Более пятисот миллионов лет назад живые существа совершили огромный шаг на пути своего развития. А именно — морские беспозвоночные стали осваивать скелеты. Правда, речь не о костях, как у современных позвоночных, а экзоскелетах, или панцирях (да, они тоже считаются скелетами). Но какими были первые панцирные морские существа? Ответить на этот вопрос не просто. Все, что осталось от таких существ — трубчатые окаменелые структуры, которые не были уничтожены временем. Поэтому долгое время ученым оставалось только догадываться каким был тот или иной древний ископаемый организм. Однако в недавнем исследовании международной группе исследователей все же удалось разгадать загадку возрастом 500 миллионов лет и установить личность такого существа. Более того, авторы рассказали какие его предки живут и в наши дни.
Трубчатые структуры, которые когда-то были панцирями, прочно укрепленными кальцием, относятся к периоду, который называется кембрийским взрывом. Он длился от 541 до 510 миллионов лет назад. Почему в этот период стали появляться панцири? Скорее всего они служили защитой, позволившие организмам выживать в более сложных условиях окружающей среды. Об этом говорит тот факт, что экзоскелеты появились в короткий промежуток времени (примерно 50 миллионов лет) у самых разных групп.
Панцирями обрастали все, начиная от предков дождевых червей, и заканчивая родственниками тихоходок. Однако их экзоскелеты были не такими сложными, как, к примеру, у морских скорпионов, которые возникли примерно на 100 миллионов лет позже. А самые первые панцири представляли собой просто трубки.
Определять какому существу принадлежала та или иная трубчатая окаменелость — это все равно, что угадывать содержимое пустой банки без этикетки, учитывая только ее форму. Дело в том, что после гибели морской организм становится пищей для различных падальщиков и бактерий, в результате чего бесследно исчезает.
В поздних эдиакарских и ранних кембрийских отложениях немало известно ископаемых остатков мелкораковинных организмов. От Сибири до Бразилии. Мы уже были знакомы с анабаритидами. Да и отношение их к трехдольным очень спорное. Но многие исследователи интерпретируют их как ранние книдарии покрытые минеральной оболочкой. Возможно, что именно анабаритиды были первыми из кишечнополостных, научившиеся защищать свое хрупкое тело в панцирь.
Таковой была, например, корумбелла (лат. Corumbella werneri) обитавшая примерно 550-500 миллионов лет назад у морских побережий будущей Бразилии. Это единственный род в монотипичном семействе Corumbellidae, представленный одним видом C. werneri. Он обладал панцирем, состоящим из толстых полигональных колец, в которых пластины с порами и сосочками свидетельствуют о начале скелетогенеза у поздних неопротерозойских метазойных животных. Он был сидячим и несколько напоминает более поздних конулярид, хотя это сходство, вероятно, поверхностное; его секреция арагонитового склеритома (раковины) предполагает родство с эуметазойными животными и, вероятно, с первыми полипами (книдариями).
Превратиться в окаменелости мягкие ткани могут только в одном случае, если по какой-то причине они будут быстро покрыты илом, то есть тонкозернистым морским осадком, который защитит их от аэробных бактерий. Именно это и произошло 514 миллионов лет назад с существами, которые были обнаружены в китайской провинции Юньнань. В результате у них отлично сохранился не только панцирь, но и мягкие ткани. Уникальная находка в своем роде.
Останки Гангтоукунии (лат. Gangtoucunia aspera) были обнаружены китайским палеонтологом Гуансюй Чжаном, и как выяснилось, находка была невероятно редкой. Мягкие ткани у этих окаменелостей настолько хорошо сохранились, что исследователям удалось даже различить отдельные органы. Как сообщается в издании "Proceedings of the Royal Society B", рты этих существ были окружены кольцом щупалец длиной около пяти миллиметров. Также они имели мешковидный кишечник с одним отверстием, то есть ануса у них не было.
Выявив все основные особенности этих организмов, ученые пришли к выводу, что они принадлежали к типу Cnidaria. Как поясняют исследователи, G. aspera были предками современных медуз. В результате данная работа положила конец предположению о том, что G. aspera были кольчатыми червями. Последние имеют сегментированное тело и пищеварительную систему с двумя отверстиями.
Однако закономерный вопрос тут будет, каким образом животное, которое больше походит на колониальные кораллы или анемоны вдруг становится предком медуз?
G. aspera, скорее всего, прикрепляли один конец своей трубки к другим представителям своего вида или любым другим подвижным существам, к примеру, трилобитам, и таким образом “зависали” в океане на длительное время. Когда к ним подплывал хищник, они прятались в своей раковине. А когда возле медузы оказывалась добыча, она вытягивала щупальца и жалила, как современные медузы-полипы.
