Яким було життя 600 мільйонів років тому: вендська фауна

 Різке збільшення числа біологічних видів, що отримало назву «кембрійський вибух», відкрило собою фанерозой - еон «явною життя». Однак «таємна» життя в попередню епоху виявилася також досить різноманітною, породивши в тому числі гігантські форми.

Перші сліди макроскопічних м'якотілих багатоклітинних істот, яких обережно можна було віднести до докембрію, знаходили ще в 1860-х роках в районі Ньюфаундленду. У XX столітті були зроблені знаменні знахідки в Намібії і Австралії. На території нашої країни зустрічалися окремі скам'янілості в керна, витягнутою з свердловин (Україна, Крим, Урал). Це були невеликого розміру відбитки, що нагадували чи то диски, то чи коржі, які навіть не відразу були визнані відбитками живих істот: деякі вважали, що мова йде про сліди геологічних процесів. Біда була ще і в тому, що достовірно визначити вік породи спочатку не представлялося можливим, і деякі дослідники відносили знахідки до кембрію, сіллуру або Ордовик. Визначеність з'явилася лише в 1957 році, коли знайдені в Великобританії відбитки істоти під назвою Чарні були однозначно датовані докембрийской епохою.

Цікавий не тільки сам факт виявлення останків великої групи докембрійських тварин, а й те, що їх вигляд і будову виявилися вкрай незвичайними, як ніби мова йшла про інопланетного життя. Але це життя, що отримала назву вендской, або едиакарской, біоти, стала першим в палеонтологічному літописі масовою появою багатоклітинних, що заселили океан понад 600 млн років тому.

Історія самого великого і унікального місцезнаходження відбитків вендской фауни почалася в 1972 році, коли студент-стажер А.В.Степанов відшукав на Онежском півострові в гирлі річки Сюзьма (Архангельська область) кілька відбитків організмів і доставив знахідку в Геологічний інститут АНСССР. Співробітник інституту професор Б.М.Келлер оглянув відбитки і відзначив їх схожість з відбитками докембрийской фауни з Намібії. Незабаром на береги Білого моря, кущі Сюзьми була відправлена ​​експедиція. Виявити щось на місці знахідок, зроблених студентом, не вдалося, проте кілометрів за п'ять вгору по річці експедиція зустріла оголення породи на стрімкому березі. На виступали брилах пісковика були знайдені нові відбитки. На наступний рік у стрімкій 15-метровій «стінки» першовідкривачів змінила нова експедиція, у складі якої перебували Н.М.Чумаков і автор цих рядків.

Що лежать і плазують

Все, що ми знаємо про вендской фауні, прийшло до нас у вигляді тонких рельєфів на поверхні пісковика. Є як негативні, так і позитивні відображення цих істот.

Венд був - царство трипроменевою симетрії. Трибрахідій (Tribrachidium) - класичний приклад такого істоти (фото внизу). У відсутності природних ворогів (представники вендской фауни не їли один одного) трибрахідій мирно лежав на дні, а щоб не пропустити поживні мікрочастинки, принесені течією з різних сторін, він обзавівся трьома ротовими отворами. Потім по трьом гілкам кишечника харчування надходило всередину організму.

Інший тип тварин в Вейде становили організми з білатеральним будовою, проте на відміну від більш пізніх тварин типу трилобітів, права і ліва частини тіл вендских істот не мали ідеальною симетрією. Їм була властива так звана симетрія ковзного відбиття, коли протистоять «промені» розміщені один навпроти одного в «шаховому» порядку. На нижньому фото - відбиток тваринного Dickinsonia. У деяких організмів подібного типу, наприклад, у Andiva добре помітна цефализация - відокремлення головного відділу, ймовірно, з чутливими клітинами.

Під захистом льоду і крейди

Обрив на річковому березі став для нас вікном в неймовірно далеке минуле. Я приїжджав туди кілька років поспіль, і щороку дарував нам нові знахідки. Навесні сходить лід виривав з берега нові піщані плити з відбитками вендской епохи. Все це було вперше в Росії - в такій кількості, в такий складності і в такому розмаїтті. Здавалося, що після неймовірної наукової удачі важко очікувати чогось більшого. Але ми все-таки вирішили озирнутися: Біле море велике - раптом на його берегах знайдуться нові перспективні місцезнаходження. Вибір припав на Зимові гори, що знаходяться приблизно в 200 км морського шляху від Сюзьми. Тут оголення представляли собою не шматочок річкового берега заввишки 10-15 м, а виступили на поверхню відкладення з шарів глини і пісковика видимої потужністю близько 120 м. У глиб землі вони йшли ще приблизно на 700 м.

