Окаменелости возрастом 500 млн. лет решают многовековую загадку эволюции жизни на Земле

Художественная реконструкция Gangtoucunia aspera в том виде, в котором она могла бы появиться на морском дне в кембрийском периоде, около 514 млн лет назад. У особи на переднем плане удалена часть скелета, чтобы показать мягкий полип внутри скелета. Credit: Reconstruction by Xiaodong Wang

Ученые наконец-то решили многовековую загадку эволюции жизни на Земле, выяснив, как выглядели первые животные, имевшие скелет. Это открытие стало возможным благодаря исключительно хорошо сохранившейся коллекции окаменелостей, обнаруженной в восточной провинции Юньнань (Китай). Результаты исследования были опубликованы 2 ноября в научном журнале Proceedings of the Royal Society B.

Во время события, получившего название «кембрийский взрыв», произошедшего около 550-520 млн. лет назад, в геологической летописи в одно мгновение появились первые животные, построившие твердый и прочный скелет. Многие из этих ранних окаменелостей представляют собой простые полые трубки длиной от нескольких миллиметров до многих сантиметров. Однако какие животные составляли эти скелеты, было практически неизвестно, поскольку в них не сохранились мягкие части тела, необходимые для идентификации их принадлежности к основным группам животных, живущих и поныне.

Ископаемый образец (слева) и схема (справа) Gangtoucunia aspera с сохранением мягких тканей, включая кишечник и щупальца. Credit: Luke Parry and Guangxu Zhang

Четыре экземпляра Gangtoucunia aspera с сохранившимися мягкими тканями, включая кишечник и ротовые части, включены в новую коллекцию окаменелостей возрастом 514 млн лет. Из них видно, что у этого вида был рот, окаймленный кольцом гладких неразветвленных щупалец длиной около 5 мм (0,2 дюйма). Вероятно, они использовались для ужаливания и захвата добычи, например, мелких членистоногих. Окаменелости также показывают, что у Gangtoucunia был слепой кишечник (открытый только с одного конца), разделенный на внутренние полости, которые заполняли всю длину трубки.

Эти особенности встречаются сегодня только у современных медуз, анемонов и их близких родственников (так называемых книдарий) — организмов, мягкие части которых крайне редко встречаются в ископаемом состоянии. Исследование показывает, что эти простые животные были одними из первых, кто построил твердый скелет, составляющий большую часть известных ископаемых.

По мнению исследователей, Gangtoucunia была похожа на современных сцифозоидных медуз-полипов, имея твердую трубчатую структуру, закрепленную на подстилающем грунте. Ротовое щупальце выходило за пределы трубки, но могло быть втянуто внутрь, чтобы избежать хищников. Однако в отличие от живых полипов медуз, трубка Gangtoucunia была сделана из фосфата кальция — твердого минерала, из которого состоят наши зубы и кости. С течением времени этот материал все реже использовался для изготовления скелетов животных.

Крупный план ротовой полости Gangtoucunia aspera, на котором видны щупальца, использовавшиеся для захвата добычи. Credit: Luke Parry and Guangxu Zhang

Автор работы доктор Люк Пэрри (Luke Parry), факультет наук о Земле Оксфордского университета, сказал: «Это действительно открытие одного на миллион. Эти загадочные трубки часто встречаются группами, состоящими из сотен особей, но до сих пор они считались «проблемными» ископаемыми, поскольку у нас не было возможности их классифицировать. Благодаря этим необычным образцам удалось прочно встать на место ключевой части эволюционной головоломки».

Новые образцы наглядно демонстрируют, что Gangtoucunia не относится к аннелидам (дождевым червям, полихетам и их родственникам), как это предполагалось ранее в отношении аналогичных ископаемых. Теперь ясно, что тело Gangtoucunia имело гладкую внешнюю поверхность и кишечник, разделенный продольно, в то время как у аннелид тело сегментировано и имеет поперечные перегородки.

Окаменелость была найдена в разрезе Гаолоуфанг в Куньмине (восточная провинция Юньнань, Китай). Здесь анаэробные (бедные кислородом) условия ограничивают присутствие бактерий, которые обычно разлагают мягкие ткани окаменелостей.

Ископаемый образец Gangtoucunia aspera с сохранением мягких тканей, включая кишечник и щупальца (слева и посередине). Рисунок справа иллюстрирует видимые анатомические особенности ископаемых образцов. Credit: Luke Parry and Guangxu Zhang

Аспирант Гуансюй Чжан, собравший и обнаруживший эти образцы, сказал: «Когда я впервые обнаружил розовые мягкие ткани на вершине трубки Gangtoucunia, я был удивлен и озадачен тем, что это такое. В течение следующего месяца я нашел еще три экземпляра с сохранившимися мягкими тканями, что было очень интересно и заставило меня переосмыслить родство Gangtoucunia. Мягкие ткани Gangtoucunia, особенно щупальца, показали, что это, конечно, не приапулидоподобный червь, как предполагали предыдущие исследования, а скорее коралл, и тогда я понял, что это книдарий».

Хотя окаменелость ясно показывает, что Gangtoucunia была примитивной медузой, это не исключает возможности того, что другие ранние виды трубчатых ископаемых выглядели совсем иначе. В кембрийских породах провинции Юньнань исследовательская группа ранее находила хорошо сохранившиеся окаменелости трубок, которые можно было идентифицировать как приапулиды (морские черви), лобоподы (черви с парными ногами, близкие к современным членистоногим) и аннелиды.

Соавтор работы Сяоя Ма (Университет Юньнань и Университет Эксетера) сказал: «Тубикообразный образ жизни, по-видимому, становился все более распространенным в кембрии, что может быть адаптивной реакцией на усиление давления хищников в раннем кембрии. Данное исследование показывает, что исключительная сохранность мягких тканей имеет решающее значение для понимания этих древних животных».

Ссылка: «Exceptional soft tissue preservation reveals a cnidarian affinity for a Cambrian phosphatic tubicolous enigma» — Guangxu Zhang, Luke A. Parry, Jakob Vinther and Xiaoya Ma, 2 ноября 2022 г., Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences . DOI: 10.1098/rspb.2022.1623