9870 St Vincent Place, Glasgow, DC 45 Fr 45.

+1 800 559 6580

Загадки "Кембрийского периода"

ФотоЗагадки "Кембрийского периода"

Кирилл ЕСЬКОВ

Одна из загадок палеонтологии - "внезапное" появление большинства типов животных в кембрийском периоде. Откуда взялось это буйство жизни? Что было до этого? Оказывается, "кембрийская попытка" была не единственной. Ей предшествовали менее удачные варианты "акта творения", породившие к жизни пышную, но бесследно исчезнувшую фауну.

В длинном ряду научных заслуг Чарльза Дарвина есть и такая: в опубликованном в 1859 году "Происхождении видов" им был честно и четко сформулирован ряд вопросов, на которые его теория не давала удовлетворительного ответа (при тогдашнем уровне знаний).

Одним из самых серьезных вопросов основатель эволюционной теории считал "загадку кембрия". Известно, что в кембрийских отложениях практически одновременно появляются ископаемые представители почти всех основных подразделений животного царства. По идее, их появление должно было предваряться длительным периодом эволюции, однако реальные следы этого процесса почему-то отсутствуют: в предшествующих кембрию (докембрийских) слоях ископаемых остатков нет. Никаких. Ну чем тебе не "акт творения"?

Самыми крупными подразделениями геохронологической шкалы являются зоны: фанерозой (от греческого "фанерос" - видимый, явный, и "зоэ" - жизнь; самый ранний период этого зона - кем Фотобрий) и криптозой ("криптон" - по-гречески "скрытый"), или докембрий. Фундаментальное разделение геохронологической шкалы на фанерозой, самым ранним периодом которого является кембрии (начавшийся 0,54 миллиарда лет назад) и докембрий (0,54 - 4,5 миллиарда лет), основано на наличии или отсутствии в соответствующих осадочных породах ископаемых останков организмов, имевших твердый скелет.

На протяжении почти ста лет после публикации "Происхождения видов" ясности в этом вопросе практически не прибавлялось. В целом докембрий действительно оставался "Темными веками" палеонтологической истории, откуда практически не было "письменных источников". Все представления об этом периоде (а это как-никак семь восьмых времени существования нашей планеты!) представляли собой домыслы, проверка которых казалась невозможной.

Ситуация изменилась лишь в последние десятилетия: в изучении докембрийских ископаемых произошла настоящая революция, интереснейшие результаты которой (как уж водится!) остаются практически не известными широкой публике. Частично закрасить это "белое пятно" и призвана настоящая статья.

Идиллия "эдиакарского сада"

В 1947 году в местечке Эдиакара, в Южной Австралии, было сделано одно из самых замечательных открытий за всю историю палеонтологии. Оказалось, что в конце докембрия - вендском периоде (620-600 миллионов лет назад) существовала богатая фауна удивительных бесскелетных организмов, она получила название эдиакарской. Таким образом, период достоверного существования на Земле многоклеточных животных удлинился почти на 100 миллионов лет. В дальнейшем эдиакарскую фауну нашли еще в нескольких районах мира (Намибия, Ньюфаундленд, Белое море); более того, выяснилось, что этих существ неоднократно находили и ранее (например, на Украине в 1916 году), однако принимали за неорганические остатки.

Чем же примечательна эта фауна?Все многочисленные группы многоклеточных, появившиеся в начале кембрия, были представлены мелкими организмами (миллиметры или первые сантиметры), эдиакарская фауна состояла из крупных или очень крупных беспозвоночных размером до полутора метров. Среди них были как радиально-симметричные формы, называемые "медузоидами", так и двусторонне-симметричные; одни из них (петалонамы) внешне напоминают современные кораллы "морские перья", другие (как дикинсония и сприггина) - кольчатых червей и членистоногих. Первые исследователи эдиакарской фауны считали эти формы реальными предками современных кишечнополостных и червей и включали их в состав соответствующих типов и классов животных. Эта точка зрения имеет сторонников и поныне ("австралийская школа"). Однако большинство исследователей считают, что сходство тут чисто внешнее, и эдиакарские организмы (их назвали вендобионтами) представляют собой нечто совершенно особенное и не связанное сколько-нибудь прямым родством с современными группами животных.

Прежде всего, вендобионты имеют отличный от привычных нам фанеро-зойских животных план строения. Почти у всех двусторонне-симметричных вендских организмов эта самая симметрия несколько нарушена - у "членистых" форм правые и левые половинки "сегментов" смещены друг относительно друга, примерно так, как в застегнутой молнии или на автомобильном протекторе-елочке. Эту асимметрию принято было приписывать деформациям тел в процессе захоронения, пока М.А. Федонкин не обратил внимание на то, что нарушения подозрительно регулярны и единообразны. Он доказал, что для вендобионтов характерен особый план строения, который математики называют симметрией скользящего отражения; среди многоклеточных же животных этот тип симметрии встречается крайне редко.

С другой стороны, Б. Раннегар установил, что у вендобионтов увеличение размеров тела в ходе индивидуального развития организма достигается за счет изометрического роста, когда все пропорции тела остаются неизменными (как при простом увеличении изображения предмета). Между тем все известные многоклеточные, включая самых примитивных, таких как кишечнополостные и черви, обладают не изометрическим, а аллометрическим ростом с закономерной сменой пропорций тела (например, у человека в ряду "зародыш - ребенок - взрослый" абсолютный размер головы увеличивается, тогда как относительный уменьшается).