Епоха, в яку ми живемо, відрізняється незвично низьким рівнем океану: велика кількість води сковано полярними шапками. У більш теплі і більш тривалі часи води було стільки, що між нинішніми Чорним і Білим морями не було суші.

Привіт від предків

Одна з найбільш перспективних гіпотез стосується вендського тварини, названої Ausia fenestrata - від нього дійшло лише 2 відбитка з берегів Білого моря (ще два схожих відбитка знайдено в Намібії).

Fenestrata - значить, «закінчать», і, дійсно, за відбитками спочатку було відновлено вигляд цієї тварини як якогось мішка, поверхня якого всіяна великими отворами. Це було схоже на губку, але розмір отворів не надто узгоджувався з цією гіпотезою. Пізніше прийшла інша думка: а що якщо відбиток зберіг не повний вигляд тварини, а лише його частина? Мішок з «віконцями» разюче нагадував зяброву кошик хордових тварин на зразок асцидій, що відносяться до типу тунікат (покривників).

У тунікатов кошик знаходиться всередині, будучи вкрита оболонкою-тунікою, що складається з речовини, схожої на целюлозу. Асцидії в родинних стосунках з ланцетники - примітивними хордовими тваринами, які знаходяться біля основи древа всіх хребетних, включаючи, зрозуміло, людини.

Таким чином, якщо гіпотеза щодо спорідненості Ausia fenestrata з тунікатамі вірна, це означає, що у відкладеннях віком 550 млн років ми намацали еволюційну гілка, що йде від вендской фауни до людини.

А 25 000 років тому Руську рівнину приблизно до широти Києва покривав лід - це була величезна маса, яка постійно наморожують зверху. І земна кора стала під вагою льоду прогинатися. Коли ж лід пішов, почався зворотний процес: як би «спружинив», кора почала випирати вгору, піднімаючи до неба дно стародавніх океанів. Зимові гори, до яких ми прибули, до сих пір ростуть вгору, піднімаючи все вище і вище шари глини та піску, колись скупчилися на дні. І ось що цікаво: в деяких місцях майже кілометрові товщі цих відкладень пронизані кімберлітових трубками - жерлами, через які на поверхню виривалася магма. Ці жерла заповнені частково переплавлені, частково зміненим древнім речовиною. І в ньому, як це не дивно, зустрічаються брили вапняку, якого в окрузі немає. А в брилах - скам'янілості з кембрійської і ордовикской фауною. Звідки тут все це?

Розгадка виявилася нескладною: поверх глиняно-піщаних товщ за мільйони років накопичилися інші опади від пізніших океанів, але всі ці опади згодом з'їла ерозія, зберігши окремі фрагменти вапняного дна в кімберлітових трубках. Брили вапняку впали туди після того, як були підкинуті вгору вулканічним вибухом. Знищивши донні відкладення морів кембрію і ордовика, природа оголила для нас відкладення докембрийского океану. Причому через те, що ці відкладення мільйони років були закриті іншими породами, древні товщі, в яких чергуються глина і піщаник, дуже свіжі: глини не втратили еластичність, немає слідів сильних деформацій, а тому Зимові гори виявилися в підсумку унікальним місцезнаходженням з тонкими і чіткими відбитками вендской фауни.

Лом як інструмент пізнання

Коли ми починали дослідження вендской біоти (до речі, термін «вендські» запропонований ще в 1952 році академіком Б.С. Соколовим), у нас були лише лічені зразки відбитків цих загадкових тварин. Сьогодні, завдяки експедиціям до Зимових горах, які не припинялися навіть у 1990-х, в Росії зібрано колекцію з близько 10000 зразків і пріоритет в описі їх належить вітчизняним палеонтологам. Це колекція світового значення, в якій присутні, зокрема, зразки і тих тварин, чиї відбитки були також знайдені на Ньюфаундленді, на Уралі, в Австралії і Намібії.

