Палеоэкология
Аномалокарис входит в состав крупного комплекса сланцев Бёрджес, а также ряда других комплексов беспозвоночных в Китае и Австралии. В районе Бёрджес-Шелл данное животное чаще всего находят в старых слоях, например, в слое трилобитов горы Стивен. В более молодых областях, вроде ложа филлоподов, аномалокарис встречается реже, но достигает больших размеров: примерно в два раз больше аномалокарисов горы Стивен. Некогда этих гигантов выделяли в собственный вид, Anomalocaris gigantea, однако позднее самостоятельность данного вида была поставлена под сомнение.
Бывшие виды аномалокарисов обитали в совершенно иных условиях: Anomalocaris saron и Anomalocaris kunmingensis были обнаружены в Маотяньшанских сланцах, которые в кембрийском периоде были тёплым тропическим морем, а Anomalocaris briggsi обитал в схожих условиях на территории Австралии. Эму Бей и Маотяньшанские сланцы были расположены близко друг к другу.
Все комплексы беспозвоночных, в которых был обнаружен аномалокарис, включали в себя других динокарид, трилобитов, лобоподов, разнообразных артропод, моллюсков и губок. Абсолютно везде его сопровождало другое членистоногое — изоксис, чей ареал охватывал чуть ли не полмира. В районе Бёрджес-Шелл и Маотяньшанских сланцев присутствовала также необычное членистоногое сиднейя, а также другие динокариды: камброрастер, амплектобелуя, пейтойя. Трилобиты, найденные вместе с аномалокарисом, были представлены в основном редлихиидами.
Отложенный триумф
Словосочетание «кембрийский взрыв» прочно вошло в научный оборот. Воображение сразу рисует праздник ползающих по дну трилобитов, плавающих «ужасных раков» аномалокаридид, безумных галлюцигений, огромное разнообразие губок и прочие прелести жизни. Наземные экосистемы, по сути, уходят филогенетическими корнями в эту же эпоху. Однако столь же хорошо известны две связанные с кембрийским взрывом проблемы, которые беспокоили еще Дарвина. Первая — кажущаяся внезапность. До XX века не было известно ни одного животного из слоев более древних, чем 540 миллионов лет назад. Будто бы все возникли одномоментно, без какой-либо предыстории. Вторая проблема в том, что эти самые «все» хорошо нам знакомы. Нет, необычных животных в кембрии хватало, но со временем всем нашлось место в системе природы, построенной по современным классификациям. А как же промежуточные звенья?
В качестве ключевого фактора долгое время рассматривался кислород. Всем известным животным вроде бы нужно много этого газа. Нет кислорода — нет и животных. Со временем, однако, ситуация встала с ног на голову. Когда начали пристально изучать примитивные группы организмов, губок и гребневиков, помещая их в обедненную кислородом воду, оказалось, что его концентрация всего в 0,5 % от нормального уровня ничуть не мешает им жить и размножаться.
Одно из самых опасных доисторических животных
В то далёкое время аномалокарис являлся самым крупным и опасным представителем фауны древнего океана. Он хорошо передвигался при помощи своих боковых пластин. Крупные подвижные глаза обеспечивали ему прекрасный обзор.
Их тела состояли из маленьких сегментов, каждый из которых был защищён твёрдым скелетным панцирем. Из-за своей малоподвижности они становились лёгкой добычей для аномалокарисов. Охотник хватал их своими сильными ротовыми придатками, а затем при помощи челюстей с острыми зубами легко справлялся с панцирем своей жертвы. По всей вероятности охота происходила в одиночестве.
История открытия
Лобный придаток и старая реконструкция
Останки аномалокариса длительное время не могли идентифицировать — впервые обнаружив его останки, учёные не могли понять, как выглядел их обладатель, так как его тело состояло из минерализированных и мягких частей.
