Необычайная сохранность эдиакарского скелетного организма из Намибии позволила восстановить его внутреннее строение

Рис. 1. Горный уступ Шварцранд на юге Намибии. Ближе к вершине растут древовидные алоэ. Внизу находится тонкий пласт карбонатов с намакалатусами. Белесые прослои — вулканический пепел. Фото © А. Журавлев

Самый необычный эдиакарский организм с известковым скелетом — намакалатус — на сегодня является древнейшим представителем настоящих животных. В ходе очередной экспедиции в Намибию ученым из России и Великобритании удалось найти остатки намакалатусов чрезвычайно хорошей сохранности. Благодаря пиритизации мягких тканей удалось установить, что намакалатусы имели не только сложный скелет, но и петлевидный кишечник и ряд других органов. Все это позволяет считать намакалатуса представителем предковой группы организмов, от которых произошли брахиоподы и мшанки.

В морях эдиакарского периода (635–541 млн лет назад), начиная примерно с 565 млн лет назад, обитало немало крупных многоклеточных животных. На территории России эти организмы особенно обильны и разнообразны на Зимнем берегу Белого моря, на Среднем Урале и в Якутии. Несмотря на непростое строение и признаки сложного поведения (они видны по следам жизнедеятельности), доказать принадлежность кого-то из них к конкретным типам животных оказалось непросто.

Эдиакарские отложения Намибии, где древние ископаемые организмы были открыты еще в 1908–1919 годах штатным геологом правительства Германской Юго-Западной Африки Паулем Ранге (Paul Theodor Range) и его коллегой из частной компании Хансом Шнайдерхёном, представляют собой переслаивание морских осадочных карбонатов и терригенных пород (песчаники, глины). Поэтому в них встречаются остатки как «классических» эдиакарских организмов (самые известные из них — рангея и птеридиниум), так и скелетные формы. Именно в Намибии в 1970-е годы было найдено и описано первое и древнейшее докембрийское животное с известковым скелетом — клаудина. Кроме того, эта акватория, расположенная на юге суперконтинента Гондваны, в эдиакарском периоде отличалась активным вулканизмом. Благодаря этому многочисленные пепловые прослои позволяют очень точно датировать события, происходившие в этой местности в эдиакарии и в начале кембрия.

Недавно эти слои пепла помогли продемонстрировать, что типичная эдиакарская биота существовала здесь еще 539–538 млн лет назад, и теперь возраст границы докембрия и кембрия будет пересмотрен в сторону омоложения (U. Linnemann et al., 2019. New high-resolution age data from the Ediacaran-Cambrian boundary indicate rapid, ecologically driven onset of the Cambrian explosion).

Намакалатусы (Namacalathus hermanastes), обитавшие на Земле 550–540 млн лет назад, были описаны в начале XXI века. Они стали вторым известным эдиакарским видом с известковым скелетом. (Таких животных и сейчас насчитывается не более десятка.) Скелет выглядит весьма необычно: он представляет собой восьмигранник до 4 см в диаметре на полом стебельке с большими отверстиями посреди каждой грани (нижнее из них ведет в полость стебелька). Из-за такого строения намакалатуса сравнивали и с раковинными амебами (фораминиферами), и с губками, и с кораллоподобными животными. Вот только ни у кого из этих организмов подобного скелета нет.

Несколько лет назад группа палеонтологов и биогеохимиков с Кафедры биологической эволюции МГУ им. М. В. Ломоносова и из Эдинбургского университета (Великобритания) обнаружила, что скелет намакалатуса имеет очень сложную микроструктуру: он состоит из тонких слойков, образующих закономерные столбовидные складки (A. Zhuravlev et al., 2015. Ediacaran skeletal metazoan interpreted as a lophophorate). Кроме того, было установлено, что скелет намакалатуса трехслойный: его внешняя и внутренняя части пластинчатые, а внутренняя в обнаруженных остатках является полой либо заполненной крупными кристаллами кальцита, занимавшими свободное пространство. Это значит, что при жизни животного эта часть скелета была органической.

Среди современных животных так устроены скелеты только у брахиопод и мшанок, двух родственных типов с ловчим аппаратом в виде маленьких щупалец, протянувшихся двойным рядом вдоль желобка, расположенного на особом органе — лофофоре (буквально, «щупальценосце»). Поэтому такие животные называются лофофоратами (Lophophorata). Щупальца покрыты многочисленными ресничками, которые гонят пищевые частицы ко рту, открывающемуся в основании подковообразного (обычно) лофофора, и также служат для дыхания. Парные выросты лофофора скручены в две спирали. Поскольку все современные лофофораты — животные сидячие, то кишечник у них сворачивается петлей, и анальное оказывается недалеко от ротового.

