30.07.2021. - Найден самый древний живой организм

Найден самый древний живой организм

Вспышка разнообразия многоклеточных животных на рубеже докембрия и фанерозоя называется кембрийским взрывом. Это одно из важнейших событий во всей истории Земли — неудивительно, что о его причинах высказываются самые разные гипотезы. Кембрийский взрыв, конечно же, не был мгновенным, а многоклеточные животные не появились за один день. Корни их происхождения уходят в докембрий. Но насколько глубоко? Это хороший вопрос. Сегодня вышла статья, которая отодвигает «день рождения» многоклеточных животных на 350 миллионов лет от кембрийского взрыва (и 890 миллионов лет от нас с вами).

Внимание большинства палеонтологов всегда было поглощено фанерозоем — эпохой, которая началась примерно 540 миллионов лет назад и, в свою очередь, делится на палеозой, мезозой и кайнозой. Именно к нему относятся все самые известные ископаемые организмы, от трилобитов до австралопитеков включительно. Но фанерозой охватывает лишь небольшую часть истории жизни на Земле. Предыдущая эпоха — криптозой, или докембрий — длилась три с половиной миллиарда лет. Примерно столько прошло от возникновения жизни до массового появления в палеонтологической летописи скелетных остатков многоклеточных животных — события, отмечающего начало фанерозоя.

Некоторые ученые уверены, что на рубеже последнего периода докембрия (эдиакария) и первого периода фанерозоя (кембрия) произошло очень сильное ускорение эволюции — собственно, кембрийский взрыв. В результате возник целый веер новых эволюционных ветвей животных, многие из которых дожили до наших дней. Так думают сторонники гипотезы истинно эволюционной природы кембрийского взрыва.

Им противостоит гипотеза долгой скрытой докембрийской эволюции, согласно которой никакого драматического ускорения эволюционных процессов в момент кембрийского взрыва на самом деле не было, а эволюция основных групп многоклеточных животных началась задолго до фанерозоя. И в начале кембрия эти группы просто стали более многочисленными, вышли на первый план в морских сообществах, «изобрели» себе скелеты и по всем этим причинам проявились в палеонтологической летописи. Но возникли они гораздо раньше.

Молекулярные биологи могут измерить скорость эволюции — по числу нуклеотидных замен в древних генах. Это называется молекулярными часами. И датировки методом молекулярных часов уводят корни основных ветвей многоклеточных животных в далекие докембрийские времена. Проблема в том, что молекулярные часы — инструмент капризный, и чем более древние события нас интересуют, тем меньше на них можно положиться. К тому же без калибровки по палеонтологическим данным молекулярные часы бесполезны, а эти калибровки в нашем случае не очень хороши: в одних работах они подтверждают гипотезу долгой скрытой докембрийской эволюции, в других — гипотезу кембрийского эволюционного взрыва, и согласия тут пока нет.

В общем, как ни крути, а старая добрая палеонтология остается самым надежным свидетелем в вопросах ранней эволюции животных. Конечно, палеонтологические данные порой бывают спорными, но если уж они есть, то от них не отмахнешься. Итак, что мы знаем о докембрийской многоклеточной фауне? Проще всего начать с конца. На излете докембрия, в его последние несколько миллионов лет, на Земле начинают регулярно встречаться существа, хотя и слегка необычные, но в целом похожие на привычных нам фанерозойских животных (такие, как кимберелла). Это — предвестники кембрийского взрыва. Но они появляются только в самом конце докембрия. А что было раньше?

Раньше был мир загадочных существ, зачастую довольно крупных, но не похожих ни на какие современные живые организмы. Время существования этой фауны ограничено последним периодом докембрия — эдиакарием. Ее так и называют эдиакарской фауной или эдиакарской биотой. По поводу природы эдиакарских организмов высказывались самые разные версии. Недавние исследования сохранившихся химических биомаркеров подтвердили, что они как минимум были близкими родственниками современных многоклеточных животных. Но потомков эта фауна, судя по всему, не имела.

Более ранние времена для зоологии покрыты мраком. Кандидаты на роль животных тех времен у нас есть, но все эти находки в той или иной мере спорны. Например, в книгах и статьях про эволюцию часто упоминается хайнаньская фауна, гораздо более древняя, чем эдиакарская, и совершенно на нее не похожая. К сожалению, есть данные, что червеобразные организмы из хайнаньской биоты на самом деле никакие не животные, а водоросли. Если это подтвердится, то хайнаньская фауна будет «закрыта».

