Некоторые Из Первых Животных Земли, В Том Числе Таинственное Существо, Похожее На Инопланетянина, Выходят Из Канадских Скал

Новые окаменелости и находки помогают понять расцвет животной жизни полмиллиарда лет назад

Сланец Берджесс, легендарное скальное образование, которое давало некоторые из самых ранних проблесков существ возрастом в полмиллиарда лет, вырастает высоко над ручьем Токумм. ДЖОН ЛЕМАНН

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПАРК КУТЕНЕЙ В КАНАДЕ — стук отбойного молотка усиливается. Затем открывается блок сланцевых бабочек, открывая свежему горному воздуху поверхность, которая не видела солнечного света уже полмиллиарда лет. «Ууу!» — говорит палеонтолог Седрик Ария из Нанкинского института геологии и палеонтологии в Китае, удерживая верхнюю плиту скалы вертикально.

На его нижней стороне видны пятна угольного цвета, которые отдаленно напоминают подковообразных крабов или Тысячелетнего сокола из «Звездных войн». «Здесь посадочная площадка космического корабля», — говорит руководитель экспедиции Жан-Бернар Карон, куратор палеонтологии беспозвоночных в Королевском музее Онтарио (ROM) в Торонто, Канада.

Эти «космические корабли» — панцири, вылитые на давно исчезнувшее океанское дно новым для науки видом. В этом полевом сезоне они вываливались из скал здесь, где команда Кэрона провела последние несколько лет, раскапывая новаторские окаменелости животных кембрийского периода, открывая вечеринку для жизни животных на Земле. Во время кембрия, который начался около 540 миллионов лет назад, почти все современные группы животных — столь же разнообразные, как моллюски и хордовые, — вошли в летопись окаменелостей. Эти ранние морские животные демонстрировали ослепительное разнообразие планов тела, как будто эволюции нужно было проявить творческую жилку, прежде чем сдаться. На протяжении более века ученые изо всех сил пытались разобраться — иногда буквально — в головах или хвостах этих образцов, выяснить, как они соотносятся с современной жизнью, и понять, что послужило причиной эволюционного взрыва.

Осторожно Ария и Кэрон откладывают верхнюю часть своей плиты в сторону. Пространство трудно найти в карьере, расположенном на уступе размером с небольшую спальню на высоте 2500 метров, намного выше ручья Токумм. В течение многих лет столь же запретное место примерно в 40 километрах к северо-западу от этой долины открывало самое ясное окно в Кембрий. Там в 1909 году американский палеонтолог Чарльз Дулиттл Уолкотт обнаружил сланец Берджесс, ископаемое образование, которое сохраняет не только твердые раковины, но и мягкие черты, такие как ноги, глаза и кишки кембрийских ползучих тварей.

Но в последние годы Кэрон показал, что самая богатая ископаемая порода простирается на много километров за пределы участка Уолкотта. Раскопки этим летом знаменуют его последний визит к этому длинному кембрийскому гобелену. Каждая новая остановка предлагала поразительные виды незнакомых животных, многие из которых уже описаны в громких статьях: маленькая рыба, родственница Метасприггина, предка позвоночных, о котором Кэрон теперь размышляет, собравшись в школы; клешневидная Токуммия; и окаменелости в форме конуса мороженого, называемые гиолитами, которые доктор философии Кэрон. студент Джозеф Мойсюк в прошлом году связался с покрытыми панцирем животными, называемыми брахиоподами, некоторые из которых сохраняются и сегодня.

Другие места по всему миру также открывают новые перспективы кембрия. Теперь ученые могут исследовать взрыв животных с помощью набора образцов, а также результатов новых технологий визуализации и генетических исследований и исследований развития живых организмов. «Было сделано множество новых открытий», — говорит палеонтолог Дуг Эрвин из Национального музея естественной истории Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия. Исследователи, возможно, как никогда близки к тому, чтобы поместить этих странных существ на их надлежащее место на древе жизни — и понять «взрыв», который их породил.

Жан-Бернар Карон демонстрирует «материнский корабль», загадочную кембрийскую форму жизни, которую его команда обнаружила этим летом в Канадских Скалистых горах.

(ФОТО) ДЖОН ЛЕМАНН; (ОКАМЕНЕЛОСТЬ) КОРОЛЕВСКИЙ МУЗЕЙ ОНТАРИО

Каждая новая находка приносит простую радость от раскопок и воображения, казалось бы, инопланетного существа. В перерыве Кэрон осторожно демонстрирует драгоценность короны этого года, найденную примерно неделей ранее. Это неповрежденный панцирь размером с ладонь с центральным позвоночником, похожий на прусский шлем с шипами, застывший в древней скале. Еще один неописанный вид, похоже, связан с космическими кораблями. Команда Кэрон называет его материнским кораблем.

Он нервничает, просто держа его в руках. Окаменелости сланцев Берджесса настолько ценны, что Парки Канады хранят точное местоположение участков Карона в секрете, отслеживают их с помощью камер и преследуют браконьеров, охотящихся за ископаемыми. РОМ однажды застраховал образец сланца Берджесса на полмиллиона канадских долларов, когда он был взят в кредит, говорит он, — и это было животное, известное по многочисленным окаменелостям. Это единственный в своем роде.

