Книга: Парнокопытные киты, четырехкрылые динозавры, бегающие черви...

Шкурный вопрос

Шкурный вопрос

В главе о мумиях уже говорилось, что Чарлз Уолкотт, открывший подобные окаменелости в сланце Бёрджесс, расписал их по кольчатым червям и членистоногим. В конце 1970-х годов пришло понимание, что предполагаемые кембрийские кольчецы и членистоногие никак не вписываются в классические представления сравнительной анатомии. Их стали выделять, иногда всего по нескольким экземплярам, в отдельные, давно и полностью вымершие типы. Особенно отстаивал эту позицию создатель теории прерывистого равновесия палеонтолог Стивен Гулд из Гарвардского университета. Он предполагал, что ископаемые формы, подобные опабинии (Opabinid), обладавшей пятью сложными глазами, плавательными лопастями и членистым хоботком, или галлюцигении (Hallucigenid) с парными шипами вместо ходных конечностей и гибкими непарными придатками вдоль спины, — все это ранние версии становления многоклеточных животных, не имевшие отношения к истории современных типов и в конкурентной борьбе скоро уступившие им место под тусклым раннепалеозойским солнцем. Быстрое распространение и исчезновение подобных монстров хорошо вписывалось в его теорию, предполагавшую чередование кратковременных этапов существенного преобразования организмов с длительными интервалами, когда они практически не изменялись.

Да, аномалокаридида опабинию, ксенузий галлюци-гению и мурероподию и палеосколецидных червячков из нашего четвертичного далека не так-то просто понять. Поэтому заявлять об их близком родстве в середине 1990-х годов отважились немногие палеонтологи, включая автора этой книги. Получалось, что эти древнейшие кольчатые животные совсем не кольчецы, а, страшно подумать (для зоологов, изучающих современную фауну), — линяющие животные. Экдисозои, одним словом.

Палеосколециды и ксенузии в Муреро, так же как и в остальных кембрийских и ордовикских лагерштеттах, сохранили очень похожие шкурки — кутикулы. У современных Ecdysozoa (членистоногие, онихофоры, тихоходки, круглые и головохоботные черви) кутикула состоит из слоистой эпикутикулы, которую выделяют микроворсинки покровных клеток, белковой экзокутикулы и эндо-кутикулы, построенной из а-хитиновых волокон, собранных в спирально расположенные пластины. Хитин — это полисахарид с кристаллической структурой, а хитиновые волокна являются органическим скелетом, придающим прочность определенным органам или клеткам.

Полная смена кутикулы — линька — происходит хотя бы раз в течение жизни под действием стероидных гормонов — экдизонов. Как рост кутикулы, так и линька вызываются одной и той же группой генов гормон-рецепторного комплекса — NHR-23. Хотя у взрослых волосатиков кутикула лишена хитина, а-хитиновые волокна присутствуют в подстилающем слое личиночной кутикулы, точно так же как в панцире личинок приапулид и лорицифер; у круглых червей а-хитиновая кутикула сохранилась в глоточной области. А например, у кольчатых червей строение кутикулы совершенно иное: ее слои образованы толстыми коллаге-новыми тяжами, образующими почти правильную решетку, и пронизаны многочисленными выростами покровных клеток. Хитин в ней отсутствует; в форме 6-хитина он есть только в щетинках (у моллюсков, брахиопод и мшанок встречается у-хитин). Плотная сменяемая кутикула у экдисозои служит препятствием для формирования какого-либо подобия ресничного покрова даже на личиночной стадии. Такой ресничный покров развивается у лофо-трохозой, чья кутикула никогда не сменяется целиком, но лишь послойно отшелушивается.

^{Кембрийский палеосколецидный червь Schistoscolex (диаметр 5 миллиметров); Муреро, Иберийские горы, Арагон, Испания; 500 миллионов лет. Университет Сарагосы}

Благодаря фосфатизации тонкое строение кутикулы экдисозоиного типа известно у палеосколецид и ксенузии. Коллагеновые волокна, конечно, не сохранились, но остались желобки, закономерно — в виде ромбовидного узора — расположенные на нижней поверхности кутикулы; в желобках эти волокна протягивались при жизни.

Кроме мощной слоистой кутикулы был у многих кембрийских линяющих животных еще один общий признак— радиально-симметричный головной хоботок. Причем не только у головохоботных червей, которым его по определению иметь должно, но также у ксенузий и аномало-каридид, считающихся хотя бы отчасти членистоногими и даже предками всех членистоногих. Такой хоботок представлял собой важнейший орган, который кроме нервного центра включал систему управляющих им мускулов и снаружи был опоясан несколькими рядами скалид, использовавшимися, как органы чувств — для поиска и захвата пищи. Также они служили для передвижения, когда ползущий в грунте червяк продавливал ход, нагнетая в хоботок жидкость, а затем вцеплялся скалидами в стенки хода и подтягивал вперед туловище. Известны и норки кембрийских головохоботных, в которых запечатаны остатки самих червей: это простые U-образные ходы или слепые «мешки», похожие на те, в которых затаиваются современные приапулиды, чтобы, резко выбросив оттуда хоботок, с поверхности грунта зацепить крючьями-скалидами ничего не подозревающую жертву.

