Ракообразные достигли совершенства уже 510 млн лет назад

В лагерштеттах — особых местонахождениях с ископаемыми поразительной сохранности — обнаруживают удивительных животных, которые уточняют и изменяют наши представления о механизмах эволюции. К числу таких находок относятся и ископаемые канадского лагерштетта Маунт-Кап. На фото: загадочное членистоногое агностида. Изображение с сайта www.core-orsten-research.de
В лагерштеттах — особых местонахождениях с ископаемыми поразительной сохранности — обнаруживают удивительных животных, которые уточняют и изменяют наши представления о механизмах эволюции. К числу таких находок относятся и ископаемые канадского лагерштетта Маунт-Кап. На фото: загадочное членистоногое агностида (Agnostida). Изображение с сайта www.core-orsten-research.de

Английские специалисты проанализировали 3,5 тыс. фрагментов членистоногих возрастом 510 млн лет из знаменитого канадского местонахождения Маунт-Кап. Оказалось, что эти фрагменты принадлежат весьма совершенному и довольно крупному ракообразному, для которого уже тогда был характерен современный тип питания. Очевидно, что сложный ротовой аппарат сформировался, едва возникла необходимость эффективно снабжать пищей это крупное животное. В данном случае морфологическая сложность возникла не как результат долгих эволюционных поисков, а как быстрое удовлетворение биологических запросов при открытии новых экологических вакансий.

Полевая и исследовательская работа палеонтолога зачатую напоминает сложение паззла, но только с той существенной разницей, что игроку неизвестно, какая в точности должна получиться картинка и скольких и каких частей в наборе не хватает. Такое впечатление неизбежно возникает, если понаблюдать, например, как собирается из найденных кусочков скелет динозавра: множество окаменевших обломков, перемешанных и разбросанных, частью сгруппированных, нужно объединить в нечто осмысленное. Конечно, есть и подсказки: знание анатомии животного, формы и особенностей косточек помогают поместить обломки «на свое место».

Такая же ассоциация с паззлом всплывает в сознании, когда читаешь о новом исследовании, результаты которого изложили в журнале Nature англичане Томас Харви (Thomas H. P. Harvey) и Николас Баттерфилд (Nicholas J. Batterfield) с факультета наук о Земле Кембриджского университета (Великобритания). Но только когда дело касается нашего далекого кембрийского прошлого (см. геологическую шкалу), итоговая картинка паззла вообще неизвестна. Ученый должен реконструировать ее по найденным кусочкам, не имея даже образа того, что должно в конце концов сложиться. Фантазию ученого помимо здравого смысла ограничивает соотнесение предполагаемой картинки с современными правилами телосложения животных.

Английские специалисты представили реконструкции ракообразных, живших 510–515 млн лет назад. Их остатки были добыты из знаменитого канадского лагерштетта (особого местонахождения с ископаемыми поразительной сохранности) Маунт-Кап, расположенного в горах Макензи (Mackenzie Mountains) и открытого в 90-е годы прошлого века (см. список кембрийских лагерштеттов).

Вообще, из этого местонахождения уже была описана разнообразная фауна: прекрасной сохранности ракообразные брадорииды (Bradoriida), анамалокарисы, трилобиты, полихеты Виваксии (Wiwaxia), брахиоподы и другие животные. Все они занимали экологическую нишу фильтраторов. И им было чем поживиться — в кембрийских мелководных океанах уже было богатейшее разнообразие фитопланктона.

Помимо этого ученым попадалось множество неопределимых обломков членистоногих — всего их было собрано около 3,5 тысяч. Теперь и до них дошли руки. И дело тут не только в том, что эти остатки чрезвычайно многочисленны и фантастически детальной сохранности. Кстати, именно подробность морфологии придает им замечательную зрелищность, и одним только своим видом фотографии древних обломков притягивают взгляд специалистов и читателей журнала.

Членистоногие, едва появившись в раннем кембрии (около 540 млн лет назад), сразу же породили огромное разнообразие форм и даже вышли на сушу и освоили пресные воды! То есть кембрийские членистоногие представляют пример так называемой взрывной радиации; но вот механизмы подобной эволюции пока неизвестны. И именно поиск решения этой эволюционной задачи заставил ученых внимательно отнестись к этим находкам. Их анализ существенно дополнил наши знания об экологии кембрийских животных и выявил некоторые черты взрывной эволюции ранних членистоногих.