Первые остатки аномалокариса были обнаружены в 1886 или 1888 году Ричардом г. Макконнеллом из Геологической службы Канады. В 1892 году их описал Джозеф Фредерик Уайтвейвз. Изначально считалось, что находки являются брюшками рачков-филлокаридов, однако современные исследования показали, что это лобные придатки. Уайтвейвз отметил необычное строение находки, дав ему название «Anomalocaris» — «аномальная креветка».
В 1928 году датский палеонтолог Кай Хенриксен предположил, что загадочное животное тузоя, от которого был известен панцирь, является передней частью аномалокариса. Это решение нашло отклик у многих палеохудожников той эпохи, в частности, Чарльза Найта.
Однако уже в то время были обнаружены новые аномалокариса, описанные Чарльзом Валькоттом. Это был ротовой конус, который Валькотт отнёс к медузам, определив к роду пейтойя. Также он обнаружил лобный придаток, однако не обнаружил сходства с находкой Уайтвейвза, предположив, что это придаток или хвост другого вымершего членистоного — сиднейи. Вместе с пейтойей Валькотт описал другое животное — лагганию, которую он принял за голотурию.
Отпечаток ротового придатка аномалокариса
В 1966 году Геологическая служба Канады приступила к всестороннему пересмотру окаменелостей сланцев Берджесс под руководством палеонтолога Кембриджского университета Гарри Б. Виттингтона. В процессе пересмотра Виттингтон с учениками Саймоном Конвеем Моррисом и Дереком Бриггсом сначала признали, что ротовой конус лаггании принадлежит пейтойе, однако указав, что само животное является химерой из пейтойи и губки капсоспонджии. В 1979 году Виттингтон указал, что находка Уайтвейвза была придатком, однако он посчитал её ходильной ногой гигантского членистоногого. Позднее Виттигтон обнаружил новые образцы, показавшие связанные придатки и ротовой конус. Это позволило синонимизировать лагганию с пейтойей, дав приоритет в названии второй, поскольку она была описана раньше. Оригинальная находка Уайтвейвза отличалась от пейтойи, поэтому за ней сохранилось собственное название. Аномалокариса и Пейтойю тогда же объединили в отряд радиодонтов.
Отпечаток аномалокариса
В 2011 году на острове Кенгуру в области Эму Бей были обнаружены шесть сложных глаз аномалокариса, показавшие его принадлежность к членистоногим. Находка также указывала на то, что продвинутые глаза членистоногих эволюционировали очень рано, еще до появления суставчатых ног или прочных экзоскелетов.
В 2021 году виды «A.» saron и «A.» magnabasis были определены в новый род — хоукарис — в составе тамизиокаридид. «A.» pennsylvanica тоже был выделен в собственный род — ленисикарис. Виды «A». briggsi и «A». kunmingensis тоже оказались самостоятельными родами в составе тамизиокаридид и амплектобелуид и дожидаются переименования.
Стивен Джей Гулд упоминает аномалокариса, как один из окаменелых вымерших видов, которые, по его мнению, свидетельствуют о гораздо более разнообразном наборе типов, существовавших в кембрийский период, обсуждаемых в его книге Wonderful Life, вывод, оспариваемый другими палеонтологами.
Странный мутант
Имя этому удивительному существу дали еще в 1892 году. Это был ученый Джозеф Фредерик Уайтвз. Вот только ни он, ни кто-либо другой до конца двадцатого века и понятия не имел о том, что на самом деле представляет собой эта «аномальная креветка».
Интересно! Предполагаемые места обитания существа — Австралия, Канада, Китай и США (точнее территории, на которых сейчас располагают эти современные страны). Но есть мнение, что аномалокарисы обитали по всему миру. Эта плотоядная членистоногая особь чаще всего изображается длиной до 1 метра. Но найденные останки свидетельствуют о том, что они могли вырастать и до 1,8 метров в длину.
Тот самый ученый Джозеф Уайтвз предполагал, что он обнаружил и исследовал останки гигантской необычной креветки. Именно поэтому он и дал находке такое название. Однако потом ученые выяснили, что в конце 19 века удалось найти лишь останки одного из лобных захватных придатков.