^{Современная тихоходка Paramacrobiotus craterlaki (длина 0,5 миллиметра). Eye of science/ Science photo library}

Хотя бы на личиночной стадии вворачивающийся хоботок присутствует у приапулид, лорицифер, киноринх и волосатиков, которых Владимир Васильевич Малахов с биологического факультета МГУ и объединил в тип головохоботных червей (Cephalorhyncha). Ротовой аппарат тихоходок, как показали зоологи Анн Рут Дьюэл из Государственного университета Аппалачей и Йетте Эйбюе-Якобсен из Копенгагенского университета, состоит из выступающего втяжного ротового конуса, окруженного кольцом пластин. Такой орган напоминает ротовой конус киноринх, ведущий в трехгранную глотку со стилетами. Кстати, у аномалокаридид тоже был трехлучевой ротовой конус. Так что кембрийских экдисозой и многих их потомков вполне можно было бы именовать «хоботными», если бы это название не закрепили за небольшой группой млекопитающих…

Единственное отличие двух важных групп кембрийских экдисозой — палеосколецид и ксенузий — заключается в том, что у последних есть втяжные, телескопические конечности. Стандартное представление об эволюции предписывает считать головохоботных червей «без ножек» предками «червяков» с ножками. Однако эта версия кажется сомнительной. Перемещение с помощью втягивающегося хобота в толще грунта — это совсем не то же самое, что ползание за счет червевидных изгибов по его поверхности. В первом случае требуется жесткая кутикула, которая помогает червяку заякориться в норке, пока жидкость гидравлически нагнетается из его хвостового конца в хоботок. Потому мы и видим у палеосколецид множественные поперечные ряды кутикулярных пластинок, каждая из которых похожа на микроскопический якорь. Во втором случае такая шкура лишь мешает, да и система мускулов нужна несколько иная. А вот представить, что ходившие по дну кембрийских морей ксенузии стали рыть норки и, устроившись в них, со временем конечности утратили, допустимо. Да и представлять даже не нужно: именно это мы в ископаемой летописи и наблюдаем, поскольку среди ксенузий есть формы с втяжными хоботками, как у головохоботных червей, и конечностями, явно непригодными для передвижения по поверхности грунта, но подходящими для заякоривания в норках, например наша «упитанная» мурероподия. Если опустить ее на дно, она уподобилась бы мультяшному коту из «Возвращения блудного попугая»: болтала бы беспомощно лапками не в силах найти себе опору. А фацивермис (Facivermis) с головного конца напоминал ксенузию с втяжными ножками, а сзади был червяк червяком: задняя часть туловища у него совершенно не отличалась от таковой палеосколецид. Некоторые палеосколециды еще долго сохраняли на брюшной поверхности редуцированные парные втяжные конечности, которые, вероятно, стали выполнять функцию сенсорно-железистых сосочков, как у современных приапулид, предками которых палеосколециды и являются. Личинки приапулид, лорицифер и волосатиков и даже их взрослые формы до сих пор несут в строении кутикулы признаки палеосколецид и их личинок.

Но приапулиды и другие головохоботные черви — не единственные потомки ксенузий. Данные эмбриолога Георга Майера и его группы из Свободного университета Берлина по развитию онихофор показывают, что личиночное ротовое отверстие закладывается у этих животных в передней части головы, антенны и челюсти формируются из зачатков ходных конечностей, и челюсти отвечают коготкам на этих конечностях; также из зачаточных ходных конечностей образуются паутинные сосочки, что выявляется по присутствию не выраженного на взрослой стадии зачатка выделительных каналов. В основании антенн и челюстей такие зачатки лишены наружных отверстий, хотя и сохраняют ресничную выстилку (биение ресничек обеспечивает нужды или нужду настоящих выделительных каналов), а в паре слюнных сосочков они преобразованы в железы. Мысленно повернув процесс развития онихофоры вспять, получаем предковую форму в виде чер-веподобного организма с однотипными парными втяжными ходными конечностями и хоботком, на конце которого находится ротовое отверстие. На что это похоже? На кембрийскую ксенузию.

