Поздравляем вас с днем российской науки!
И в продолжении темы говорим об открытиях древности.
Представьте себе: 3 миллиарда лет подряд Земля была царством бактерий. Одноклеточные слизи, плёнки, маты на дне мелководий — и ничего больше. А потом, около 540 миллионов лет назад, всё изменилось, перевернулось. За какие-то 20 миллионов лет, как крошечный миг по геологическим часам, в океане появились почти все основные типы животных. Членистоногие, моллюски, хордовые (наши далёкие предки), иглокожие, черви с перистыми жабрами. Это как если бы город за одну неделю вырос из пустого поля в мегаполис. Палеонтологи называют этот рывок кембрийским взрывом. И он до сих пор остаётся одной из главных загадок в истории жизни.
Мир до взрыва: тишина и слизь
До кембрия, около 580–543 миллиона лет назад, на Земле обитали так называемые эдиакарские организмы. Выглядели они, мягко говоря, странно: плоские диски, мешки с грязью, стёганые матрацы (палеонтологи так их и описывают). Некоторые достигали нескольких сантиметров, но большинство были мягкими, неподвижными и совершенно не похожими ни на что, живущее сейчас. Один из специалистов даже предложил выделить самых причудливых в отдельное царство — Vendozoa.
Жизнь в те времена была тихой. Никто никого не ел. Не было ни глаз, ни ног, ни панцирей. Дно океана покрывали бактериальные маты, и организмы мирно на них лежали. Пищевые цепочки были простейшими, а кислорода в воде и атмосфере не хватало для чего-то более сложного.
Что запустило взрыв?
Причин, скорее всего, было несколько, и они сработали одновременно — как шестерёнки одного механизма.
Кислород. Палеобиолог Эрик Сперлинг из Стэнфордского университета вместе с коллегой Ричардом Стоки из Университета Саутгемптона в 2024 году опубликовал крупную работу, где свёл воедино геохимические данные со всего мира. Вывод оказался неожиданным: резкого скачка кислорода до современного уровня не было. Рост был небольшим, но этого хватило. По словам Сперлинга, кембрийские животные не нуждались в таком количестве кислорода, как считали раньше. Хватило даже скромного увеличения, чтобы пересечь критический экологический порог. При этом глубокий океан оставался бескислородным ещё 140 миллионов лет после взрыва и приблизился к современным показателям лишь около 400 миллионов лет назад — когда на суше начали разрастаться первые крупные леса.
Генетический инструментарий. Питер Холланд из Оксфорда показал, что ещё до кембрия у общего предка двусторонне-симметричных животных появились так называемые Hox-гены. Это своего рода «генетические выключатели»: они командуют клеткам — «здесь делай глаз», «тут отращивай ногу». Небольшие перестановки в этих генах порождали абсолютно разные формы тела. Выходит, генетический конструктор уже был готов — оставалось нажать кнопку «пуск».
Гонка вооружений. Как только появились первые хищники, жертвам пришлось срочно обзаводиться бронёй, шипами, способностью зарываться в грунт. Хищники в ответ наращивали скорость, оттачивали зрение. Эта спираль «атака — защита» разогнала эволюцию до бешеных скоростей. Палеонтологи называют это эскалационной гонкой вооружений — и именно она, по мнению многих, превратила тихий эдиакарский мир в шумные, агрессивные кембрийские моря.
Кто населял кембрийские моря
Лучше всего кембрийскую жизнь сохранили два знаменитых местонахождения. Первое — сланцы Бёрджесс в Канаде (Британская Колумбия), обнаруженные в 1909 году палеонтологом Чарльзом Уолкоттом. Возраст окаменелостей — около 508 миллионов лет. Уолкотт за несколько экспедиций собрал более 65 000 образцов. Второе — фауна Чэнцзян в китайской провинции Юньнань, ещё старше (около 518 миллионов лет). Именно в Чэнцзяне нашли древнейших хордовых — хайкоуихтиса и миллокунмингию, далёких родственников всех позвоночных, включая нас.
Настоящей звездой кембрийских морей был аномалокарис — «странная креветка» длиной до метра. В мире, где большинство существ измерялись миллиметрами и сантиметрами, это был настоящий гигант. Он плавал с помощью волнообразных боковых лопастей, хватал добычу шипастыми «руками» и имел фантастические глаза. Джон Патерсон из Университета Новой Англии в Австралии в 2011 году описал окаменевшие глаза аномалокариса: каждый — 2–3 сантиметра в длину, более 16 000 шестигранных линз. Это сложнейший фасеточный аппарат, по остроте зрения сравнимый с глазами современной стрекозы. Аномалокарис видел мир в высоком разрешении за полмиллиарда лет до появления первых динозавров.
А ещё были трилобиты с минерализованными панцирями, опабиния с пятью глазами и хватательным хоботком, галлюцигения (да, это реальное название), которую поначалу собрали вверх ногами, потому что никто не мог понять, где у неё верх. Кембрий не стеснялся экспериментировать.
Почему взрыв не повторился
Грег Эджкомб из Лондонского музея естественной истории изучал скорость эволюции трилобитов и пришёл к выводу: сам взрыв длился около 20 миллионов лет, а потом темп резко упал. Все основные планы строения тела оформились в самом начале кембрия. Дальше эволюция занималась «отделкой» — вариациями внутри уже готовых архитектурных проектов.
Почему так? Есть несколько объяснений. Первое: все основные экологические ниши были заняты. Когда место свободно, эволюция экспериментирует дерзко. Когда всё занято, выживает тот, кто лучше приспособлен к уже существующим условиям. Второе: сами Hox-гены, раз запустив конструкцию тела, стали ограничителем. Менять фундамент здания можно только пока оно строится — потом слишком рискованно. Третье: после кембрия случались массовые вымирания (пермское, мел-палеогеновое), но даже они не порождали новых типов животных. Появлялись новые виды, роды, семейства — но не новые архитектуры тела. План строения позвоночного, членистоногого или моллюска остаётся прежним уже больше 500 миллионов лет.
Кембрийский взрыв был одноразовым. Природа сыграла в эту партию один раз — и разложила карты на полмиллиарда лет вперёд.
А как считаете вы: жизнь «взорвалась» от кислорода, от генов или от появления первых хищников?
Не забудьте подписаться на канал.
-----------------------------------------------------
РЕКОМЕНДУЕМ ЕЩЁ: