Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира - Максим Винарский

Плохо то, что такие совпадения можно оспорить, объяснив простой случайностью. Надо ли удивляться, что рассуждения о связи между химическим составом земных оболочек и эволюцией биосферы, принадлежащие перу серьезных исследователей, усыпаны осторожными оговорками: «вероятно», «можно предполагать» и «не исключено, что». Замечу, что рост концентрации кислорода в воде был скорее необходимым условием, а не причиной скелетной революции. Палеонтологи охотно признают, что им еще не до конца понятны ее подлинные причины^[122]. Возможно, конечно, что изобилие кислорода позволило метазоям достичь более крупных размеров, побудило их перестать сидеть на одном месте, подобно губкам, и начать активно бродить по дну или плавать в толще воды. И именно тогда им понадобился скелет как опора для прикрепления мускулов. Но и на это можно возразить, что известно немало очень крупных и подвижных беспозвоночных, практически лишенных скелета. Диаметр зонтика арктической медузы цианеи может достигать 2 м. Даже если возразить, что медузы относятся к животным, существовавшим еще в эдиакарское время и никак не связанным со скелетной кембрийской революцией, то прекрасный пример крупных и подвижных морских тварей, лишенных скелета, дают современные головоногие моллюски — осьминоги и кальмары. У первых скелета нет и в помине, а у вторых он редуцирован до состояния очень узкой и почти прозрачной хитиновой пластинки (гладиуса), проходящей вдоль спинной стороны тела в толще мышечной ткани. В эфемерности такого скелета можно легко убедиться, купив в магазине замороженную непотрошеную тушку кальмара. При этом самый крупный из современных представителей этой группы (Architeuthis dux, гигантский кальмар) достигает 8 м в длину (а по довольно сомнительным данным, и все 17)!

Помимо кислорода специалисты обращаются к рассмотрению и других элементов таблицы Менделеева. Показано, например, что в течение раннего кембрия количество растворенных в океанской воде ионов кальция (Ca²⁺) выросло втрое. Появилась даже красивая гипотеза, что животные обзавелись кальциевыми скелетами не для защиты и опоры для мышц, а чтобы избавиться от излишков кальция во внутриклеточной среде. Слишком высокие концентрации ионов кальция токсичны для организма, и вот некоторые животные в раннем кембрии научились «связывать» их в составе нерастворимых и совершенно безопасных веществ — карбоната или фосфата кальция. Но не пропадать же добру! Получаемые таким образом соединения послужили основой для экзоскелетов, таких как раковины моллюсков^[123].

Предположение интересное, хотя его разделяют далеко не все специалисты.

Палеоокеанологи предлагают еще одну гипотезу, опирающуюся на глобальные изменения в циркуляции океанических вод. На границе докембрия и кембрия к поверхности океана стало подниматься больше холодных придонных вод (этот процесс называется апвеллинг), несших много фосфора и некоторых других элементов. Это вызвало бурный рост микроскопических одноклеточных, в том числе цианобактерий в верхнем слое воды, куда проникают лучи солнца (фотический слой). В результате выросла интенсивность фотосинтеза, а значит, и количество доступной животным пищи (и, добавлю, концентрация кислорода). А дальше мы уже знаем: увеличились размеры животных, что повлекло за собой нужду в твердом скелете.

К сожалению, мне придется опустить еще десятка полтора интереснейших догадок, объясняющих механизмы и предпосылки «кембрийского взрыва». Представляется, что одновременно действовало много факторов, в результате чего в определенную эпоху в Мировом океане сложились уникальные условия, при которых обзаведение скелетами сделалось для метазоев выигрышной и не очень «разорительной» эволюционной стратегией. И представители сразу нескольких не связанных близким родством типов животных приняли ее на вооружение.

Приобретение животными скелета вызвало не только серьезные преобразования их морфологии. Оно также повлекло за собой поведенческую и экосистемную революцию, после которой животный мир уже никогда не был прежним. Как отмечают палеонтологи, в результате скелетной революции в Мировом океане быстро возникла очень богатая фауна, включавшая многие сотни видов разнообразнейших созданий. Такая быстрота могла быть обусловлена уже не химическими, а чисто экологическими причинами. Первенцы скелетной революции оказались в положении Робинзона Крузо, выброшенного на берег тропического острова, где нет ни одной человеческой души. Перед ними открывались практически безграничные возможности: множество никем не занятых экологических ниш, отсутствие крупных хищников и паразитов. Освоение пустующих ниш должно было привести к быстрому разделению кембрийских животных по нескольким типам питания (фильтрация, собирание пищи с грунта или в толще грунта, питание растениями, хищничество, паразитизм), а стало быть, и к появлению новых приспособлений, давших начало бессчетным новым видам, родам и семействам морских животных. Вероятно, очень рано произошло и обособление в составе морских экосистем таких групп животных, как нектон (активно плавающих в морской воде), бентос (прикрепленных к грунту, ползающих по нему или роющих), а также входящих в состав планктона (не способных противостоять силе морских волн и пассивно дрейфующих в толще воды). Как показывают современные экологические и эволюционные исследования, такого рода события должны происходить очень быстро (с геологической точки зрения)^[124].

Приобретение животными скелетов имело и другие долгосрочные экологические последствия. Достаточно вспомнить, что твердые покровы различного типа, от раковин до панцирей, — это тоже скелеты, только наружные. Одна из их функций — защищать своих владельцев от нападения. Надо полагать, всеобщая «скелетизация» серьезно озадачила первобытных хищников, которым понадобилось в срочном порядке искать эволюционный ответ на это событие… ну или, покорившись неизбежному, тихо сдохнуть от голода. Ответ мог заключаться в приобретении более крупных размеров, с пропорционально возросшими средствами нападения (зубы), выработке приспособлений для просверливания панцирей (как это сейчас делают хищные морские брюхоногие) или в других трюках. В любом случае отношения в системе «хищник — жертва» серьезно изменились. Успешный ответ плотоядных должен был вызывать соответствующую реакцию у поедаемых ими. Так началась бесконечная «гонка вооружений», в ходе которой обе стороны вырабатывали все новые и новые приспособления в ответ на каждый шаг противника.

Наличие внутреннего скелета, к которому крепятся мускулы, означало возможность появления новой жизненной формы — быстро плавающего и активно преследующего добычу морского хищника (общеизвестный пример — акулы). Такие хищники могли достигать уже весьма приличных размеров и сформировали высший уровень в трофической пирамиде морских экосистем. Цепочки питания в них стали более разветвленными и сложными. Появились и более продвинутые формы поведения, потому что адаптивный «ответ» хищника на скелетизацию вполне мог состоять в выработке новых охотничьих приемов, нацеленных на более эффективный поиск добычи или ее прямой обман. Появление принципиально новой морфологической структуры влекло за собой целый каскад далеко идущих эволюционных последствий. «Гонка вооружений», запущенная скелетизацией, продолжается и в современной биосфере.