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

Если вы посмотрите на палеонтологическую летопись 550 миллионов лет назад, вы увидите Эдиакарский период — странный, тихий мир. Дно океанов покрыто бактериальными матами, на которых неподвижно сидят желеобразные организмы, похожие на фрактальные листья, стеганые матрасы или ребристые диски. У них нет ни глаз, ни челюстей, ни полноценного кишечника.

Перемотайте время всего на несколько десятков миллионов лет вперед, и вы окажетесь в Кембрии. Океан кишит жизнью: появляются панцири, членистые конечности, активные хищники, шипы и пищеварительные тракты.

Резкая смена этих двух типов биосфер в палеонтологической летописи получила название «Кембрийский взрыв». Долгое время исследователям не удавалось обнаружить окаменелости, которые демонстрировали бы плавный переход и сосуществование поздних эдиакарских форм и ранних кембрийских животных. Международная группа палеонтологов опубликовала в журнале Science результаты изучения биоты Цзянчуань (провинция Юньнань, Китай). Ученые обнаружили более 700 окаменелостей в одном стратиграфическом слое, что впервые доказывает: сложная кембрийская фауна сформировалась задолго до исчезновения эдиакарских организмов.

Искажение палеонтологической летописи

Отсутствие переходных форм между двумя эпохами долгое время было связано не с реальным ходом эволюции, а с процессом образования окаменелостей (тафономией). Дело в том, что эдиакарские и кембрийские организмы сохранялись в породах при совершенно разных условиях.

Классическая эдиакарская фауна лучше всего сохранялась в виде объемных отпечатков в грубозернистых песчаниках. Ранние кембрийские животные, обладавшие сложной системой мягких внутренних органов, требовали особых условий для консервации. Чаще всего они встречаются в сланцах (таких как знаменитые сланцы Берджес), где их ткани, благодаря отсутствию кислорода и мелкозернистому илу, превращались в тончайшие углеродистые пленки. Из-за этой геологической разницы останки двух групп почти никогда не пересекались в одном типе пород.

Уникальность биоты Цзянчуань заключается в специфических условиях захоронения. Морское дно, населенное животными, было резко накрыто слоем мелководного субтидального ила и алевролита. Быстрое погребение изолировало организмы от кислорода и падальщиков. В результате мягкие ткани превратились в углеродистые пленки с примесями пирита и фосфатов. Этот процесс позволил зафиксировать в одном каменном слое представителей обеих геологических эпох с высокой степенью детализации внутреннего строения.

Анатомия древней экосистемы

Анализ образцов из формации Дэнъин показал, что в позднем эдиакаре морское дно представляло собой сложную экосистему, где старые малоподвижные формы жизни соседствовали 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