Материалы портала «Научная Россия»

Жизнь в океане полмиллиарда лет назад

Ученые из Кембриджского Университета построили компьютерную модель жизни удивительных организмов, обитавших в океанах более 540 миллионов лет назад

Долгое время биологи считали, что первые на Земле крупные многоклеточные организмы появились  более 540 миллионов лет назад в результате «кембрийского взрыва» — одного из важнейших биологических прорывов, когда эволюция создала минеральный скелет. В это время в океанах Земли появились и достигли многочисленности и разнообразия предки большинства типов существующих сейчас животных, останки которых запечатлелись в палеонтологической летописи.

Еще в середине ХХ века ученые считали, что докембрийская земная фауна — это лишь микроскопические существа. Возможность существования неких многоклеточных мягкотелых организмов, исчезнувших без следа, биологами не отрицалась, но никаких материальных свидетельств их наличия не было, по очевидным техническим причинам. Однако в 1957 году были найдены отпечатки удивительного создания, получившего название чарния. Это было «живое перо» — животное, формой напоминающее древние папоротники. Вслед за открытием чарнии последовал целый ряд новых откровений: оказалось, что в распоряжении науки уже имелись находки биоты, жившей в докембрийский период, называемый «венд» или «эдиакар» — самый последний в периоде протерозоя и непосредственно предшествовавший «кембрийскому взрыву». Их ошибочно датировали кембрием — просто потому, что сам факт существования более ранних многоклеточных организмов ученым казался невероятным. Фауна этого периода называется теперь «вендская биота».  

Исследования вендской биоты дали целый ряд совершенно удивительных фактов. Как оказалось, эти существа настолько отличались от всех ныне существующих групп животных, что их нельзя считать предками ни одной из них. У этих животных были совершенно особые законы строения и функционирования. Размер их варьировался от миллиметров до метров; сложность от очень малой до значительной, существовали как жёсткие, так и желеобразные организмы. Ученые пока классифицируют их лишь условно, причем многие находки не попадают ни в одну из категорий. Среди вендских животных есть «эмбрионы» — существа, жившие в шарообразной «капсуле», «диски» гигантских размеров — до 180 см, «мешки», напоминающие современных асцидий, и даже «стеганые одеяла». Чарния же относится к группе так называемых «рангеоморфов» — животных, напоминающих перья (о рангеоморфах — пример отпечатка вы видите на фотографии выше — портал Научная Россия писал недавно). Кстати, всего несколько дней назад мы сообщали о находке двух ранее неизвестных видов морских беспозвоночных, обнаруживших сходство с докембрийскими формами жизни и, предположительно, являющимися представителями одной из ранних тупиковых ветвей эволюции многоклеточной жизни.



Рангеоморфы обладают особым типом симметрии тела — скользящей симметрией. Для современных организмов характерны два основных вида симметрии: радиальная (например, медуза) и билатеральная, или двусторонняя (насекомые, млекопитающие). Симметрия рангеоморфов также является билатеральной, но не такой, как у нас, а как бы со сдвигом — когда левые и правые сегменты тела сдвинуты друг относительно друга по продольной оси — «косая елочка».

На протяжении некоторого времени чарнию рассматривали как древнейшего предка современных морских перьев. Однако оказалось, что она имеет с морскими перьями лишь внешнее сходство. Учёные подвергли отпечаток чарнии лазерному сканированию, что позволило выявить мельчайшие детали ее структуры. Сканирование показало, что чарния имеет фрактальное строение, то есть её самые крупные сегменты-ветви делятся на более мелкие ветки, которые делятся на ещё более мелкие веточки, а те на ещё более мелкие — и все они одинаковой структуры. Всего учёные насчитали ветвление четырёх порядков.

Палеонтологи Кембриджского университета в статье, опубликованной на портале PNAS, предложили свою математическую модель, объясняющую появление, развитие и вымирание рангеоморф.  Рангеоморфы-чарнии жили в глубинах океана, вели сидячий образ жизни, их «ножка», судя по всему, прикреплялась к скалам или ко дну. Свет не проникал на эти глубины, поэтому питались «морские перья», поглощая питательные вещества из воды. «Известно, что рангеоморфы обитали на такой глубине, что не могли получать энергию при помощи фотосинтеза, как это делают современные растения. Гораздо более вероятно, что они поглощали питательные вещества прямо из воды через поверхность своего тела. Современным организмам столь крупных размеров было бы очень трудно выжить при такой диете», — говорит ведущий автор исследования доктор Дженнифер Хойял Катхилл (Jennifer Hoyal Cuthill).

По словам соавтора исследования Саймона Конвей Морриса (Simon Conway Morris), океан в эдиакарский период был очень похож на жидкий бульон: он был полон питательных веществ, таких как органический углерод, тогда как сегодня всё питательное из морской воды уже разобрано массами океанских животных.  В этом случае площадь поверхности тела для них была крайне важна — чем она больше, тем больше «корма» поглощает животное. Конкуренция за ценнейший пищевой ресурс практически отсутствовала, поэтому основной задачей рангеоморф было как можно эффективнее извлечь даровое угощение из окружающих водных масс. Фрактальный принцип построения тела, позволяющий постепенно заполнять все доступное пространство — это модель, признанная кембриджскими учеными самой эффективной для данного типа питания. «Эти существа были удивительно хорошо приспособлены к своей среде обитания — океанам, где нет конкуренции и полно питательных веществ, — говорит доктор Катхилл. — С точки зрения математики, они заполняли пространство почти идеальным способом».

Результатом работы стала реконструкция объемной морфологии 11 таксонов рангеоморфов, позволяющая измерять их функциональные свойства и демонстрирующая преимущества фрактального строения для увеличения площади поверхности. Палеобиологи изучали окаменелости рангеоморфов из ряда точек по всему миру, после чего все данные были загружены в компьютерную программу, которая смоделировала появление, жизнь и вымирание трёхмерных живых организмов. Рангеоморфы-чарнии были, вероятно, венцом творения своей эпохи и властелинами океанов. Но эволюция шла дальше, и им все же пришлось уступить свое место более «прогрессивным» существам, появившимся после кембрийского взрыва. У чарний, да и у всех остальных удивительных существ, обитавших в океанах эдиакара, не было никаких защитных механизмов, поэтому они оказались не в состоянии противостоять самым первым хищникам, и в самом начале кембрийского периода были довольно быстро съедены. К тому же, как продемонстрировала модель, химический состав океана резко изменился, и сокращение питательных веществ добило немногочисленных рангеоморфов.

Эволюция жизни на планете пошла дальше, выбрав путь активно движущихся организмов, достигших максимального разнообразия.

jennifer hoyal cuthill university of cambridge вендская биота компьютерное моделирование эволюции рангеоморфы фракталы чарния

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий