Эдиакарская биота:какой была жизнь 600 миллионов лет назад

Первые следы макроскопических мягкотелых многоклеточных существ, которых осторожно можно было отнести к докембрию, находили еще в 1860-х годах в районе Ньюфаундленда. В XX столетии были сделаны знаменательные находки в Намибии и Австралии. На территории нашей страны встречались отдельные окаменелости в керне, извлеченном из скважин (Украина, Крым, Урал). Это были небольшого размера отпечатки, напоминавшие то ли диски, то ли лепешки, которые даже не сразу были признаны отпечатками живых существ: некоторые полагали, что речь идет о следах геологических процессов. Беда была еще и в том, что достоверно определить возраст породы первоначально не представлялось возможным, и некоторые исследователи относили находки к кембрию, силлуру или ордовику. Определенность появилась лишь в 1957 году, когда найденные в Великобритании отпечатки существа под названием чарния были однозначно датированы докембрийской эпохой.

Интересен не только сам факт обнаружения останков большой группы докембрийских животных, но и то, что их облик и строение оказались крайне необычными, как будто речь шла об инопланетной жизни. Но эта жизнь, получившая название вендской, или эдиакарской, биоты, стала первым в палеонтологической летописи массовым появлением многоклеточных, заселивших океан более 600 млн лет назад.

История самого обширного и уникального местонахождения отпечатков вендской фауны началась в 1972 году, когда студент-стажер А.В.Степанов отыскал на Онежском полуострове в устье реки Сюзьма (Архангельская область) несколько отпечатков организмов и доставил находку в Геологический институт АНСССР. Сотрудник института профессор Б.М.Келлер осмотрел отпечатки и отметил их сходство с отпечатками докембрийской фауны из Намибии. Вскоре на берега Белого моря, кустью Сюзьмы была отправлена экспедиция. Обнаружить что-то на месте находок, сделанных студентом, не удалось, однако километрах в пяти вверх по реке экспедиция встретила обнажения породы на обрывистом берегу. На выступавших глыбах песчаника были найдены новые отпечатки. На следующий год у обрывистой 15-метровой «стеночки» первооткрывателей сменила новая экспедиция, в составе которой находились Н.М.Чумаков и автор этих строк.

Лежащие и ползающие

Все, что мы знаем о вендской фауне, пришло к нам в виде тонких рельефов на поверхности песчаника. Имеются как негативные, так и позитивные отображения этих существ.

Венд был — царство трехлучевой симметрии. Трибрахидий (Tribrachidium) — классический пример такого существа (фото внизу). В отсутствии естественных врагов (представители вендской фауны не ели друг друга) трибрахидий мирно лежал на дне, а чтобы не пропустить питательные микрочастицы, приносимые течением с разных сторон, он обзавелся тремя ротовыми отверстиями. Затем по трем ветвям кишечника питание поступало внутрь организма.

Другой тип животных в Венде составляли организмы с билатеральным строением, однако в отличие от более поздних животных типа трилобитов, правая и левая части тел вендских существ не обладали идеальной симметрией. Им была свойственна так называемая симметрия скользящего отражения, когда противостоящие «лучи» размещены друг напротив друга в «шахматном» порядке. На нижнем фото — отпечаток животного Dickinsonia. У некоторых организмов подобного типа, например, у Andiva хорошо заметна цефализация — обособления головного отдела, вероятно, с чувствительными клетками.

Под защитой льда и мела

Обрыв на речном берегу стал для нас окном в невообразимо далекое прошлое. Я приезжал туда несколько лет подряд, и каждый год дарил нам новые находки. Весной сходящий лед вырывал из берега новые песчаные плиты с отпечатками вендской эпохи. Все это было впервые в России — в таком количестве, в такой сложности и в таком разнообразии. Казалось, что после невероятной научной удачи трудно ожидать чего-то большего. Но мы все-таки решили оглядеться: Белое море большое — вдруг на его берегах найдутся новые перспективные местонахождения. Выбор пал на Зимние горы, находящиеся примерно в 200 км морского пути от Сюзьмы. Здесь обнажения представляли собой не кусочек речного берега высотой 10−15 м, а выступившие на поверхность отложения из слоев глины и песчаника видимой мощностью около 120 м. В глубь земли они уходили еще примерно на 700 м.

Эпоха, в которую мы живем, отличается необычно низким уровнем океана: большое количество воды сковано полярными шапками. В более теплые и более продолжительные времена воды было столько, что между нынешними Черным и Белым морями не было суши.

Привет от предков

Одна из наиболее перспективных гипотез касается вендского животного, названного Ausia fenestrata — от него дошло лишь 2 отпечатка с берегов Белого моря (еще два схожих отпечатка найдено в Намибии).

Fenestrata — значит, «окончатая», и, действительно, по отпечаткам первоначально было восстановлен облик этого животного как некоего мешка, поверхность которого усеяна крупными отверстиями. Это было похоже на губку, но размер отверстий не слишком согласовывался с этой гипотезой. Позже пришла другая мысль: а что если отпечаток сохранил не полный облик животного, а лишь его часть? Мешок с «оконцами» поразительно напоминал жаберную корзину хордовых животных наподобие асцидий, относящихся к типу туникат (оболочников).

У туникатов корзина находится внутри, будучи укрыта оболочкой-туникой, состоящей из вещества, похожего на целлюлозу. Асцидии в родстве с ланцетниками — примитивными хордовыми животными, которые находятся у основания древа всех позвоночных, включая, разумеется, человека.

Таким образом, если гипотеза относительно родства Ausia fenestrata с туникатами верна, это означает, что в отложениях возрастом 550 млн лет мы нащупали эволюционную ветвь, идущую от вендской фауны к человеку.

А 25 000 лет назад Русскую равнину примерно до широты Киева покрывал лед — это была огромная масса, которая постоянно намораживалась сверху. И земная кора стала под тяжестью льда прогибаться. Когда же лед ушел, начался обратный процесс: как бы «спружинив», кора принялась выпирать вверх, поднимая к небу дно древних океанов. Зимние горы, к которым мы прибыли, до сих пор растут вверх, поднимая все выше и выше слои глины и песка, некогда скопившихся на дне. И вот что интересно: в некоторых местах почти километровые толщи этих отложений пронизаны кимберлитовыми трубками — жерлами, через которые на поверхность вырывалась магма. Эти жерла заполнены частично переплавленным, частично измененным древним веществом. И в нем, как это ни странно, встречаются глыбы известняка, которого в округе нет. А в глыбах — окаменелости с кембрийской и ордовикской фауной. Откуда здесь все это?

Разгадка оказалась несложной: поверх глиняно-песчаных толщ за миллионы лет накопились другие осадки от более поздних океанов, но все эти осадки впоследствии съела эрозия, сохранив отдельные фрагменты известкового дна в кимберлитовых трубках. Глыбы известняка упали туда после того, как были подброшены вверх вулканическим взрывом. Уничтожив донные отложения морей кембрия и ордовика, природа обнажила для нас отложения докембрийского океана. Причем из-за того, что эти отложения миллионы лет были закрыты другими породами, древние толщи, в которых чередуются глина и песчаник, очень свежие: глины не утратили эластичность, нет следов сильных деформаций, а потому Зимние горы оказались в итоге уникальным местонахождением с тонкими и четкими отпечатками вендской фауны.

Лом как инструмент познания

Когда мы начинали исследования вендской биоты (кстати, термин «вендский» предложен еще в 1952 году академиком Б.С. Соколовым), у нас были лишь считанные образцы отпечатков этих загадочных животных. Сегодня, благодаря экспедициям к Зимним горам, которые не прекращались даже в 1990-х, в России собрана коллекция из порядка 10000 образцов и приоритет в описании их принадлежит отечественным палеонтологам. Это коллекция мирового значения, в которой присутствуют, в частности, образцы и тех животных, чьи отпечатки были также найдены на Ньюфаундленде, на Урале, в Австралии и Намибии.

Как происходит поиск отпечатков? На высоте из обрыва торчит плита песчаника. Есть на ней что-нибудь или нет — непонятно. Чтобы это выяснить, надо убрать ломами и лопатами несколько тонн осадка и освободить часть поверхности плиты. Затем плиту раскалывают и кусок за куском спускают вниз. Тяжелые блоки песчаника приходится тащить на спине. Внизу, на берегу фрагменты плиты пронумеровывают и собирают воедино. Потом переворачивают. Отпечатки, если они есть, находятся на той стороне плиты, что была обращена вниз. Но их все равно еще не видно, так как песчаник замазан глиной. Теперь надо кисточкой и водой очень аккуратно смыть глину и найти искомые отпечатки. Находки обязательно фотографируют в лучах заходящего солнца, чтобы при низком свете лучше проступал рельеф. Уже из этого короткого рассказа видно, что добыча образцов — это физически тяжелый труд. Но суровые условия экспедиций компенсирует безумный азарт первооткрывателей, которым довелось заглянуть в таинственную страницу истории живого на Земле.

В мире неочевидностей

Палеонтологи, работающие с фауной фанерозоя, часто имеют дело с реальными окаменелостями — панцирями, раковинами, зубами, костями, окаменевшими яйцами. Вендская фауна появилась на свет до эпохи активной биоминерализации, свойственной кембрию. Эти странные существа в большинстве своем не имели ни скелетов, ни твердых раковин, ни жестких панцирей. Их тела были мягкими, часто медузообразными, и лишь некоторые виды могли похвастаться тонким, как бумага, дорсальным щитом или трубчатой хитиновой оболочкой. Поэтому все, с чем имеют дело специалисты по вендской фауне, — это рельефы на сцементированном песке, который когда-то обволакивал студенистое тело, исчезнувшее практически бесследно. Отсюда невероятная сложность интерпретации этих следов. Вот лишь несколько примеров.

Один из характерных типов отпечатков — так называемые диски с радиальными отростками. Первоначально они интерпретировались как следы медузоподобных организмов, которые получали соответствующие имена типа «цикломедуза». Предполагалось, что эти медузы не плавали свободно, а постоянно сидели на дне (как некоторые современные виды). Такая интерпретация преобладала, пока рядом с дисками не стали находить отпечатки каких-то существ, похожих на перо, после чего нарисовалась совсем другая картина: «цикломедузы» — это всего лишь следы так называемых прикрепительных дисков. Организм развивался так: на дно садилась личинка, у нее разрасталось основание, которое постепенно заносилось песком. А уже из основания вырастал стебель с боковыми ответвлениями, с помощью которых животное питалось. Когда существо погибало, отпечаток диска сохранялся чаще отпечатка стебля, хотя последний мог достигать циклопических для примитивной фауны размеров — до 3 м в высоту при диаметре диска около 1 м.

Другой хрестоматийный пример являет собой дикинсония. Оставленные этим существом отпечатки напоминают листья растений с прожилками. Так может, это и есть растение? Или гриб? Или еще что-то? Если это животное, то где у него ротовое отверстие, а где анальное? Автор этих строк отстаивал гипотезу о том, что речь идет о представителе фауны, но примерно два десятилетия мне приходилось противостоять непониманию со стороны многих коллег. Один из главных моих доводов сводился к тому, что отпечаток, который мы склонны принимать за след всего животного, на самом деле сформирован лишь тонким, как бумага, панцирем, через который «просвечивают» элементы внутренней структуры. При этом есть несколько отпечатков, на которых отчетливо видно, что за пределы ребристой зоны выходит нечто вроде ореола, похожего на отпечаток мягкой ткани. Однако окончательно доказать, что дикинсония относится к животным, удалось, лишь когда нашли и изучили следы ползания этих существ. Следы перемещающегося брюха более размыты. Если же в конце пути дикинсония погибла, след панциря совсем другой — четкий. Таким образом, это животное: оно самостоятельно передвигалось, очевидно, поглощая со дна пищу в виде бактерий поверхностью своего брюшка.