Интересно! Долгое время ученые считали, что находят останки совершенно разных существ. Они и не думали, что в итоге «пазл» сложится в такую необычную особь, как аномалокарис. Так, останки рта и пасти поначалу напоминали медузообразных. А части тела относили к подвиду губчатых.
Только спустя долгие годы, когда антропологи начали «натыкаться» на разные останки якобы отдельных особей в одной окрестности, они предположили, что «это» может являться одним животным. Однако « новое» существо не стали переименовывать.
Самые большие породы собакЧто такое одомашнивание в животноводствеПочему стоит завести кошку: причины, озвученные ученымиУсыпление животных
Ингредиенты для взрыва
Говорим многоклеточные — подразумеваем животные, растения и грибы, верно? Не так быстро.
Во-первых, многоклеточность возникала независимо. Представители большой группы неродственных организмов, которых обыватели объединяют словом «растения», приобретали сложную многоклеточность как минимум 5 раз, причем последний раз случился «всего лишь» 60 миллионов лет назад, после мел-палеогенового массового вымирания (это были бурые водоросли). Разное строение клеток в разных царствах, очевидно, накладывает отпечаток и на сам процесс обретения многоклеточности. Например, классическая для животных теоретическая схема «агрегация клеток -> межклеточная коммуникация -> разделение труда» вряд ли имела место у грибов, ведь фундаментальная структура у них — нити-гифы, которые исходно представляют собой единую многоядерную клетку и растут исключительно с вершины. Как следствие, ткани грибов устроены совсем по другому принципу, нежели у растений и животных.
Во-вторых, если мы не будем проводить различия между сложно устроенной колонией и особью и включим в категорию многоклеточных все ветви Древа Жизни, которые хотя бы иногда и в течение недолгого времени проходят через такую фазу (в конце концов, наш собственный организм развивается из одной-единственной клетки), то крупных таксономических групп, независимо приобретших этот признак, получается неприлично много — около 25.
Запечатленные в пирите
«Автором» открытия, о котором пойдет речь дальше, по крайней мере частично является посольство Франции в Габоне, которое, желая расширить научное сотрудничество, предложило правительству африканской страны принять группу ученых для изучения докембрийских пород в окрестностях города Франсвиль. Третий по населенности город страны является важным горнодобывающим центром, но вот ископаемых там никто до этого не находил. Одному из присланных специалистов, профессору Университета Пуатье Абдерразаку Эль Албани, похоже, удалось это исправить.
Протерозойские отложения Франсвиля возрастом около 2 миллиардов лет (!) очень обширны и целостны. Из них с 2008 года группе Эль Албани, куда вошли палеонтологи из Франции, Швеции, Дании, Бельгии, Канады и Германии, удалось извлечь и изучить около 450 образцов — «пиритовые макроструктуры», как емко выразился один из сторонних палеонтологов-скептиков.
Как и в случае с вендобионтами, предполагаемые представители франсвильской биоты очень разнообразны, хотя размерами в среднем куда меньше, до 12 сантиметров. Местом обитания и захоронения франсвильским существам послужило мелководье, покрытое мощными и сложными по структуре бактериальными матами. Эль Албани предполагает, что эти маты служили одновременно «зелеными легкими» и пастбищами для франсвильских организмов, эдаким оазисом в суровой раннепротерозойской действительности.
И всё же могла ли природа в самом деле дважды «изобрести» животных или, на худой конец, грибы? Размер, сложность и симметрия организмов франcвильской биоты предполагает если не движение, то как минимум активную жизнедеятельность, а для этого всё равно нужен какой-никакой кислород. И вот тут возникает самая любопытная деталь: франсвильская биота появляется аккурат после кислородной катастрофы — фантастически резкого обогащения атмосферы кислородом благодаря сине-зеленым водорослям 2,45 миллиарда лет назад, навсегда изменившего траекторию биосферы.