Як відбувається пошук відбитків? На висоті з обриву стирчить плита пісковика. Є на ній що-небудь чи ні - незрозуміло. Щоб це з'ясувати, треба прибрати ломами і лопатами кілька тонн осаду і звільнити частину поверхні плити. Потім плиту розколюють і шматок за шматком спускають вниз. Важкі блоки пісковику доводиться тягти на спині. Внизу, на березі фрагменти плити пронумеровують і збирають воєдино. Потім перевертають. Відбитки, якщо вони є, знаходяться на тій стороні плити, що була звернена вниз. Але їх все одно ще не видно, так як піщаник замазаний глиною. Тепер треба пензликом і водою дуже акуратно змити глину і знайти шукані відбитки. Знахідки обов'язково фотографують в променях призахідного сонця, щоб при низькому світлі краще проступав рельєф. Вже з цього короткого оповідання видно, що видобуток зразків - це фізично важка праця. Але суворі умови експедицій компенсує божевільний азарт першовідкривачів, яким довелося зазирнути в таємничу сторінку історії живого на Землі.

У світі неочевидності

Палеонтологи, що працюють з фауною фанерозою, часто мають справу з реальними скам'янілостями - панцирами, раковинами, зубами, кістками, скам'янілими яйцями. Вендская фауна з'явилася на світ до епохи активної биоминерализации, властивої Кембрію. Ці дивні істоти в більшості своїй не мали ні скелетів, ні твердих раковин, ні жорстких панцирів. Їх тіла були м'якими, часто Медузоподібна, і лише деякі види могли похвалитися тонким, як папір, дорсальним щитом або трубчастої хітинової оболонкою. Тому все, з чим мають справу фахівці з вендской фауні, - це рельєфи на зцементувати піску, який колись обволікав драглисте тіло, зникле практично безслідно. Звідси неймовірна складність інтерпретації цих слідів. Ось лише кілька прикладів.

Один з характерних типів відбитків - так звані диски з радіальними відростками. Спочатку вони інтерпретувалися як сліди медузоподібну організмів, які отримували відповідні імена типу «цикломедуза». Передбачалося, що ці медузи не плавали вільно, а постійно сиділи на дні (як деякі сучасні види). Така інтерпретація переважала, поки поруч з дисками не стали знаходити відбитки якихось істот, схожих на перо, після чого намалювалася зовсім інша картина: «цикломедуза» - це всього лише сліди так званих прікрепітельних дисків. Організм розвивався так: на дно сідала личинка, у неї розросталося підставу, яке поступово заносилося піском. А вже з підстави виростав стебло з бічними відгалуженнями, за допомогою яких тварина харчувалася. Коли істота гинуло, відбиток диска зберігався частіше відбитка стебла, хоча останній міг досягати гігантських для примітивної фауни розмірів - до 3 м у висоту при діаметрі диска близько 1 м.

Інший хрестоматійний приклад являє собою Дікінсон. Залишені цією істотою відбитки нагадують листя рослин з прожилками. Так може, це і є рослина? Або гриб? Або ще щось? Якщо це тварина, то де у нього ротовий отвір, а де анальний? Автор цих рядків відстоював гіпотезу про те, що мова йде про представника фауни, але приблизно два десятиліття мені доводилося протистояти нерозумінню з боку багатьох колег. Один з головних моїх доводів зводився до того, що відбиток, який ми схильні приймати за слід всього тваринного, насправді сформований лише тонким, як папір, панциром, через який «просвічують» елементи внутрішньої структури. При цьому є кілька відбитків, на яких чітко видно, що за межі ребристою зони виходить щось на зразок ореола, схожого на відбиток м'якої тканини. Однак остаточно довести, що Дікінсон ставиться до тварин, вдалося, лише коли знайшли і вивчили сліди повзання цих істот. Сліди переміщається черева більш розмиті. Якщо ж в кінці шляху Дікінсон загинула, слід панцира зовсім інший - чіткий. Таким чином, ця тварина: воно самостійно пересувалася, очевидно, поглинаючи з дна їжу в вигляді бактерій поверхнею свого черевця.

Фрактал та дивацтва симетрії

Одним з перших описаних вітчизняними вченими зразків вендской фауни стала Венді. Відбиток виявили в керна з свердловини в Архангельській області. Тварина мала білатерально, двостороннє, будова тіла з явною сегментацією, що дозволило навіть назвати це істота «голим трилобітом» (справжні трилобіти з'явилися, як відомо, в кембрії). Але вже тоді описував відбиток Б.М. Келлер зауважив, що ліві і праві частини сегментів знаходяться не навпроти один одного, а як би в шаховому порядку. Це явище, назване мною «симетрією ковзного відбиття», виявилася вельми поширеною серед вендских тварин, що являє собою ще одну загадку, бо в кембрії вже нічого такого не спостерігається. Мабуть, така дивна симетрія білатеральних істот пов'язана з якимись особливостями росту і розвитку організму - можливо, мав місце так званий спіральний зростання, характерний, наприклад, для рослин і полягає в поперемінному розподілі то однієї, то іншої групи клітин. У рангеоморфов - перьеобразних організмів типу цикломедуза (про них йшлося вище) - спостерігається не тільки симетрія ковзного відбиття, а й фрактальность будови. Від основного стебла відходять трубочки, які потім розгалужуються по тій же схемі, а нові відгалуження розгалужуються знову.