Некоторые типы фрагментов, найденных в Маунт-Кап: 1 — фильтрующие пластинки с перообразными щетинками, 2 — максиллы с чередованием зубчиков разной длины (a, b, c), жевательные поверхности мандибул (d, e) с оторочкой из длинных ветвящихся щетинок (3). 4 — увеличенное изображение жевательной поверхности: длинные щетинки постепенно укорачиваются, превращаются в чешуйки, наложенные друг на друга подобно черепице, затем и они сходят на нет. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Некоторые типы фрагментов, найденных в Маунт-Кап: 1 — фильтрующие пластинки с перообразными щетинками, 2 — максиллы с чередованием зубчиков разной длины (a, b, c), жевательные поверхности мандибул (d, e). 3 — оторочка жевательной поверхности мандибулы из длинных ветвящихся щетинок; длина масштабной линейки 50 мкм. 4 — увеличенное изображение жевательной поверхности: длинные щетинки постепенно укорачиваются, превращаются в чешуйки, наложенные друг на друга подобно черепице, затем и они сходят на нет. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Что собой представляют находки? Это фрагменты панциря, среди которых выделяются две отчетливые морфологические группы. Первая группа — овальные или треугольные кусочки с зубчиками по краю, причем мелкие и крупные зубчики чередуются. На некоторых зубцах есть крючочки. Второй тип фрагментов представляет собой веретенообразные структуры с оборками из щетинок по краю. По направлению от краев эти щетинки становятся всё меньше, выполаживаются в чешуйки, и в центре их рельеф сглаживается.

Кроме этих двух групп найдены еще и другие фрагменты шкурок членистоногих, например, пластинки, несущие тонкие длинные перообразные щетинки. Все эти морфологические типы древних фрагментов имеют своих двойников и среди современных ракообразных. Первый тип фрагментов напоминает максиллы современных высших раков, второй тип со щетинистыми оборками сродни жевательным фрагментам мандибул жаброногих рачков (о максиллах и мандибулах см. здесь; на рис. максиллы — четвертые головные придатки), а третий тип — это не что иное, как фильтровальные придатки конечностей ракообразных.

Вся совокупность этих фрагментов указывает на то, что это остатки ракообразного, причем относительно крупного — размером со среднюю креветку. Это ракообразное уже не было обычным фильтратором — отфильтровал съедобные частички, отправил в центральную пищесборную бороздку, по которой пища сама отправляется в рот. Нет, это существо сначала откусывало пилообразными максиллами подходящий кусочек, зацепляло его зубчиками и крючочками, собирало кусочки фильтровальными пластинками и затем перетирало жевательными поверхностями мандибул. Только после этого отправляло в рот с помощью длинных щетинок мандибул. Ясно, что это было далеко не примитивное ракообразное — по всем признакам его нужно относить наравне с современными группами к эволюционно продвинутым формам. Вот в такую картинку собрался этот паззл!

Эти вполне совершенные ракообразные с хорошо развитым ротовыми частями существовали уже в раннем кембрии. Одновременно с ними существовали и мелкие рачки с сохранившимися ротовыми придатками, но мелким рачкам достаточно было и примитивного фильтровального аппарата; см., например, местонахождение Орстен (Orsten) в Швеции.

Авторы статьи подчеркивают: «Ракообразные из Маунт-Кап показывают, что специализация жевательных ротовых придатков началась по меньшей мере в конце нижнего кембрия; ...и развитие это направлялось необходимостью эффективного снабжения пищей животных крупных размеров... Экологическая специализация играет центральную роль в определении макроэволюционных тенденций».

Источник: Thomas H. P. Harvey, Nicholas J. Butterfield. Sophisticated particle-feeding in a large Early Cambrian crustacean // Nature. 17 April 2008. V. 452. P. 868–871.

См. также:
Yan Bergström, Hou Xian-Guang. Arthropod origins (PDF, 270 Кб) // Bulletin of Geosciences, 2003. V. 78. No. 4. P. 323–334 — очень полезная статья с обзором гипотез происхождения и эволюции членистоногих; также характеризуются все ключевые находки ранних членистоногих.

Елена Наймарк


1
Показать комментарии (1)
Свернуть комментарии (1)

  • UNV  | 30.03.2011 | 23:03 Ответить
    Все ссылки на максиллы и мандибулы либо не открываются, либо требуют регистрации. Тогда уж на википедию ссылки можно дать, хотя про максиллы там всего один абзац.
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»