Дональд Протеро - Отпечатки жизни 25 шагов эволюции и вся история планеты

В главе 1 мы узнали, что первым ответом на вопрос Чарльза Дарвина о «кембрийском взрыве» стало открытие бактериальных матов, названных строматолитами и существовавших уже 3,5 млрд лет назад, а в конечном итоге — и микроокаменелостей цианобактерий, и прочих микроорганизмов из пластов той же эпохи. В главе 2 мы узнали, как одноклеточная жизнь породила многоклеточных мягкотелых существ из эдиакарской фауны. Но как же организмы, обладающие раковинами? Откуда они взялись?

Проблема с отращиванием жёсткой оболочки ( биоминерализация ) не так проста, как может показаться. Большинству животных очень сложно извлекать из морской воды ионы кальция и карбонатов либо кислород и кремний, а затем выделять их для постройки известняковых или силикатных раковин. Чтобы происходила биоминерализация, требуются специальные биохимические пути; обычно этот процесс очень энергоёмкий.

Толстая раковина двустворчатого или одностворчатого моллюска отращивается из мясистой прослойки, так называемой мантии, которая находится прямо под раковиной и окружает мягкие ткани животного. В этом органе есть специализированные структуры и физиологические механизмы, позволяющие извлекать из морской воды ионы кальция и карбонатов, а затем превращать их в кристаллы карбоната кальция. Моллюски могут выделять это вещество в виде двух минералов: кальцита, широко распространённого в большинстве известняков, и арагонита (также называемого перламутром), которым большинство моллюсков выстилают внутреннюю часть своих раковин. Именно поэтому на внутренней стороне большинства ракушек заметен переливчатый жемчужный блеск — например, у морских ушек. Именно в ходе этого процесса образуются жемчужины, столь ценимые собирателями драгоценностей. По сути жемчужина — слоистое арагонитовое образование, скапливающееся вокруг центрального ядра (например, песчинки), попадающего в мантию некоторых моллюсков. Благодаря арагонитовому покрытию песчинка перестаёт раздражать мантию.

Исходя из длительного существования эдиакарской фауны (более 100 млн лет), мы можем заключить, что крупные мягкотелые организмы очень долго и прекрасно обходились без жёстких раковин. Судя по данным молекулярных часов, позволяющих судить о времени расхождения крупных таксонов, большинство основных типов (губки; стрекающие (медузы), анемоны; черви; кольчатые черви; плеченогие (брахиоподы) и моллюски) существовали в мягкотелой форме ещё в разгар эдиакарского периода, задолго до того, как обзавелись раковинами, после чего тела животных стали ещё более разнообразными. Но если раковина — бремя, зачем её отращивать? Как правило, раковина является защитой от хищников. Многие палеонтологи настаивали, что раковины начали возникать в качестве адаптации к новым хищным обитателям планеты, истребившим всех уязвимых, незащищённых мягкотелых тварей. Некоторым животным раковина служит резервуаром необходимых химических веществ. Отдельные моллюски с её помощью выделяют в окружающую среду избыточные отходы метаболизма.

Важнее всего, что минерализованные раковины способствуют диверсификации строения тела, а значит, повышают экологическое разнообразие и приспосабливаемость. Некоторые сохранившиеся до наших дней безраковинные моллюски (в частности, соленогастры) внешне напоминают червей. Но после обретения раковины среди моллюсков развились такие разнообразные и характерные формы, как хитоны, двухстворчатые, устрицы, гребешки, лопатоногие, блюдечки, морские ушки, улитки, каракатицы, кальмары и наутилусы (кораблики). Среди моллюсков есть тихоходные и примитивные, например блюдечки и морские ушки, ползающие среди камней в приливных заводях и питающиеся водорослями; есть безголовые двухстворчатые моллюски-фильтраторы. К моллюскам же относятся исключительно умные и быстрые хищники — осьминоги, кальмары, каракатицы.

Сравнительно позднее возникновение раковин, спустя более 100 млн лет эволюции крупных мягкотелых животных, подсказывает, что отращивание раковины — непростой процесс. Аналогично, стоило ожидать, что большая раковина не могла появиться сразу. Это подтверждает и палеонтологическая летопись.

На протяжении длительного периода времени не было известно о каких-либо животных, более примитивных, чем трилобиты, обитавшие в раннем кембрии (см. главу 4). Некоторым казалось, что «внезапное возникновение» трилобитов с их сложными членистыми раковинами из белкового хитина, армированными кальцитом, свидетельствует: трилобиты (равно как и другие группы многоклеточных панцирных животных) возникли спонтанно, а не произошли от предшественников. Когда-то такое явление именовалось «кембрийским взрывом».

Вскоре после Второй мировой войны СССР бросил значительные силы на геологическую разведку отдалённых регионов, в том числе Сибири. В основном это делалось в экономических целях: искали полезные ископаемые, в частности уголь, нефть, уран и металлы. Одновременно была выполнена базовая работа по геологическому картированию этих областей и сбору окаменелостей. По берегам Лены и Алдана — больших рек, текущих на север и относящихся к бассейну Северного Ледовитого океана, удалось обнаружить гораздо более полные серии кембрийских и эдиакарских пород, чем найденные к тому времени в других частях света. Вскоре советские учёные приступили к описанию раннего отрезка кембрия, до появления трилобитов, возникших только на третьем этапе кембрийского периода (этот ранний кембрийский ярус в советской науке именовался атдабанским). Два самых ранних кембрийских яруса, находящихся ниже отложений с древнейшими трилобитами, назвали немакит-далдынским и томмотским.

Хотя в этих породах не нашли трилобитов, в них обнаружили окаменелости других распространённых групп раковинных кембрийских существ — в частности губок, похожих на них (ныне вымерших) археоциатов и брахиоподов (плеченогих). Наиболее частыми находками были крошечные (не более 5 мм в диаметре) окаменелости, названные мелкими раковинными ископаемыми или мелкой раковистой фауной. Эти миниатюрные образцы было сложно найти, если только сборщик окаменелостей не знал точно, что именно искать. Неудивительно, что такие ракушки десятилетиями ускользали от внимания геологов, привыкших искать крупных эффектных трилобитов. Как правило, плотная концентрация этих крошечных существ наблюдалась в ракушечных горизонтах (рис. 3.1). Собирать их как цельные образцы в полевых условиях не представлялось возможным. Напротив, было гораздо проще доставить куски фоссилизированной породы в лабораторию и медленно выделить окаменелости из камня с помощью кислоты. В других случаях куски фоссилизированного известняка нарезались тонкими пластами и стачивались в тонкие каменные срезы толщиной не более 30 микрон, после чего наклеивались на предметное стекло микроскопа. Под микроскопом эти известняки оказывались нашпигованы разнообразными мелкими и сложными окаменелостями (рис. 3.2).