Если раньше существовали медузы с панцирями, остались ли они в наши дни? Нет, но зато экзоскелетами обладают личинки медуз группы Scyphozoa. Кроме того, экзоскелеты также имеют кораллы, которые, как мы знаем, относятся к тому же типу животных. Однако у современных кораллов и G. aspera имеется одно серьезное отличие. Первые создают скелеты из карбоната кальция, в то время как у древних медуз он был из фосфата кальция, то есть того же материала, из которого состоят наши кости и зубная эмаль.
Почему современные Cnidaria стали строить экзоскелеты из другого материала, ученые сказать пока не могут. Согласно одной из версий, окружающая среда раньше была богата фосфором. Однако более точный ответ можно найти в генетике кишечнополостных. Поэтому ученые надеются в ближайшее время получить более точные ответы. К тому-же в одной из статей я уже упоминал, что некоторые виды кораллов способны в экстренных случаях "сбрасывать" свой экзоскелет и тем самым приспособиться к меняющимся условиям. А что касательно эволюции? Мы уже имеем некоторые примеры "эволюционных кульбитов". Это всегда была трудная головоломка, которая восхищает своей сложностью. Вероятно одни книдарии породили сцифоидных медуз, другие стали развиваться исключительно как сидячие организмы.
Еще интересными для рассмотрения в раннем кембрии будут конулярии (лат. Conulata). Сидячие животные из типа стрекающих удобно расположились в специальной четырех-угольной камере из кальциево-фосфатного материала. Они то, собственно, и стали некой версией анемонов-актиний. Однако не самой удачной версией. Так как протянули только до середины триаса (мезозой). И не самой распространенной версией. Так как находки конулярий весьма редки, а сами конулярии никогда не строили рифов (мы ведь знаем что современные кораллы великолепные рифостроители).
Панцирь конулярий был массивным (отчасти из-за прямоугольного, а не круглого сечения) и твёрдым. И в некоторых случаях на нижней, острой части заметны выступы, позволявшие фиксировать конструкцию в грунте. Однако не самая устойчивая, да и «корни» есть далеко не у всех панцирей. Так что, альтернативная версия представляет конулярий плавающими животными, возможно за счет газового кармана.
Еще более незамысловатой формы, но от того не менее интересное животное, которое исследователи все-таки относят к книдариям. Маккензии (лат. Mackenzia costalis)– животные исключительно Кембрийского периода. На сегодняшний день отнесена к отдельному классу. Вероятно предком были эдиакарские Инарии, однако это не точно.
На окаменелостях тело Маккензий удлинённое, цилиндрической формы, без каких-либо явных придатков или расширений. Тело имеет практически одинаковую ширину на всем протяжении, с тупыми концами. Длина найденных находится в пределах 25—158 мм, и в среднем составляет 86,5 мм. У особей, чья длина менее 100 мм, ширина прямо пропорциональна длине, а у более крупных особей ширина почти не увеличивается (это отражает, предположительно, большую посмертную растянутость экземпляров) и весьма сильно варьирует. Последнее указывает, по всей видимости, на способность животных к мышечному сокращению. На поверхности тела имеются 8—10 продольных полос, слегка приподнятых над покровами тела.
Чарлз Дулиттл Уолкотт полагал, что Маккензии при жизни не были поперечно округлыми, а возвышающиеся полосы были значительно выраженными выпуклостями или гребнями, которые уплощились при процессе окаменения. В ходе дальнейших исследований данное предположение было подтверждено тем, что у некоторых экземпляров дистальный конец имел лопастную форму. К этому концу как раз и могли сходиться гребни. На проксимальном конце тела вероятно располагался орган для прикрепления к субстрату — так интерпретируется структура, найденная только лишь у одного экземпляра: вырост, соединённый с остальным телом при помощи узкого стебелька. Вероятно, это был втягивающийся прикрепительный диск.
Наиболее заметными особенностями внутреннего строения являются светоотражающие (на окаменелостях) нити, которые в настоящее время интерпретируются учёными как расширение стенки тела во внутреннюю полость, наподобие септ у коралловых полипов. Также хорошо заметной является линзоподобная вытянутая структура, располагающаяся в стороне предполагаемого ротового отверстия, или в средней части тела. Возможно, эта структура представляет собой остатки «желудка».
Маккензия не обладала щупальцами или другими очевидными хватательными приспособлениями, а в её окаменелостях не идентифицируются какие-либо остатки пищи, которые свидетельствовали бы о её рационе. Маккензия была сидячим бентосным организмом, что подтверждается отсутствием у неё каких-либо явных приспособлений для плавания в толще воды. При таком образе жизни вероятными являются либо некоторые виды хищничества, либо фильтрация воды. Например, возможно предположить, что путём резких сокращений мышц Маккензия могла всасывать проплывающую мимо добычу в центральную пищеварительную полость. Либо ряды мерцательных клеток могли создавать циркуляцию окружающей воды, что приводило бы к оседанию частичек пищи вблизи ротового отверстия, либо на поверхности тела, а затем эти частицы направлялись ресничками ко рту.