При этом наше представление об эволюции атмосферного кислорода всё еще противоречиво. Обычно подразумевается, что за катастрофой последовало либо дальнейшее медленное его накопление, либо стасис вплоть до следующего крупного события 635 миллионов лет назад, уже после появления животных. В действительности, по некоторым свидетельствам, сразу после кислородной катастрофы содержание кислорода в атмосфере могло приблизиться к современным значениям, а затем резко упасть в результате так называемого события Ломагунди — но процесс был растянут на сотни миллионов лет. В вышележащих сланцах, соответствующих периоду после события Ломагунди, франсвильская биота исчезает.
Вполне возможно, что в течение докембрия возникали как периоды повышенного содержания кислорода, так и периоды аноксии, причем соответствующие области могли быть резко локализованы географически. Связано это могло быть с неустойчивым балансом источников газа и его поглотителей — горных пород.
Описание
Отпечаток ротовой полости аномалокариса
Аномалокарис является одним из самых крупных хищников кембрия, достигающим в длину до 38 см. Ранее считалось, что вырастал до 1 метра в длину, однако эта оценка кажется маловероятной из-за соотношения длины придатков к телу. Она колебалась в приделах 2-2,8, что при самом большом отростке в 19 см даёт длину в 38 см. По бокам тела аномалокарис имел лопасти, напоминающие параподии кольчатых червей, с помощью которых активно плавал, совершая волнообразные движения. Лопасти были парными: одна располагалась вверху, другая была внизу и немного смещена назад, перекрывая ближайшие лопасти. Это позволяло действовать им как один большой плавник. Имелся большой, веерообразный хвост. С помощью управляемой модели было доказано, что такой вид плавания довольно стабильный, из-за чего аномалокарису не нужен был развитый мозг, чтобы поддерживать равновесие во время плавания. Тело было широким в районе 3-5 лопасти, после чего постепенно сужалось. Считается, что у аномалокариса было не менее 11 пар лопастей, однако лопасти возле хвоста плохо сохраняются, из-за чего их полный подсчёт затруднён. Современные исследования указывают на 13 пар туловищных и 3 пары шейных лопастей для A. canadensis и 11 пар лопастей для Anomalocaris sp. ELRC 20001 из Чэнцзяня.
Ротовые конусы аномалокариса, пейтойи и гурдии
Рот радиодонтов имеет необычное строение. Подобный ротовой аппарат не встречается ни у одного из современных и вымерших представителей типа членистоногих. У всех известных артропод ротовое отверстие лишено зубов, а роль челюстей выполняют видоизмененные конечности, расположенные на расстоянии от него. Ротовой конус аномалокариса был дискообразной формы и состоял из нескольких пластин, расположенных трирадиально. Между тремя крупными пластинами располагались 3-4 средние, а уже между ними залегали маленькие морщинистые пластинки. Это отличает его от ротового аппарата гурдиид, вроде пейтойи или гурдии, у которых было 4 большие пластины, направленных друг к другу. Ротовое отверстие аномалокариса напоминало ананас и имело несколько рядов зубов. Отверстие могло сжиматься, но всегда оставался зазор диаметром около 5 мм. У некоторых крупных особей он доходил до сантиметра.
Сравнение придатков различных видов аномалокариса на 2019 год
Перед ротовым конусом располагалась пара лобных придатков, доходивших в длину до 18 см. Аномалокарис также обладал тремя склеритами на верхней и боковой сторонах головы. Верхний, так называемый головной панцирь, или Н-элемент, имел форму овала с отчетливым ободком по внешнему краю. Два других склерита, Р-элементы, тоже были овальными, но имели стержневидные выросты. Ранее их неверно принимали за гигантские сложные глаза.
Лобные придатки аномалокариса состояли из 14 подомеров, почти каждый из них нёс по острому шипу-эндиту. Сами эндиты расходились в на несколько мелких шипов в центре своей длины. Хвост аномалокариса был веерообразным, состоял из двух или трёх пар боковых лопастей и одного концевого отростка (A. canadensis. или двух удлинённых фурк (A. sp. ELRC 20001). Вероятно, он служил в качестве руля во время перемещения в толще воды. Жабры данного радиодонта состояли из тонких, похожих на нити, структур и образовывали так называемые ланцетные лопасти, образующие сетчатые лопасти.
