Марсело Санчес - Эмбрионы в глубинах времени

Многие виды морских беспозвоночных, обитающие на морском дне, обладают свободноживущей личиночной стадией, которая служит для расселения и очень сильно отличается от взрослой особи морфологически и экологически. Большинство морских беспозвоночных использует одну из двух различающихся между собой стратегий личиночного развития, прежде чем осядет на дно и претерпит метаморфоз в ювенильную форму. При планктотрофии личинки питаются в толще воды на протяжении недель или месяцев. При альтернативной стратегии — не связанной с питанием лецитотрофии — личинки питаются желтком яйца в течение гораздо более короткого времени, которое они тратят на жизнь в толще воды. Как уже предсказало исследование распределения этих стратегий по эволюционным древам ныне живущих видов, в ходе эволюции между ними должны были происходить многократные смены, даже в пределах отдельно взятой группы. Вопрос, который заставляет проводить множество исследований различных беспозвоночных, состоит в том, чтобы понять, были ли эти изменения беспорядочно распределены, или же концентрировались в определённые периоды времени. В целом принято считать, что их движущими силами, вероятнее всего, были возникновение хищничества на океанском дне, когда в процессе эволюции появились новые группы или новые стратегии хищничества, или же изменения в окружающей среде. В дополнение к академическому интересу к этому аспекту эволюции, целью данных исследований также является изучение потоков питательных веществ и экологических взаимодействий в океане, которое в конечном счёте оказывает влияние на рыболовство.

Работа с ископаемыми остатками организмов может дать прямую информацию о крупных изменениях сообществ организмов в океанах прошлого, связанных с новыми стратегиями, появляющимися в истории жизни организма. Хороший пример этого — возникновение планктотрофии при переходе от кембрия к ордовику, примерно 490 миллионов лет назад. Этот период времени очень важен, поскольку в это время зарегистрировано резкое увеличение разнообразия жизни по всему миру и появление всех основных групп ныне живущих организмов.

Прямое свидетельство эволюции стратегии личиночного развития получено для ископаемых брюхоногих моллюсков. В древние времена, как и в наши дни, некоторые виды имели прямое развитие и, как в случае лецитотрофных личинок, большее количество желтка в их яйцах означало, что у них были более крупные оболочки. Сами оболочки яиц редко сохраняются в ископаемом состоянии, потому что они очень тонкие и мелкие (обычно менее 1 мм). Но их естественные слепки нередки. По-немецки их называют Steinkerne (ядровые камни), и они во многих случаях являются побочным продуктом работы палеонтологов, которые изучают конодонтов, возможно, находящихся в самом основании родословного древа позвоночных, растворяя породу химическими веществами и исследуя остаток. Поскольку размер Steinkerne отражает количество желтка, мы можем с уверенностью делать вывод о том, было ли животное планктотрофным. Александр Нутцель и его коллеги измерили сотни этих Steinkerne из позднего кембрия и раннего ордовика и напрямую зарегистрировали появление планктотрофных форм при переходе между этими периодами приблизительно 490 миллионов лет назад.

Для раннего ордовика характерно многообразие бентосных форм, кормившихся взвесью и прикреплявшихся к морскому дну. Некоторые исследователи предположили, что эта особенность запустила эволюцию планктотрофии как стратегии избегания хищничества. Очевидно, что этот вероятный сценарий подразумевает то, что снабжение питательными веществами в мировом океане было достаточным для поддержания существования плавающих личинок. Фактически, это стало результатом того эффекта, который оказали на динамику океанских вод тектонические события в раннем ордовике.

Биологи, имеющие дело с океанической жизнью, начинают уделять пристальное внимание работам палеонтологов в этой области, пробуя понять те условия, которые оказывали влияние на организмы в прошлом, и тем самым предугадать, какое воздействие могли бы оказать глобальные изменения окружающей среды на современные организмы. Поток информации движется в обе стороны, и итогом этого становится тщательное изучение истории жизни современных видов, которое даст самое подробное понимание эволюции стратегий личиночного развития в летописи окаменелостей.

Исследования характера распределения биологического многообразия и изменений окружающей среды в разрезе геологического времени показало, что в фаунах позвоночных имели место эпизоды изменений, вызванные климатическими изменениями, но были также и такие, при которых не зарегистрировано никаких следов изменений. В ходе климатических изменений в неогене Северной Америки, которые привели к преобразованию обширных областей в пустыни или в очень сухие местообитания, возникло несколько новых групп млекопитающих. Была выдвинута гипотеза о том, что это произошло путём схожих онтогенетических изменений в нескольких родословных линиях одновременно. Передвижение скачками на задних конечностях возникло в сухих местообитаниях по всему миру (напр. у кенгуру в Австралии). Этот вид передвижения связан с различными пропорциями конечностей, которые появляются в процессе эволюции путём возникновения различий в скорости или времени начала роста у разных видов. [65] В лаборатории Карен Сирс (www.life.illinois.edu/sears/Home.html) проделана большая работа, касающаяся различий в строении конечностей у разных видов млекопитающих с позиций индивидуального развития (см. также Richardson и др. 2009). Это означает, что климатические изменения в итоге могли оказать одновременное воздействие на характер индивидуального развития в различных группах живых организмов, которые приобретают в процессе эволюции схожие адаптации к новым средам обитания.

Изменение климата может приводить к эволюционным изменениям размеров, которые обычно связаны с изменениями в истории жизни. Виды лошадей, когда-то широко распространённые и в изобилии представленные в североамериканских фаунах, демонстрируют быстрое уменьшение в размерах перед своим исчезновением в плейстоцене Аляски. Возможно, что естественный отбор оперирует переменными компонентами истории жизни, ведущими к эволюционным изменениям размеров тела. Исследование роста и продолжительности жизни, оставивших свой след в гистологии зубов, может выявить такие изменения. С точки зрения морфологии, из-за аллометрических отношений изменения в размерах во многих случаях означают изменения в форме анатомических структур организмов. Многочисленные примеры этого процесса возникли параллельно во многих группах животных в Африке около трёх миллионов лет назад. Аналогичные явления, возможно, происходили в разное время на других континентах.