Большинство известных образцов маккензий не содержат какого-либо прижизненного субстрата, но некоторые на проксимальном конце тела имеют небольшое скопление скелетных обломков — спикул губок и брахиопод. Эти скопления трактуются, как «мусор» в месте прикрепления маккензий к субстрату. Другие же экземпляры прикреплены к стеблям каких-то иглокожих — это вряд ли является случайным соединением окаменелостей из-за редкости обоих в сланцах Бёрджесс.
Но не только в Канаде были обнаружены подобного рода организмы. И мы снова "летим" в Китай! Вероятно к настоящим предкам кораллов.
И снова долина Чэнцзян. Как и в канадских сланцах Бёрджесс, мы еще неоднократно будем знакомиться с уникальной кембрийской фауной этого местечка. Китайские палеонтологи при участии немецких и американских коллег описали новое раннекембрийское мягкотелое полипообразное животное, входящее в состав так называемой Чэнцзянской биоты. Это животное получило название в честь бабушки одного из авторов работы, женщины по имени Наилиан Фу (1912–2009), отличавшейся «добротой и элегантностью». Да и дословный перевод слова "наилиан" с китайского означает "подобный лотосу". Что вполне соответствует названию животного Наилиана элегантная (лат. Nailiana elegans).
Первый вывод который сделали палеонтологи, что перед ними хищник. Этот вывод сделан исходя из морфологии животного: прикрепленный сидячий организм имеет 8 щупалец вокруг ротового диска. Щупальца длинные и гибкие, явно приспособленные для схватывания добычи. Судя по опубликованным фотографиям, длина животного (вместе со щупальцами) составляет более 4 сантиметров — значит, по меркам раннекембрийской фауны оно довольно велико. Туловище наилианы было мускулистым, оно могло сокращаться, помогая животному «заякориваться» в донном осадке. Внутри туловища, судя по отпечаткам, находилась пищеварительная (гастральная) полость. Но самое интересное не это. Организм, будучи полипоидом совершенно не имел никакого панциря. А значит он имел вполне совершенные книдоциты, которые жалили при жизни так, что нужды в "доспехах" просто не было. "Попробуй ка, подойди ближе! Ага! Получил разряд?!"
Еще интереснее тот факт, что по туловищу наилианы проходит несколько продольных тонких бороздок, параллельных друг другу. По-видимому, это следы мезентериев — складок, которые врастают в кишечную полость коралловых полипов, деля ее на несколько гастральных карманов. Щупалец у наилианы было 8, и симметрия всего тела, по-видимому, была восьмилучевой — как у современных восьмилучевых кораллов. Но у восьмилучевых кораллов щупальца перистые, а у наилианы они совершенно не ветвятся. Вторичная утрата перистости для раннекембрийского животного маловероятна, так что простые щупальца наилианы — это, очевидно, примитивный признак. К тому же почти все восьмилучевые кораллы образуют колонии, а наилиана — организм безусловно одиночный. Это тоже примитивный признак. В результате исследователи пришли к выводу, что наилиана относится к стволовой группе коралловых полипов. Но ни к восьми-, ни к шестилучевым кораллам она не имеет отношения. За-то скорее всего является общепредковой формой для всех коралловых полипов.
Настоящие кораллы подкласса Табуляты в палеонтологической летописи появляются только с середины кембрийского периода. В кембрии это исключительно одиночные четырехлучевые кораллы отряда тетрокораллов. Таковыми были к примеру камброктоконус (лат. cambroctoconuc orientalis). Они имели конусообразный наружный известняковый скелет, внутри которого прятался сам организм. Скелеты скреплены множеством твёрдых внутренних «рёбер», что делало их достаточно прочными.
Однако кораллы, как и никто из типа книдарий, так и не стали в кембрии рифостроителями. А с чего собственно им таковыми быть? К середине кембрия археоциаты еще достаточно сильны, что бы уступать кому-то место. Но даже после своей трагичной гибели, класс губок не сдавал позиций до самого конца кембрия. Так что почетное место рифостроителей еще было долго занято. Но как известно, в эволюции выживает не сильнейший, а тот, кто может приспособиться к меняющимся условиям. В тени археоциат и прочих губок книдарии учились выживать и втихую готовились занять их место.
Если понравилась статья, прошу ставить лайки. Обязательно подписывайтесь на канал и жмите на колокольчик, что бы всегда оставаться в курсе новых публикаций. Продолжение следует. Всегда с вами автор канала "Страницы Земли".