Исследования группы ученых под руководством доктора Хавьера Ортега-Эрнандес (Javier Ortega-Hernandez) проливают свет на тайну возникновения твердого наружного скелета современных членистоногих животных (артропод) — группы, включающей ракообразных, насекомых и пауков. Исследователи считают, что найдена ключевая точка в понимании того, каким образом в процессе эволюции шло развитие мозга, органов чувств и защищающего их хитинового панциря. Все эти структуры, в конечном итоге, и формируют голову живого существа. Это исследование было опубликовано в журнале Current Biology.
Самыми древними из найденных считаются зачатки мозга возрастом более 500 миллионов лет. Они принадлежат животным, обитавшим в Кембрийском периоде. В последние несколько лет появились новые находки древних обитателей кембрийских морей, обладавших достаточно сложно устроенным мозгом.
Кембрийский период в истории живого мира Земли — один из самых важных и таинственных. Именно в это время на планете произошло невероятное увеличение биоразнообразия, получившее название «Кембрийский взрыв». Это одна из величайших загадок эволюции, действовавшей методом проб и ошибок. Вслед за исчезновением таинственной фауны Докембрия, не оставившей потомков в современном живом мире, всего за 100 млн. лет Кембрийского периода, планета оказалась заселена невероятным разнообразием многоклеточных организмов, давших начало всем группам ныне живущих животных.
Одной из загадок Кембрия остается величайший эволюционный прорыв — появление у животных скелета. Существующие гипотезы предполагают, что для того, чтобы в организме животного откладывались минералы, необходимые для формирования скелета, требуется определенное количество кислорода. Возможно, концентрация кислорода в атмосфере стала достаточной для этого только в раннем кембрии. Более жесткие скелеты позволяли животным перейти к новому образу жизни: они смогли приподниматься над донным илом, а стало быть, и быстрее передвигаться по морскому дну. Как только у животных развились членистые конечности, им стали доступны самые разнообразные способы передвижения, в том числе ходьба и плавание. Щетинистые конечности годились также для фильтрования пищи из морской воды, а членистые ротовые органы открывали новые возможности для захватывания добычи.
Исследователи из Кембриджа работали с окаменевшими остатками древней фауны знаменитых глинистых сланцев Берджес Шейл из Западной Канады. Это местонахождение древней фауны было открыто еще в 1909 г. американским палеонтологом Чарлзом Дулиттлом Уолкоттом и быстро получило славу одного из палеонтологических «открытий века». В Канадских Скалистых горах, на высоте около 2400 м, он обнаружил линзу глинистого сланца с невероятным количеством очень странных окаменелостей мягкотелых животных, многие из которых отлично сохранились. Ученые полагают, что сланцы Берджес Шейл сформировались на заре кембрийского периода. Уолкотт установил в них около 70 родов и 130 видов различных животных.
Главным объектом исследований исследователей из Кембриджа стало странное существо Одарайя (Odaraia alata) — беспозвоночное животное, которое авторы исследования сравнивают с маленькой субмариной. У нее в передней части тела имелись жесткие хитиновые пластинки, называемые передними склеритами, а также большие шаровидные глаза на тонких выростах. Глаза были встроены в переднюю часть пластины склерита и связаны с помощью нервных окончаний с фронтальной частью окаменевших остатков мозга, практически так же, как у современных членистоногих.
И если более ранние исследования неоднократно отмечали, что, несмотря на архаичное устройство тела, мозг многих животных Кембрия был на удивление «современным», долгое время палеонтологи не могли назвать точное назначение пластинки-склерита, известной по другим находкам. Теперь можно предположить, что он представлял собой зачаток головы для крепления фоторецепторов. «Это открытие показывает, что рудиментарный мозг появился у членистоногих ещё до формирования отдельной головы, которая, вероятно, развилась позже с целью защиты главного нервного центра», — сказал доктор Ортега-Эрнандес.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователь сравнил строение Odaraia alata с ископаемыми останками других кембрийских членистоногих. Учёный обнаружил, что передний склерит одарайи имеет много общего с жесткой пластиной верхней части головы аномалокариса — хищного существа, гиганта Кембрийских морей. Аномалокарис напоминал гигантскую безногую креветку, охотившуюся при помощи гибких «усов». Длина его тела колебалась от 60 см до 2 м. Останки этих существ были найдены в сланцах Берджес Шелл более ста лет назад, однако лишь в 80-х годах прошлого века ученые смогли восстановить облик топ-хищника кембрийской эпохи. Аномалокарисов считают сейчас ранними предками современных членистоногих. Передние склериты одарайи и аномалокариса, по всей вероятности, и есть первый шаг эволюции в попытке создать голову с наружным скелетом.
Доктор Ортега-Эрнандес считает, что у современных артропод в процессе эволюции передний склерит, скорее всего, слился с другими частями головы. То, что мы видим в этих окаменелостях, является решающим звеном трансформации между мягкотелыми червеобразными существами и членистоногими с жёсткими экзоскелетами и сочленёнными конечностями.
С течением времени голова у животных стала куда более сложно устроена, — говорит Ортега-Эрнандес. — Но здесь мы видим то, какими были первые шаги эволюции на пути важнейшего прорыва. Это дает нам лучшее понимание того, как шло развитие высших групп животных. Новые откровения, вероятно, принесут дальнейшие исследования мозга обитателей Кембрийских океанов.