Тихоходки, возможно, также являются потомками ксе-нузий, но сильно уменьшившимися и упростившимися, чтобы приспособиться к жизни в микросреде. Расселились тихоходки от тихоокеанских глубин до гималайских высот, от тропических морей до арктической тундры. Некоторые из этих мелких, около миллиметра длиной, существ, неспешно ползающих по морским водорослям, похожи на белых медвежат с черными глазками или пещерных шестипалых из сказок Александра Мелентьевича Волкова. В «пещерах» тихоходки тоже проживают, но в соответствующих их размерам — между песчинками морского дна. Устроены они так, что легко проползают по микроскопическим проходам. Четыре пары лапок (последняя вытянута вдоль тела) имеют телескопическое строение: вобрал передние ножки, потом средние, затем задние и, как червячок, протиснулся сквозь узкое место. Пока одна часть тела червиво извивается, другая — упирается острыми коготками на кончиках ножек. Сверху тело защищено жестким панцирем. Во рту — стилеты, которыми можно проколоть оболочку водоросли или червя, чтобы высосать содержимое. Стилеты тихоходок являются не чем иным, как итогом превращения передних ходных конечностей во внутренний орган, благодаря чему трехлучевой ротовой аппарат приобрел двустороннюю симметрию. Преобразование мускульной системы из единого комплекса продольных и поперечных мускулов в сериально расположенные пучки, связывающие конечности с покровными пластинками, наблюдается уже у кембрийских ксенузий хадранакса и памбделурия (Hadranax, Pambdelurion), описанных Грэмом Баддом (Упсальский университет), а древнейшая — среднекембрийская — тихоходка как раз имеет парные рудименты втяжных конечностей на голове в дополнение к четырем парам ходных ножек и покровные пластинки, как у ксенузий.

Еще одной группой, связанной происхождением с ксе-нузиями, являются аномалокаридиды — самые крупные обитатели кембрийских морей наряду с головохоботны-ми червями: до метра длиной. У них были хоботок с ра-диально расположенными зубными пластинами; предро-товая пара членистых или телескопических хватательных конечностей, как у некоторых ксенузий; крупные сложные глаза (до пяти штук), по своему строению сходные со зрительными органами наиболее продвинутых членистоногих; головной щит; туловищный отдел с плавательными лопастями несущими, возможно, дыхательные придатки; хвостовой отдел и сквозной кишечный тракт с сериально расположенными, парными пищеварительными железами. Все это выяснили Гарри Уиттингтон и Дирек Бриггс из Кембриджского университета. Аномалокаридид с пред-ротовыми конечностями можно считать потомками ксенузий, перешедших к активному хищничеству в толще воды. Некоторые из них (Kerygmachela и Tamisiocaris) уподобились — благо размер позволял — китам кембрийского океана: их предротовые придатки превратились в своего рода китовый ус, только висящий не в пасти, а снаружи.

^{Трехмерная реконструкция кембрийского членистоногого Fuxianhuia protensa (длина 9 сантиметров); Ченцзян, провинция Юньнань, Китай; 520 миллионов лет. Художник Всеволод Абрамов}

Кроме предротовых, не всегда членистых, конечностей и сложных глаз, других явных признаков членистоногих у аномалокаридид нет. Вообще различные виды аномалокаридид и ксенузий отличались мозаичным сочетанием признаков. Например, ксенузия диания (Diania) имела довольно жесткие, почти членистые конечности и хорошо развитый хоботок; антеннакантоподия (Antennacanthopodia) — втяжные конечности без коготков, едва заметный хоботок и антенны на голове; муреропо-дия — вворачивающийся хоботок и намек на конечности с коготками. Членистые панцири и конечности независимо появились сразу в нескольких группах: среди ксенузий, аномалокаридид, ветуликолий, отчасти тихоходок. А древнейшие членистоногие фуксиануйя и близкие к ней формы с наиболее простым планом строения головного отдела, но уже с настоящими антеннами и второй специализированной для захвата пищи парой членистых конечностей имели однотипные цилиндрические ходные конечности с большим числом гладких члеников, которые отличаются от втяжных конечностей лишь чуть более жесткой кутикулой, примерно как у диании.

Дно кембрийских морей буквально вымощено остатками линяющих животных: шкурки составляют 70 процентов кембрийских ископаемых как по разнообразию и числу индивидов, так и по биообъему, благодаря чему ранняя эволюция экдисозой представлена наиболее полно. Столь обильные организмы не могли не сыграть важной роли в развитии всей биосферы. И понятие артроподизации океана, удачно использованное энтомологом Александром Георгиевичем Пономаренко из Палеонтологического института РАН, как нельзя лучше объясняет основные события, случившиеся в кембрийском периоде: именно членистые животные вместе со своими червеподобными родственниками — благодаря био-турбации (переработке осадка), организации пеллетного конвейера (упаковка мелких нетонущих частиц испражнений морских беспозвоночных в крупные оседающие на дно комки-пеллеты) и созданию многоступенчатой пищевой пирамиды с хищниками нескольких порядков — провентилировали бескислородный океан, окончательно сделав его пригодным для жизни во всем ее многообразии.

И если переходные формы между различными экдисо-зоями в ископаемой летописи встречаются в изобилии, то какие-либо формы, которые можно было бы назвать промежуточными между кольчатыми червями и членистоногими, в слоях земных отсутствуют полностью. Получается, что потомками кембрийских ксенузий являются, с одной стороны, общественные насекомые, например обладающие сложным мозгом пчелы, способные запоминать и узнавать даже лица людей, с другой — круглые глисты, вроде аскариды, у которых под внешней оболочкой (кутикулой) не осталось почти ничего, кроме кишечника и половых органов. И ведь не скажешь, что они плохо живут: вместе со своим хозяином — человеком — распространились по всему свету. Подлинные любители человеческого тепла… Паразиты как вершина эволюции.