«Это будет культовое событие», — говорит Кэрон. «Это самая необычная окаменелость, которую я когда-либо находил».

В течение многих лет Кэрон подозревала, что участок Уолкотта может соперничать с другими участками Скалистых гор. Прорыв произошел в 2012 году, недалеко от района под названием Мраморный каньон, где лесной пожар 2003 года спалил деревья. Пересекая лавиноопасный желоб, заполненный битыми каменными плитками, его разведывательная группа оказалась в окружении отпечатков мягкотелых существ, многие из которых имели незнакомые формы. «Было ясно, что никто никогда раньше не ходил по этой груде камней с такой целью», — говорит Боб Гейнс, геохимик из колледжа Помона в Клермонте, штат Калифорния, который с самого начала присоединился к экспедициям Карона.

Они вернулись к раскопкам в 2014 году. Команда пришла к выводу, что по крайней мере одно из пяти животных, которых они обнаружили в Мраморном каньоне, принадлежит к новым для науки видам. Теперь они перешли на другие участки вдоль долины.

Вопрос о том, как кембрийские виды связаны с современными животными, обсуждается с тех пор, как впервые появились окаменелости. Уолкотт классифицировал свои странности по известным группам, отметив, что некоторые окаменелости сланцев Берджесса, такие как плеченогие, сохранились после кембрия или даже в настоящее время. Так, например, он пришел к выводу, что почти все существа, напоминающие современных членистоногих, были ракообразными.

Но позже у палеонтологов появились другие идеи. Стивен Джей Гулд из Гарвардского университета, возможно, лучше всего передал харизму кембрийской жизни в своей книге 1989 года «Чудесная жизнь: сланцы Берджесса и природа истории», в которой он уделил внимание «странным чудесам», раскопанным в карьере Уолкотта размером с городской квартал. Гулд утверждал, что чудаки, такие как метко названная Галлюцигения, червь с ногами и твердыми шипами, кажутся не связанными с более поздними животными. Он поместил необычные формы в их собственные типы и утверждал, что они были забытыми экспериментами эволюции, позже отброшенными случайностями судьбы.

Современные палеонтологи остановились на еще одном способе их понимания. Рассмотрим членистоногих, возможно, самых успешных животных Земли. В генеалогическом древе побеги недавних ветвей, которые заканчиваются живыми членистоногими — пауками, насекомыми, ракообразными, — составляют группу «корона». Но некоторые животные в сланцах Берджесса, вероятно, произошли от более ранних «стволов», которые ответвлялись до появления корончатых членистоногих. У этих ветвей дерева нет выживших потомков, как у бездетного двоюродного дедушки, ухмыляющегося с семейной фотографии. С этой точки зрения, многие из странных чудес Гулда — это организмы стволовой группы, связанные с предками нынешних существ, хотя и не сами предки. Более новые окаменелости из Канадских Скалистых гор помогают поддержать эту точку зрения. Например, в 2015 году Кэрон утверждал, что его образцы галлюцигении имеют признаки, указывающие на то, что животное принадлежит к группе бархатных червей, существ, которые все еще ползают в тропических лесах, плюясь слизью.

Все в семье

Аналогичный анализ ожидает космические корабли. На первый взгляд команда Карона думает, что они представляют собой новый вид или группу радиодонтанов, стволовых членистоногих, которые также включают Аномалокариса, харизматичного хищника кембрийского апекса — пловца с когтями и устрашающей челюстью длиной в полметра. Заполнение ветвей этой группы стволов дает «пошаговое представление о том, как членистоногие строили свое тело» в течение эволюционного времени, говорит палеонтолог Эллисон Дейли из Университета Лозанны в Швейцарии.

На протяжении большей части кембрийской палеонтологии это игра — гонка с высокими ставками, иногда спорная, чтобы найти диагностические части тела на известных или новых окаменелостях, привести аргументы о том, к каким таксономическим группам они принадлежат, и, возможно, пересмотреть эволюционную историю в процессе.

В последние несколько лет палеонтологи подошли к этой проблеме с помощью целого ряда новых методов. К ним относятся сканирующие электронные микроскопы, которые могут различать химический состав образца, а также его изображение, и компьютерная томография (КТ), которая может проникать в окаменелости без соскабливания материала. Эти инструменты также осветили поразительный ряд внутренних особенностей: окаменелые кембрийские мозги. Начиная с 2011 года палеонтолог Сяоя Ма, ныне работающий в Университете Эксетера в Соединенном Королевстве, опубликовал серию работ, в которых прослеживается нервная ткань в исключительно сохранившихся китайских окаменелостях. Эти архитектуры нервной системы предлагают параллельный способ сортировки животных в эволюционные группы, помимо обычных анатомических структур, и другие команды представили свои собственные убедительные образцы.