Фрактал и странности симметрии

Одним из первых описанных отечественными учеными образцов вендской фауны стала вендия. Отпечаток обнаружили в керне из скважины в Архангельской области. Животное имело билатеральное, двухстороннее, строение тела с явной сегментацией, что позволило даже назвать это существо «голым трилобитом» (настоящие трилобиты появились, как известно, в кембрии). Но уже тогда описывавший отпечаток Б.М. Келлер заметил, что левые и правые части сегментов находятся не напротив друг друга, а как бы в шахматном порядке. Это явление, названное мною «симметрией скользящего отражения», оказалось весьма распространенным среди вендских животных, что являет собой еще одну загадку, ибо в кембрии уже ничего такого не наблюдается. По‑видимому, такая странная симметрия билатеральных существ связана с какими-то особенностями роста и развития организма — возможно, имел место так называемый спиральный рост, характерный, например, для растений и заключающийся в попеременном делении то одной, то другой группы клеток. У рангеоморфов — перьеобразных организмов типа цикломедуз (о них шла речь выше) — наблюдается не только симметрия скользящего отражения, но и фрактальность строения. От основного стебля отходят трубочки, которые затем ветвятся по той же схеме, а новые ответвления ветвятся вновь.

Кроме билатеральных существ с симметрией скользящего отражения, в венде отмечены интересные организмы, обладающие трехлучевой симметрией, что также нетипично для последующих эпох. К ним относится, например, трибрахидий, отпечаток которого напоминает вписанную в круг трехлучевую свастику (по всей видимости, это следы каналов пищеварительной системы, ведущие к трем ротовым отверстиям). Сюда же можно отнести вентогирусов — это яйцеобразные существа со сложной системой внутренних полостей, основанной на трех камерах.

Холод для гигантов

Чем больше данных по многообразию вендской фауны приносит нам ископаемая летопись, тем острее встает вопрос о месте вендской биоты на эволюционном древе. Кем были предки этой удивительной водной жизни, и можно ли обнаружить ее потомков среди животных последующих эпох? Очевидно, что вендские организмы не были первыми многоклеточными животными. В Национальном ледниковом парке в штате Монтана (США) и в Австралии найдены цепочки отпечатков многоклеточных существ, живших 1600−1200 млн лет назад. Отпечатки, похожие на ожерелье из мелких бусинок, предположительно принадлежат колониальному морскому животному типа гидроидных полипов. Эта жизнь старше вендской на миллиард лет, но… никаких других довендских следов многоклеточных, тем более каких-то предковых форм, пока найти не удалось. Это заставляет думать, что, возможно, возникновение многоклеточности у животных было не разовым эволюционным скачком, но некой стратегией. Например, и в наши дни существуют некоторые жгутиковые простейшие, которые то живут как отдельные одноклеточные организмы, то собираются в колонии, действующие как единый организм. Если губку растереть на сите до отдельных клеток, клетки могут снова собраться воедино. Проводились даже опыты, в ходе которых при изменении параметров среды (температуры, солености) клетки эмбриона многоклеточного организма распадались, становясь одноклеточными. Так что, возможно, непрерывной родословной многоклеточных от «бусинок» из штата Монтана до вендской фауны просто не существует, но между ними могут лежать поколения одноклеточных форм.

Вендский гигантизм, вероятно, находит свое объяснение в особых природных условиях той среды и той эпохи. Дело в том, что самые богатые местонахождения этой фауны встречаются там, где на дне не накапливались карбонаты. А это свойство холодноводных бассейнов — именно в них основными осадками являются илы, глина и песок. Холодная вода содержит больше кислорода, она постоянно перемешивается, вынося наверх питательную органику со дна. Вендские животные не ели друг друга — они поглощали микрочастицы из воды или со дна, что обеспечивало им долгую жизнь и возможность развиваться до крупных форм.

Однако, по всей видимости, именно потепление на планете и сокращение количества холодных морей стало причиной вымирания вендской фауны. В кембрии мы видим уже совсем другую жизнь — в частности, приспособленную к обитанию в воде с более низким содержанием кислорода. Зато активно начался процесс биоминерализации, и животные стали обзаводиться прочными скелетами, панцирями и раковинами.

На вопрос о том, есть ли среди животных кембрия потомки вендской фауны, сегодня стоит ответить положительно, хотя он и остается предметом острых научных дискуссий. В частности, мы находим этих потомков среди моллюсков, членистоногих, кишечнополостных. Есть много вымерших классов животных, которые жили в кембрии, но имеют корни в венде.