Но как вообще могли бы выглядеть древнейшие животные? Что, собственно, там, в глубоком докембрии, нужно искать? Ответ на этот вопрос существует. По данным молекулярной филогенетики, самая древняя и примитивная из доживших до современности ветвей животных — это губки. В последние годы на эту тему шла бурная дискуссия, но в итоге сторонники первичности губок, похоже, победили: их гипотеза обоснована надежнее. Итак, первые многоклеточные животные вполне могут оказаться губками.

Ничего удивительного тут нет. Губки — сидячие морские или пресноводные существа, организм которых уровнем интеграции напоминает колонию простейших. На роль первого этапа эволюции животных они вполне подходят. У большинства губок есть внутренний скелет, который бывает либо известковым, либо кремнеземным, либо белковым. Твердые скелетные элементы губок называются спикулами — они хорошо сохраняются в ископаемом состоянии.

Беда в том, что типичные спикулы губок появляются только в кембрии, вместе с остатками большинства прочих групп животных. В докембрии их нет. Правда, несколько лет назад китайские палеонтологи описали маленькую бесскелетную губку из эдиакарского периода, но ее статус еще требует подтверждения. Все остальные сообщения о докембрийских губках — еще более спорные.

Обратим, однако, внимание на тот факт, что свидетельства о древних губках не сводятся к находкам древних минеральных (известковых или кремнеземных) спикул. Иначе все было бы просто: есть спикулы — есть губки, нет спикул — на нет и суда нет. Но у губок бывают и другие типы скелета. Например, у современных роговых губок скелет состоит исключительно из белков, которые сами по себе в ископаемом состоянии не сохраняются. Но при захоронении такой скелет посмертно обызвествляется, и в конце концов от него остается система тонких известковых «прокладок», формирующих характерную червеобразную микроструктуру. То, что такая микроструктура остается именно от губок, проверено на фанерозойских губках, мало отличающихся от современных.

И вот только что в журнале Nature вышла статья, что подобная червеобразная микроструктура обнаружена в докембрийских отложениях северо-запада Канады. Автор работы, Элизабет Тёрнер (Elizabeth Turner) из Лаврентийского университета, считает, что ее находка — это остатки губок с белковым скелетом. Отложения, в которых нашли предполагаемые следы губок, представляют собой остатки строматолитов — микробных рифов, построенных синезелеными водорослями, цианобактериями. Любой строматолит — в той или иной мере многовидовое сообщество. В фанерозойских строматолитах губок уже находили, и это уже приводило палеонтологов к идее, что именно строматолиты были колыбелью первых животных. Так что в сообщении о находке остатков бесспикульных губок в строматолитах вроде бы нет ничего особенного. Поразителен только возраст этой находки: 890 миллионов лет!

Рубеж докембрия и фанерозоя пролегает по возрасту примерно в 540 миллионов лет. Это момент кембрийского взрыва. Последняя крупная эпоха докембрия, предшествующая кембрийскому взрыву, называется неопротерозоем. То, что многоклеточные животные возникли в неопротерозое, сомнений не вызывает. Но неопротерозойская эпоха была очень длинной. Как уже говорилось, бесспорные находки животных есть только в ее последнем периоде — эдиакарии. Эдиакарию предшествовал криогений — таинственная эпоха «Земли-снежка», когда нашу планету сковывало глобальное оледенение. О живой природе криогения известно не так уж много, и абсолютно все находки животных из этого периода находятся под сомнением. Но датировка в 890 миллионов лет переносит происхождение животных даже не в криогений, а в предыдущий период — тоний. Это очень серьезно. Нет никаких сомнений, что в ближайшее время гипотеза о губках из тония будет тщательно проверяться на прочность другими палеонтологами: цена вопроса тут чрезвычайно высока.

Возможно ли, что эта гипотеза верна? Возможно. Никакие законы биологии этого не запрещают. Более того, предположение, что первые многоклеточные животные жили в строматолитах, выглядит тем более вероятным, чем раньше эти животные появились. Ведь в криогении, а тем более в тонии кислорода в земной амосфере было еще мало. Строматолит — редкий для тогдашней Земли пример местообитания, где кислорода вдоволь. Его выделяли цианобактерии в процессе фотосинтеза, так что строматолит это своего рода кислородный оазис. В статье в Nature это соображение, конечно, приводится в поддержку того, что новые данные правдоподобны.

Не стоит, однако, забывать, что эти данные — все же косвенные. Речь идет не о скелетах животных и даже не об отпечатках, а, если можно так выразиться, об остатках остатков, которые в принципе могут интерпретироваться и иначе. Решающее слово здесь принадлежит таким почтенным наукам, как тафономия и седиментология. Но если данные о тониевых губках подтвердятся, это и в самом деле сильно повлияет на наши представления о том, как развивалась живая природа Земли.

Источник