаковыми Hox-генами, однако сами головы и конкретные структуры мушиных и мышиных голов аналогичны, так как возникли намного позже разделения линий членистоногих и хордовых. Общий предок имел головной конец, но не имел головы (об этом ещё пойдёт речь дальше). Проблема в том, что мы не всегда знаем, как выглядел общий предок, и уж подавно – какими генами наследуются те или иные структуры.
Ситуация усложняется существованием ещё и бёрджесских Orthrozanclus reburrus и O. elongata, выделенных вместе с несколькими родственниками в особое семейство Halwaxiidae. Ортрозанклусы сочетают черты моллюсков, кольчатых червей, брахиопод, виваксии и халькиерии. У ортрозанклуса имелась раковинка на голове, как у халькиерии, бока умеренно вытянутого слизнеподобного тела были укреплены полыми пластинками, а по краям топорщились длинные, тонкие, изогнутые и тоже полые щетинки, похожие на «перья» виваксии. Возможно, подобные ортрозанклусу беспозвоночные являлись общими предками всех указанных животных – и кольчатых червей, и моллюсков, и брахиопод. По другой же версии, учитывающей сравнительно позднее время существования, это были специализированные твари, не имевшие прямого отношения к современным группам.
Как вы там, потомки?
Внешне очень похожи на двустворчатых моллюсков брахиоподы. Вроде бы тоже две раковинки, а внутри – вытянутое тельце. Однако разница этих существ колоссальна. У моллюсков раковинки правая и левая, а у брахиопод – верхняя и нижняя. «Нога» моллюсков и «рука» брахиопод тоже устроены совершенно по-разному. Главная фишка брахиопод – фильтровальный аппарат лофофор мудрёного строения. Любопытно, что беззамковые брахиоподы сохранили сквозную пищеварительную систему, а у замковых она вторично замкнулась. Личинки имеют глазки и статоцисты, а у взрослых они исчезают за ненадобностью, что представляет отличный пример деградации. Личинки плавают очень недолго и оседают обычно рядом с родителями. Благодаря этому брахиоподы в разных местах океана сильно отличаются друг от друга, быстро специализируются и быстро изменяются, а это, в свою очередь, делает их отличными руководящими ископаемыми.
Форониды – хотя и маленькая, но крайне любопытная группа. Внешне они выглядят как перистые полипы на длинной ножке, запакованной в органическую трубочку, облепленную песчинками, но в реальности гораздо круче. У них есть вторичная полость тела; пищеварительная система сквозная, а кровеносная система замкнутая; нервная система при этом сетчатая.
Внутрипорошицевые, или сгибающиеся, внешне похожи на форонид – тоже чашечки с щупальцами на ножке, только у них анальное отверстие открывается внутри круга щупалец, нет настоящей полости тела и кровеносной системы, зато есть нервный узел; отличается и выделительная система.
Когда появились брахиоподы и их родственники, не вполне понятно. Возможно, их предки кроются в «мелкораковинной фауне» самого начала кембрия или даже конца протерозоя. В раннем кембрии известен целый ряд потенциальных предков: в китайском Чэнцзяне – странные существа Cotyledion tylodes, Yuganotheca elegans и Phlogites longus, в раннем кембрии Южной Австралии – Eccentrotheca helenia и Micrina etheridgei, в Сибири, Марокко и Гренландии – ряд видов Tannuolina. Родство их спорно, но есть мнение, что котиледион был внутрипорошицевым, эццентротека – форонидой, юганотека – не то форонидой, не то переходным звеном от хиолитов к брахиоподам, флогитес – представителем особого типа Dendrobrachia, сочетающего черты внутрипорошицевых, форонид и мшанок (Cheungkongella ancestralis описана как древнейшая асцидия, но при ближайшем рассмотрении оказалась тем же флогитесом), а микрина – вполне себе предком брахиопод. Внешне они были довольно разнообразны: котиледон выглядел как кубок на длинной ножке, покрытый множеством крошечных раковинок, эццентротека – тоже как кубок, но без ножки и облепленный более крупными раковинками, флогитес – как кубок на короткой ноже, но без раковинок, зато с щупальцами, юганотека – как длинный червяк, приделанный к рожку мороженого, который вместо шариков пломбира прикрывали две овальные раковины, а таннуолина – как короткий широкий червь с двумя плосколежащими на спине ракушками, правой и левой. Намного больше на современных брахиопод были похожи раннекембрийские Heliomedusa orienta из Китая и близкая Mickwitzia occidens из Северной Америки, а Lingulosacculus nuda из Альберты сочетает черты брахиопод и хиолитов. Dinomischus isolatus и D. venustus из Чэнцзяна, а также Siphusauctum lloydguntheri и S. gregarium из начала среднего кембрия Юты и Бёрджеса – придонные «тюльпаны» на тонкой двадцатисантиметровой ножке. К кому ближе эти фильтраторы – совершенно непонятно, но есть мнение, что они родственны внутрипорошицевым.