Кроме того, некоторые популяции намакалатуса размножались бесполым путем — почковались. Причем почки, развивавшиеся в новые особи, всегда образовывались на материнском организме попарно и располагались симметрично (такое тоже встречается в колониях некоторых мшанок), что предполагало у него двусторонне-симметричное расположение по крайней мере половых органов. Исходя из всех этих данных и благодаря художнику-палеоанималисту Джону Сиббику (John Sibbick) удалось представить, как мог выглядеть живой намакалатус (рис. 2).

Рис. 2. Реконструкция почкующегося намакалатуса и стенки его скелета, выполненная в 2015 году. Рисунок Джона Сиббика

Намакалатус вообще оказался очень интересным объектом для изучения. Одни его популяции были представлены очень крупным формами (до 5 см в диаметре) с толстыми стенками и шипами, другие — мелкими и гладкими, но почкующимися, а третьи — совсем маленькими (менее половины сантиметра в диаметре) особями, которые заселяли полости бактериальных рифов — строматолитов. Сопоставление данных по облику индивидуумов с геохимическим маркерами показало, что самые «толстые» намакалатусы развивались, конечно, там, где воды были более насыщены кислородом (A. M. Penny et al., 2017. Intraspecific variation in an Ediacaran skeletal metazoan: Namacalathus from the Nama Group, Namibia). (Более глубокие и замкнутые части эдиакарских морей Намибии либо содержали мало кислорода, либо были совсем бескислородными.) А вот тем, кто жил на краю бескислородный бездны, видимо, приходилось замирать на время, а затем — с наступлением недолгих благоприятных времен — быстро почковаться. Слоган — «живи быстро — умри молодым» подходит им как нельзя лучше.

Новые экземпляры намакалатуса (около 70 штук), найденные той же группой ученых в ходе очередной экспедиции в Намибию в 2017 году, сохранили остатки мягких тканей благодаря пиритизации. Сам пирит окислился до (оксигидр)оксидов железа (так принято называть сложный комплекс минералов этого элемента — оксидов и гидроксидов), поэтому остатки животного выглядят так, словно они покрыты ржавчиной, но характерная для этого сульфида железа форма кристаллов и их агрегатов не изменилась.

Рис. 3. Плита, когда-то бывшая участком илистого морского дна, с ожелезненными остатками намакалатусов. Возраст этих образцов — 547 млн лет. Фото © А. Журавлев

Сочетание методов компьютерной микротомографии и сканирующей электронной микроскопии с использованием ориентированных сериальных срезов остатков намакалатусов выявило избирательность пиритизации по мягким тканям (скелет сохранился как кальцит, хотя и перекристаллизовался). Реконструкция мягкого тела указывает на наличие у намакалатуса петлевидного кишечника, связанного сократительной мышцей с внутренней поверхностью скелета. Также у него были каналы с чувствительными клетками, пронизывающие шипы на поверхности скелета, несколько лопастей со щупальцами, а также тонкая органическая выстилка поверхности скелета. Из верхнего отверстия скелета, вероятно, выдвигались реснитчатые щупальца, а боковые отверстия служили для выхода половых клеток или оплодотворенных яиц.

Рис. 4. Слева вверху — компьютерная томография одного из экземпляров намакалатуса (вид снаружи), слева внизу — продольный пришлифованный спил того же экземпляра (темная чашевидная структура — известковый скелет; ярко-оранжевые слои — ожелезненные мягкие ткани, серая масса — вмещающая глинисто-карбонатная порода). Справа — уточненная реконструкция строения животного. Изображения из обсуждаемой статьи в Science Advances

На данный момент намакалатус оказался самым сложным животным эдиакарского периода и действительно мог представлять исходную группу для таких животных, как брахиоподы и мшанки. Почему бы этим, столь непохожим друг на друга, но родственным животным, не иметь некоего кузена из Намы, который жил за 15 млн лет до первых брахиопод и за 60 млн лет до мшанок?

Источник: Amy J. Shore, Rachel A. Wood, Ian Butler, Andrey Yu. Zhuravlev, Sean McMahon, Andrew Curtis and Frederick T. Bowyer. Ediacaran metazoan reveals lophotrochozoan affinity and deepest root of Cambrian Explosion // Science Advances. 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abf2933.

Андрей Журавлев