Член-корреспондент РАН М. А. Федонкин,
Палеонтологический институт РАН, Москва
«Химия и жизнь» №6, 2003
- Живое из камня и металла?
- Обеднение биосферы
- Рост биологической сложности
- Происхождение эукариот: мнение палеонтологов...
- ...и молекулярных биологов
- Скрытая эволюция и взрыв жизни
Скрытая эволюция и взрыв жизни
Буквальное восприятие ископаемой летописи (то есть если самую раннюю находку представителя вида считать «появлением» этого вида) оставляет впечатление очень быстрой морфологической эволюции, стремительного возникновения множества новых форм в течение некоторых периодов. Один из примеров — как раз кембрийский «эволюционный взрыв»: кажущееся внезапным появление многих типов беспозвоночных 545 млн лет назад. Однако, если сравнить его с кайнозойским взрывом разнообразия, породившим современные отряды птиц и плацентарных млекопитающих (65 млн. лет назад), то мы вспомним, что этому событию предшествовала длительная скрытая эволюция, которая была выявлена с помощью кладистического и палеобиогеографического анализа и подкреплена данными молекулярной биологии.
Скрытый характер ранней эволюции нередко заключается в том, что предки не выглядят (и не классифицируются) именно как предки более поздней группы, ареал их обитания может быть ограниченным, а число индивидов небольшим. Взрыв численности и разнообразия, географическая и экологическая экспансия больше характерны для «зрелых» таксонов. Этой стадии, по-видимому, и отвечает бурный рост разнообразия животных на протяжении венда и кембрия.
Многоклеточность могла возникнуть у растений и животных независимо, вскоре после появления эукариотной клетки. Именно так можно истолковать данные геномики о том, что количество генов, ответственных за многоклеточность, очень невелико. В противоположность возникновению эукариотной клетки переход от одноклеточного простейшего к многоклеточному организму не требовал множества новых генов, следовательно, не требовал и большого времени. Если эукариотная клетка возникла 2,7 млрд лет назад, то мы вправе ожидать появления животных даже ранее самых смелых предсказаний.
Почему же их эволюция на первом этапе оставалась малозаметной? Чем объяснить длительный промежуток времени между предположительно ранним появлением многоклеточных эукариотических организмов и началом их бурного развития в конце протерозоя и в фанерозое?
Раннему доминированию эукариот препятствовало противостояние бактериальных экосистем, хорошо заметное и ныне. Но на древней Земле прокариоты по-настоящему царствовали. Первичные же биотопы эукариот, в том числе многоклеточных животных, располагались в относительно холодноводных бассейнах, богатых растворенным кислородом, вне карбонатного пояса планеты, занятого цианобактериальными сообществами.
Падение господства бактериальных матов и строматолитов в конце протерозоя открыло путь эукариотам (в их числе — животным) в тепловодные карбонатные бассейны. Этому способствовал и дальнейший рост кислорода в атмосфере, и симбиоз некоторых животных с водорослями. Именно благодаря колонизации теплых карбонатных вод стала возможной массовая биоминерализация беспозвоночных — появление минеральных раковин, панцирей, игл и т. п. Возможно, минеральный скелет был нужен не только для укрепления тела животного, но и для детоксикации — выведения из клеток избытка некоторых ионов в виде минералов. (Такая необходимость назрела из-за удлинения пищевых цепей — уже упоминавшегося развития хищничества.)
Бурный рост разнообразия животных ускорил и эволюцию эукариотных первичных продуцентов (то есть растений). Удвоилось разнообразие простейших, а скорость обновления их видового состава увеличилась на порядок. Отныне эукариоты и контролируемая ими среда обитания не оставляли возможности для былого господства бактериальных матов и других прокариотных экосистем. Ныне прокариоты доминируют только в ограниченных местообитаниях, напоминающих своими параметрами архей или протерозой. В целом можно сказать без преувеличения, что Землю завоевали эукариоты. Завоевали в нелегком бою.