Другой потенциальный вариант возникновения брахиопод вырисовывается из строения Halkieria evangelista из Сириус Пассет в северной Гренландии. Халькиерия регулярно упоминается как предок кольчатых червей, моллюсков и брахиопод, но реальное отношение имеет, видимо, только к последним. Она выглядела как шестисантиметровый вытянутый слизняк с двумя раковинками на спине – над передним и задним концами. Предполагают, что такой зверь постепенно укорачивался, потом сложился пополам, и так получилась брахиопода с верхней и нижней раковинами. Впрочем, строение и расположение щетинок, покрывающих тело халькиерии, чрезвычайно напоминают таковые у виваксии, только масштаб совсем другой, так что линии кольчатых червей и брахиопод в среднем кембрии разошлись ещё не так сильно; другие же исследователи видят в халькиерии и потенциального предка моллюсков, хотя хронологически моллюски появились раньше.
В среднем кембрии есть уже настоящие брахиоподы; например, в Бёрджес это Acrothyra gregaria, Linguella waptaensis, Micromitra burgessensis и многие другие. Некоторые раковины просверлены каким-то хищником, что наглядно показывает, во-первых, причину возникновения раковины, а во-вторых, бесполезность извечной борьбы средств защиты и нападения. В конце кембрия брахиопод уже было величайшее изобилие.
В позднекембрийских слоях Мексики найдена и древнейшая мшанка – Pywackia baileyi, но расцвет этой группы случился уже в следующем периоде.
Хиолиты Hyolitha – загадочные родственники брахиопод, защищённые острой конической раковиной с гранёными краями и закрывавшиеся крышечкой, из-под которой изгибались два тонких «бивня». Древнейшие хиолиты Paragloborilus subglobosus известны из раннего кембрия Якутии; в Бёрджесе найдены Haplophrentis carinatus и H. reesi, бывшие добычей для Ottoia. Долгое время хиолиты считались моллюсками или ближайшими их родственниками, но открытие у них лофофора со щупальцами расставило всё на свои места.
* * *
Линяющие представлены меньшим числом типов, но большим – родов и видов.
Примитивнее всех выглядят круглые черви и волосатики, но, к сожалению, они почти не известны в ископаемом виде. Возможно, Maotianshania cylindrica и Markuelia – древнейшие представители волосатиков Nematomorpha, но пока это только предположение.
Как вы там, потомки?
Современные волосатики – паразиты членистоногих, чаще всего насекомых, иногда ракообразных, причём меняют хозяев. Видимо, изобилие членистоногих в кембрии уже вызвало появление и специфических паразитов. Интересно, что взрослые волосатики мало отличаются от круглых червей и внешне выглядят как длинный тонкий двигающийся волос, тогда как личинки очень похожи на приапулид – такие же толстые получленистые черви с выдвигающимся когтистым хоботком. Таким образом, волосатики могут быть куда более продвинутой группой, взрослые формы которых упрощены вторично.
Следующий уровень развития берут Xenusia; иногда ксенузии рассматриваются как предки онихофор и приапулид, иногда как подгруппа онихофор или, в более широком смысле, лобопод, иногда как искусственная сборная группа. Эти существа зависли между нерасчленённостью древнейших многоклеточных и сегментированностью членистоногих. План строения ксенузий всегда схож: по бокам червеобразного, слабо подразделённого тела отходили пары длинных толстых сосископодобных «ножек», которые благодаря почтисегментированности могли втягиваться или, наоборот, вытягиваться (альтернативное название «Lobopoda» буквально переводится как «дольконогие»). Особенно хорошо узнаваемы крючки на кончиках лапок. Некоторые такие коготки, например, Mongolodus, долгое время числились конодонтами. Разные представители отличаются количеством и длиной «ног», сложностью развития головы, например, строением хоботка, наличием или отсутствием щупалец и глаз. Очевидно, в кембрии они переживали расцвет, не то что их нынешние потомки онихофоры.
Одни из древнейших ксенузий из Чэнцзяна – двухсантиметровые Microdictyon sinicum, одни из самых примитивных, хотя и не самые ранние – Ovatiovermis cribratus из Бёрджеса. Известно и огромное количество других родственных существ из самых разных мест планеты – Luolishania, Cardiodictyon, Mureropodia, Paucipodia, Antennacanthopodia, глазастая Miraluolishania haikouensis и прочие.
Самые известные ксенузии, без сомнения, – Aysheaia pedunculata и Hallucigenia sparsa (есть и другие, более древние виды — H. hongmeia и H. fortis из Китая, но они не столь колоритны). Айшеайя, несмотря на позднюю датировку, наиболее примитивна и одновременно максимально похожа на современных онихофор. Вероятно, от подобных ей существ и возникли все остальные ксенузии, онихофоры, тихоходки и членистоногие.
Название галлюцигении говорит само за себя. Её вытянутое пятисантиметровое червеобразное тело с одной стороны заканчивалось довольно тяжёлой головой с вроде бы глазами, из тонкой шеи в стороны тянулись три пары щупалец, на животе было семь пар толстых недоножек с фирменными коготками, а на спине – тоже семь пар очень длинных шипов. Эти пики при большом увеличении чрезвычайно красивы, так как покрыты мельчайшим чешуйчатым узором; между прочим, такие щетинки давно были известны как конодонты Rhombocorniculum. Примечательно, что от ранних китайских видов к позднему канадскому длина шипов росла, стало быть – была надобность, хищники тоже хотели кушать.
Работа над ошибками
В первом исследовании спинные шипы были приняты за ходульные негнущиеся конечности, а настоящие «ноги» были ошибочно опознаны как непарные выросты на спине. На отпечатке-то верх и низ не указаны! Лишь разглядывание в микроскоп коготков на лапках позволило установить истину и сориентировать зверюшку как положено.