Глаз аномалокариса. Кадр из фильма «Прогулки с монстрами. Жизнь до динозавров»
Судя по находкам из сланцев Эму Бей, глаза аномалокариса A. cf. canadensis, являлись самыми мощными среди беспозвоночных. Они были мощнее глаз трилобитов в 30 раз, которые до этого, как считалось, обладали самыми мощными глазами. У аномалокариса было 16 тысяч линз в глазу, обеспечивающих разрешение в 3 см. Удалось также выяснить, что он обладал дихроматическим зрением.
Почему нам так важно разобраться в многоклеточности?
На фоне попадавших в медиасреду громких палеонтологических событий последних 30 лет, будь то разгадка происхождения птиц, находка древнейших следов жизни или открытие мягких тканей динозавров, франсвильская или тем более эдиакарская биоты выглядят бледновато — кучка странных отпечатков, в интерпретации которых порой больше фантазии самих палеонтологов, нежели твердых фактов (хотя, конечно, всегда невероятно интересно представлять, кем была населена Земля миллиарды лет тому назад). А вот что совсем не очевидно, так это то, что исследования подобных окаменелостей из наиболее далеких от нас периодов истории Земли очень помогают в развитии важнейших научных областей, связанных с настоящим и будущим человечества.
Так, понимание происхождения многоклеточных организмов принципиально важно для борьбы с раком, поскольку последний может трактоваться как нарушение тех древних «взаимных договоров» между клетками, которые привели к появлению животных. Иными словами, рак возник одновременно с многоклеточностью и является ее оборотной стороной
Может быть интересно
Вопрос о времени и, главное, причинах появления сообществ сложных организмов на Земле имеет также принципиальное значение для астробиологии и проекта SETI. Если само появление жизни не является уникальным для Земли событием, то возможны два варианта. Либо жизнь широко распространена во Вселенной, но на большей части планет представлена «слизью» — биосферами, сложенными одноклеточными организмами. Такой взгляд подразумевает гипотеза Редкой Земли, придающая большое значение эволюционным барьерам на пути к многоклеточности и считающая последнюю счастливой для нас случайностью. Очевидно, что такой взгляд автоматически снимает парадокс Ферми — общаться и летать в гости не с кем, всюду лишь бактерии.
Противоположная ей гипотеза Зоопарка акцентируется на многократном возникновении многоклеточности в разных группах эукариот, да еще и разными способами. В этом случае всё еще возможна кишащая сложной жизнью Вселенная, подобная той, что показана в научной фантастике. Так, буквально копаясь в древних отложениях в попытках понять, как же наша планета выглядела миллиарды лет назад и кто на ней тогда жил, мы познаем жизнь с космической точки зрения и приближаемся к ответу на вопрос всех вопросов — одиноки ли мы во Вселенной?
Эпоха дисков и перьев
Формальное открытие вендобионтов состоялось в 1957 году, когда в Англии нашли одного из самых характерных их представителей — чарнию, похожую на птичье перо. Дело в том, что все предыдущие находки крупных окаменелостей в докембрийских слоях просто списывались на ошибки датировки или вовсе не признавались за окаменелости. Здесь же стратиграфия была безупречной, и у научного сообщества внезапно будто открылись глаза — до кембрийского взрыва всё-таки были крупные организмы! Поскольку предшествующий кембрию период (уже не палеозойской, а протерозойской эры) в разных системах назывался то вендским (от древнего племени славян — вендов), то эдиакарским (от названия возвышенности в Австралии), эти организмы приобрели два общеупотребительных названия: эдиакарская биота, или вендобионты.
Вскоре выяснилось, что вендобионты были распространены глобально, а их разнообразие поразительно.