Против отнесения эдиакарских организмов к современным таксонам животных есть возражения и более частного характера. Под давлением этих аргументов сторонники прямого родства между эдиакарскими и фане-розойскими животными "сдавали" вендобионтов по одному ("Да, похоже, что сприггина - все-таки не настоящее членистоногое..."), и это продолжалось до тех пор, пока А. Зей-лахер (именно ему, кстати, и принадлежит сам термин "вендобионты") не предложил принципиально иное решение этой проблемы. Суммировав особенности вендских животных, он привел и общую для них черту: они представляют собой различные варианты широкой ленты со вздутиями. Этот тип организации (Зейлахер назвал его "стеганое одеяло") совершенно отличен от всех ныне существующих. Судя по всему, такой план строения - это особый путь к достижению больших размеров тела именно бесскелетными формами.

Зейлахер полагает, что форма тела вендобионтов ("стеганое одеяло") с ее очень высоким отношением поверхности к объему позволяла им поглощать из воды кислород и метаболиты всей поверхностью тела. Действительно, у самых крупных эдиакарских организмов нет ни рта, ни даже подобия пищеварительной системы. Питаясь через поверхность тела (такой способ питания называют "осмотрофным"), эти существа не нуждались во внутренних органах.

Недавно, впрочем, Д.В. Гражданкин и М.Б. Бурзин предположили, что тела вендобионтов представляли собой вовсе не толстое "стеганое одеяло", а тонкую гофрированную мембрану - ее по аналогии можно назвать "картонкой для яиц". В захоронение попадает, собственно, не сама мембрана, а те "куличики из песка", которые получаются при засыпании ее "лунок" взмученным осадком. Эти "картонки для яиц", имеющие идеальное соотношение объема и поверхности, неподвижно лежали на дне, поглощая из морской воды растворенную в ней органику.

Кроме того, многие исследователи полагают, что эти плоские (и, видимо, прозрачные) существа были буквально нашпигованы симбиотическими одноклеточными водорослями, что делало их практически независимыми от внешних источников пищи. Их современным экологическим подобием могут служить так называемые авто-трофные животные (подсчитано, что коралловые полипы получают до 70 процентов пищи от водорослей-симбионтов).

Итак, на мелководьях вендских морей существовала удивительная экосистема из "осмотрофных животных". Сейчас известны тысячи экземпляров различных представителей эдиакарской фауны, однако ни на одном из них нет повреждений и следов укусов; судя по всему, в это время не существовало хищников, да и вообще животных, питающихся крупными кусками пищи. Поэтому вендскую биоту часто называют "Сад Эдиакары" по аналогии с райским садом, где никто никого не ел. Ситуация райского сада, как ей и положено, просуществовала недолго: в конце венда вендобионты полностью вымерли, не оставив после себя прямых потомков. Эдиакарский эксперимент - первая в истории Земли попытка создать многоклеточных животных - окончился неудачей.

Не были ли и мы "стегаными одеялами"?

Впрочем, по поводу судьбы эдиакарской фауны есть и иные мнения. Помимо двух противоположных позиций - "австралийской школы" и Зейлахера - есть и "компромиссная". Ее сторонники считают, что в составе эдиакарской фауны, помимо собственно вендобионтов, уникальных по своей организации и свойственных только этому времени (а также, возможно, и реликтов каких-то довенд-ских фаун), имеются и отдаленные предки некоторых фанерозойских групп.

В этой связи, как ни странно, поминают хордовых - группу, венчающую "древо жизни". Вспомним характерную для вендобионтов (и совершенно нетипичную для современных животных) симметрию скользящего отражения: элементы такой симметрии есть именно в строении примитивнейшего из хордовых - ланцетника. При этом один из эдиакарских организмов - ярнемния - с ее мешко-видным телом и двумя "сифонами" очень напоминает близкого родственника хордовых - асцидию; к тому же оказалось, что отпечатки этого организма сильно обогащены ванадием, тем самым металлом, что служит основой дыхательного пигмента асци-дий. Так что некоторые исследователи не исключают, что мы с вами (как представители хордовых) ведем свой род прямиком от древнейших на Земле многоклеточных - вендобионтов.

Это, впрочем, еще не самая экзотическая гипотеза относительно природы и родственных связей вендоби-онтов. Кем только их не объявляли, даже гигантскими морскими лишайниками! Например, А.Ю. Журавлев предложил весьма остроумную гипотезу относительно родства некоторых эдиакарских организмов с гигантскими (до 20 сантиметров в диаметре) глубоководными многоядерными амебами-ксенофиофорами.

Подобный разнобой в гипотезах может произвести на стороннего наблюдателя удручающее впечатление, однако "в оправдание" ученых, изучающих докембрийские организмы, необходимо сказать следующее. Решаемая ими задача является, возможно, самой сложной во всей палеонтологии, ибо актуалистический метод реконструкций (по аналогиям с современностью) явно работает здесь на самом пределе своей разрешающей способности. Палеонтологи фактически находятся в положении космонавтов, столкнувшихся с фауной чужой планеты, с тем лишь уточнением, что они вынуждены иметь дело не с самими инопланетными существами, а с созданным ими "театром теней".

«Знание - Сила», 2001, №6

РАЗДЕЛЫ
САЙТА

Индекс цитирования