Чарні (Charnia) - один з вже досить давно відомих форм вендской фауни. Вона відноситься до так званих перьеобразним організмам, і є, по всій видимості, тваринам, які вели прикріплений спосіб життя. Чарні, а також деякі інші схожі форми нагадували своїм виглядом кущі папороті, що виростав з морського дна. Розгалуження судин, які відходили від основного стебла, мало фрактальну структуру, що є однією з характерних особливостей вендской фауни. Існували в венде і істоти трубчастої форми, подібним же чином «трималися» за дно.

Крім білатеральних істот з симетрією ковзного відбиття, в венде відзначені цікаві організми, що володіють трипроменевою симетрією, що також нетипово для наступних епох. До них відноситься, наприклад, трибрахідій, відбиток якого нагадує вписану в коло трипроменеву свастику (по всій видимості, це сліди каналів травної системи, що ведуть до трьох ротовим отворів). Сюди ж можна віднести вентогірус - це яйцеподібні істоти зі складною системою внутрішніх порожнин, заснованої на трьох камерах.

Холод для гігантів

Чим більше даних по різноманіттю вендской фауни приносить нам викопна літопис, тим гостріше постає питання про місце вендской біоти на еволюційному древі. Ким були предки цієї дивовижної водного життя, і чи можна виявити її нащадків серед тварин наступних епох? Очевидно, що вендские організми були першими багатоклітинними тваринами. У Національному льодовиковому парку в штаті Монтана (США) і в Австралії знайдені ланцюжка відбитків багатоклітинних істот, що жили 1600-1200 млн років тому. Відбитки, схожі на намисто з дрібних намистин, імовірно належать колоніального морській тварині типу гідроїдних поліпів. Це життя старше вендской на мільярд років, але ... ніяких інших довендскіх слідів багатоклітинних, тим більше якихось предкової форм, поки знайти не вдалося. Це змушує думати, що, можливо, виникнення многоклеточности у тварин було не разовим еволюційним стрибком, але якоїсь стратегією. Наприклад, і в наші дні існують деякі жгутикові найпростіші, які то живуть як окремі одноклітинні організми, то збираються в колонії, що діють як єдиний організм. Якщо губку розтерти на ситі до окремих клітин, клітини можуть знову зібратися докупи. Проводилися навіть досліди, в ході яких при зміні параметрів середовища (температури, солоності) клітини ембріона багатоклітинного організму розпадалися, стаючи одноклітинними. Так що, можливо, безперервної родоводу багатоклітинних від «бусинок» зі штату Монтана до вендской фауни просто не існує, але між ними можуть лежати покоління одноклітинних форм.

Вендський гігантизм, ймовірно, знаходить своє пояснення в особливих природних умовах того середовища і тієї епохи. Справа в тому, що найбагатші місцезнаходження цієї фауни зустрічаються там, де на дні не накопичувалися карбонати. А це властивість холодноводних басейнів - саме в них основними опадами є мули, глина і пісок. Холодна вода містить більше кисню, вона постійно перемішується, виносячи наверх поживну органіку з дна. Вендские тварини не їли один одного - вони поглинали мікрочастинки з води або з дна, що забезпечувало їм довге життя і можливість розвиватися до великих форм.

Однак, як видно, саме потепління на планеті і скорочення кількості холодних морів стало причиною вимирання вендской фауни. У кембрії ми бачимо вже зовсім інше життя - зокрема, пристосовану до проживання у воді з більш низьким вмістом кисню. Зате активно почався процес биоминерализации, і тварини стали обзаводитися міцними скелетами, панцирами і раковинами.

На питання про те, чи є серед тварин кембрійського нащадки вендской фауни, сьогодні варто відповісти позитивно, хоча він і залишається предметом гострих наукових дискусій. Зокрема, ми знаходимо цих нащадків серед молюсків, членистоногих, кишковопорожнинних. Є багато вимерлих класів тварин, які жили в кембрії, але мають коріння в венде.

Джерело