Кембрийского взрыва не было: почему внезапное появление сложных животных оказалось ошибкой геологической летописи

Если мы перенесемся на 550 миллионов лет назад в палеонтологическую летопись, перед нами предстанет загадочный Эдиакарский период — мир, полный тишины и странных форм жизни. Океанское дно в те времена было укрыто плотными бактериальными матами, на которых неподвижно располагались желеобразные существа, напоминающие фрактальные листья, стеганые матрасы или ребристые диски. Эти организмы не имели ни глаз, ни челюстей, ни полноценной пищеварительной системы.

Однако стоит промотать время всего на несколько десятков миллионов лет вперед, и мы оказываемся в эпохе Кембрия. Картина радикально меняется: океанские воды кишат разнообразной жизнью. Здесь появляются панцири, членистые конечности, активные хищники, защитные шипы и сложные пищеварительные тракты.

Резкий контраст между этими двумя типами биосфер в истории Земли ученые назвали «Кембрийским взрывом». Долгое время исследователям не удавалось найти окаменелости, которые демонстрировали бы плавный эволюционный переход и доказали сосуществование поздних эдиакарских организмов с ранними кембрийскими животными. Международная команда палеонтологов представила в журнале Science результаты изучения биоты Цзянчуань, обнаруженной в провинции Юньнань в Китае. Ученые нашли более 700 окаменелостей в одном стратиграфическом слое, что впервые является прямым доказательством: сложная фауна кембрийского типа сформировалась еще до того, как окончательно исчезли эдиакарские формы жизни.

Искажения в палеонтологической летописи

Отсутствие переходных форм между двумя эпохами многие годы объяснялось не реальным ходом эволюции, а особенностями процесса окаменения — тафономией. Дело в том, что останки эдиакарских и кембрийских организмов сохранялись в горных породах при принципиально разных условиях.

Классическая эдиакарская фауна лучше всего консервировалась в виде объемных отпечатков в грубозернистых песчаниках. Ранние же кембрийские животные, обладавшие сложными системами мягких внутренних органов, требовали для сохранения особых условий. Чаще всего их находят в сланцах, подобных знаменитым сланцам Берджес, где тонкозернистый ил и отсутствие кислорода позволяли тканям превращаться в углеродистые пленки. Из-за этой геологической разницы остатки двух групп организмов практически никогда не встречались вместе в одном типе пород.

Уникальность биоты Цзянчуань заключается именно в специфических условиях захоронения. Морское дно, населенное разнообразными существами, было внезапно погребено под слоем мелководного ила и алевролита. Стремительное погребение изолировало организмы от доступа кислорода и падальщиков. В результате мягкие ткани превратились в углеродистые пленки с включениями пирита и фосфатов. Этот уникальный процесс позволил запечатлеть в одном каменном пласте представителей обеих геологических эпох с исключительной детализацией их внутреннего строения.

Анатомия древнейшей экосистемы

Анализ образцов из формации Дэнъин показал, что в позднем эдиакаре морское дно представляло собой сложную экосистему, где древние малоподвижные формы жизни существовали бок о бок с высокоразвитыми двусторонне-симметричными животными.

Представители эдиакарской фауны

Исследователи обнаружили организмы, анатомия которых характерна для уходящей геологической эпохи. Среди них выделяются дисковидные существа, родственные роду Lobodiscus, обладающие лучевой симметрией. Также были найдены окаменелости, напоминающие полип Haootia. Этот организм имел размер около 20 миллиметров в ширину и крепился ко дну с помощью специальной ножки. В структуре его тела палеонтологи зафиксировали волокнистые элементы толщиной от 100 до 200 микрометров. Строение этих волокон указывает на наличие простейшей мышечной ткани, что делает их одними из древнейших известных структур, способных к сокращению, за пределами группы билатерий.

Первые билатерии и развитие мускулатуры

Наиболее значимой находкой стала группа двусторонне-симметричных животных. Самый массовый организм в биоте Цзянчуань (описано 185 экземпляров) — это червеобразное существо. Наиболее крупный образец достигает 61 миллиметра в длину при толщине тела до 2,7 миллиметра.

Нижней частью, представляющей собой дисковидный якорь диаметром около 15 миллиметров, организм прикреплялся к морскому дну. На противоположном конце тела располагалось ротовое отверстие со сложной анатомической особенностью: передняя часть пищеварительного тракта (глотка) могла выворачиваться наружу для захвата пищи. В полностью развернутом состоянии эта структура достигала 40 миллиметров в длину, многократно превышая ширину самого животного.

Возможность втягивать и выворачивать длинную глотку физически невозможна без сложной системы продольных и кольцевых мышц. Такая мускулатура формируется исключительно из мезодермы — третьего (среднего) зародышевого листка, наличие которого является главным признаком развитых билатеральных животных.

Предки вторичноротых

В отложениях были обнаружены окаменелости организмов со щупальцами, форма которых соответствует ранним кембрийским существам, таким как Herpetogaster и Phlogites. Они относятся к ранним амбулакрариям — группе организмов, входящих в обширную ветвь вторичноротых (Deuterostomia). К этой же эволюционной ветви относятся современные морские звезды, морские ежи, а также тип хордовых. До открытия в Юньнани считалось, что вторичноротые диверсифицировались и приобрели свои характерные анатомические черты только в кембрийском периоде. Находка доказывает, что базовый план строения нашей эволюционной ветви полностью сформировался еще в конце эдиакара.

Освоение толщи воды

Помимо донных существ, в биоте обнаружен отпечаток гребневика длиной около 18 миллиметров. Тело организма имеет семь видимых продольных рядов гребных пластинок. Наличие гребневика свидетельствует о том, что животные начали осваивать не только поверхность морского дна, но и активно передвигаться в трехмерном пространстве водной толщи (пелагиали) задолго до наступления кембрия.

Пересмотр причин смены фауны

Данные, полученные при изучении биоты Цзянчуань, позволяют отказаться от гипотезы внезапного вымирания эдиакарской фауны в результате катастрофического события. Исследователи подтверждают так называемую модифицированную тафономическую гипотезу, объясняющую постепенный переход между эпохами изменениями в самой среде обитания.

Основу эдиакарских экосистем составляли плотные микробные маты. Подавляющее большинство радиально-симметричных организмов того времени существовали, жестко закрепившись на этой плотной поверхности. Появление первых билатеральных животных принципиально изменило состояние морского дна. Новые виды обладали кишечником, мускулатурой и способностью активно перемещаться в поисках пищи. В процессе передвижения, рытья нор и добычи пропитания они перекапывали верхний слой донных отложений — этот процесс в геологии называется биотурбацией.

Активность двусторонне-симметричных организмов приводила к постоянному разрушению бактериальных матов. Твердый, стабильный субстрат превращался в рыхлый ил. Эдиакарские животные, не приспособленные к жизни на подвижном, мягком грунте, теряли возможность закрепляться и питаться, что вело к сокращению их популяции.

Одновременно с этим разрушение микробных матов ухудшило условия для образования традиционных эдиакарских окаменелостей (объемных отпечатков в песке), что и создало иллюзию их мгновенного исчезновения из геологической летописи. Открытие китайских палеонтологов доказывает: Кембрийский взрыв не был внезапным появлением новых видов из ниоткуда. Это был длительный процесс экологического замещения, в ходе которого новые, более сложные формы жизни постепенно трансформировали среду обитания, вытесняя предшественников в ходе естественной конкуренции.

Источник:Science