По всей видимости, питались они планктоном и органическими частичками, которые фильтровали из воды или соскабливали со дна. Характерная черта, объединяющая многих вендобионтов, — скользящая симметрия их сегментов, похожая на очередное ветвление у растений и исключительно редко встречающаяся у современных животных. А некоторые дисковидные вендобионты обладали уникальной тройной симметрией.
То, насколько вендобионты запутали специалистов-систематиков, иллюстрирует таксономическое положение, предлагавшееся для одного из самых известных представителей эдиакарской биоты — дикинсонии. В разные годы ее считали медузой, амебой, лишайником, пластинчатым, примитивным червем, многощетинковым червем и даже прямым предком хордовых (то есть нас с вами). Доказательство того, что дикинсония по крайней мере точно животное, было получено только в 2018 году. Ее отпечатки, как оказалось, содержат липиды-холестероиды, встречающиеся исключительно у представителей животного царства.
Животные, включая вендобионтов, возникли в очень интересное время, когда Земля-снежок как раз оттаяла, а продуктивность микробных экосистем резко повысилась. Вендобионты, по-видимому, были первой крупной адаптивной радиацией животных, но современные нам типы стали успешно с ними конкурировать, и в кембрийских отложениях подобные эдиакарской биоте животные встречаются уже крайне редко. На сегодняшний день новизна эдиакарской биоты немного выветрилась, и ее представителей изучают столь же методично и планомерно, как и более знакомые нам группы. Но, может, нас ждет второе «эдиакарское чудо»?
В какой момент в эволюции что-то пошло не так?
Аномалокариса часто относят к прото-членистоногим. Это означает, что происхождение с членистоногими у него такое же. Вот только эволюционная линия развития пошла по другому ответвлению. Как и почему это произошло — пока точно неизвестно.
Ранее считалось, что у этой аномальной креветки было твердое хитиновое тело, как, например, раковина у краба. Но более современные исследования показывают, что это неправильное мнение.
Ученые сравнили передние придатки и пасть, окаменелые останки которых встречаются чаще всего, с другими частями тела. Так, обнаружилось, что тело было гораздо мягче, чем пасть и придатки.
Одним из удивительных открытий, которое часто изображается в документальных фильмах об аномалокарисах, стало то, что этот хищник ловко разрывал пополам трилобитов (класс ископаемых морских членистоногих), а затем хрустел их останками. Однако этот факт затем подвергся сомнениям.
Ученые, благодаря компьютерной восстановленной модели аномалокариса, выяснили, что их пасти просто-напросто не могли полностью закрываться. Поэтому скорее всего, гигантская мутантская креветка действительно разрывала трилобита передними придатками, а затем направляла его поглубже в рот.
Почему вообще трилобита посчитали частью диеты аномалокарисов? Дело в том, что останки трилобитов имели необычные W-образные следы укусов. Эти следы совпадают с останками ротовых частей аномалокариса. А также частички брони трилобитов была обнаружены в крупных фекальных шариках, которые из-за своих размеров могли принадлежать только аномалокарисам.
Важно! Изученные пасти аномалокарисов не имеют повреждений и износа, которые бы обязательно появились, если бы эти креветкообразные действительно регулярно питались мощной броней. Поэтому антропологи выдвинули еще одно предположение — жертву разрывали с помощью «щупалец»-придатков, а затем высасывали ее мягкое содержимое
Есть и еще одно противоречивое мнение. Некоторые ученые поставили под сомнение факт того, что аномалокарисы были хищниками. Возможно, они были всего лишь «фильтрами» — всасывая и отфильтровывая воду, добывая тем самым себе пищу в виде мелкого планктона.
Кому верить — пока непонятно, но истина точно где-то рядом.
Систематика
Аномалокарис относится к группе динокаридов — базальных членистоногих, обитавших в палеозойской эре. Множество радиодонтов было изначально отнесено к аномалокарису, но с открытием новых представителей данной группы часть видов была отнесена к другим группам.
Анализ радиодонтов 2014 года:
| Radiodonta |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