Например, в окаменелостях креветкоподобного Chengjiangocaris kunmingensis из юго-западного Китая «у нас есть эта структура, которая выглядит почти как жемчужное ожерелье», идущее почти от головы до хвоста, говорит Хавьер Ортега-Эрнандес, начинающий профессор Гарварда. Его команда, возглавляемая Цзе Янгом из Юньнаньского университета в Куньмине, Китай, в 2016 году утверждала, что ожерелье представляет собой нервный шнур, усеянный небольшими скоплениями нейронов, которые сами прорастают крошечными нервными волокнами. У живых членистоногих больше нет этих волокон. Но сегодняшние бархатные черви и приапулидные черви делают это, подразумевая родство между давно исчезнувшими стволовыми членистоногими и этими группами.

Критики утверждают, что палеонтологи, такие как Ма и Ортега-Эрнандес, переоценивают некоторые окаменелости, обнаруживая нервные ткани, которых там нет. Многие из этих структур, говорят критики, могут быть просто «ореолами», биопленками, образующимися, когда микробы разрушают внутренние части, такие как мышцы или кишки, после смерти. Но другие исследователи убеждены в этом. «Если вы посмотрите на наиболее хорошо сохранившиеся нервные системы, нет никаких сомнений», что эти особенности реальны, — говорит Грэм Бадд, палеонтолог из Университета Уппсалы в Швеции и архитектор нынешней концепции ствола и короны.

Смелые утверждения, которые используют анатомию для пересмотра генеалогических древ, порождают аналогичные споры по всей области. Один из аргументов в пользу того, что галлюцигения подходит, например, бархатным червям, зависит от точной формы ее когтей. Но другие команды возражают, что когти не являются диагностикой происхождения.

Неопределенность заставляет палеонтологов постоянно жаждать новых, лучших образцов. «Когда идут дебаты, вы приносите новую окаменелость и говорите: «Смотрите, это та особенность, которую мы видим», — говорит Кэрон, разминаясь в палатке, расположенной высоко над ручьем Токумм. «Без окаменелостей это предположение».

Окаменелости компенсируют дискомфорт: 6 недель в палатках над линией деревьев, отгоняя гризли электрифицированным забором, борясь с жаркими днями, снежными днями и дымом лесных пожаров, подчиняясь вонючему требованию вынести все—все — из национального парка в конце экспедиции.

Это холодное августовское утро, за 1 день до того, как прилетит вертолет, чтобы убрать все человеческие следы. Сегодня последний шанс наткнуться на окаменелость, которая могла бы разгадать тайну — скажем, найти тело, которое принадлежит панцирю материнского корабля.

Команда из девяти человек отправляется в поход из лагеря к своей добыче, поднимаясь по крутым, усеянным камнями склонам. Ребристые окаменелости трилобитов торчат из открытых слоев, но в этой экспедиции они даже не заслуживают второго взгляда. В карьере большинство людей раскалывают камень, в то время как аспиранты Карона помогают куратору ROM Мариам Акрами упаковать самые последние находки в лапше для бассейна. «Это последний день», — говорит Кэрон. «Никаких травм!»

Каждая последующая раскопка в этой долине была нацелена на одну и ту же полосу породы, которая фиксирует один и тот же срез геологического времени. Но каждое раскопание давало новый набор новых видов. Это потому, что условия на древнем морском дне различались, благоприятствуя разным животным. Такая вариация «не шокирует никого, кто когда-либо пристегивал трубку и плавал», — говорит Гейнс. Но эта обширная, широко открытая долина захватывает такое разнообразие в один момент, позволяя увидеть, как были структурированы самые ранние экосистемы животных.

По мере того как каменоломни Карона все больше акцентируют внимание на этом моменте, другие сайты открыли порталы на других этапах кембрия. Почти везде окаменелости сохраняют уровни мягких деталей, которые отсутствуют в образцах из более поздних летописей окаменелостей Земли. В 2012 году Гейнс и его коллеги предложили причину: возможно, уникальные химические условия заполнили кембрийские моря. После того, как мертвые животные осели в грязи на морском дне, низкие уровни сульфатов могли замедлить разложение серолюбивых бактерий, в то время как щелочная химия заключила мертвых животных в слои карбоната, запечатав мягкие ткани внутри.

Например, летом 1984 года палеонтолог Хоу Сянь-гуан из Юньнаньского университета обнаружил членистоногое, блестящее в кембрийском аргиллите, его ноги казались живыми. Он открыл биоту Чэнцзяна, сокровищницу безупречных окаменелостей, которая раскинулась в регионе на юго-западе Китая.

Расположившись в своем карьере на высоте 2500 метров, палеонтологи вскрывают плиты сланца, чтобы обнажить редкие окаменелости внутри.

Немного старше сланца Берджесс — около 518 миллионов лет по сравнению с примерно 507 миллионами лет Берджесса — эти отложения демонстрируют родственных животных в другом стиле сохранения. В отличие от мест Карона, где геологические процессы почти полностью раздавили окаменелости, животные Чэнцзяна все еще сохраняют некоторую глубину. С 2015 года китайские исследователи, в том числе Хоу, извлекли выгоду из этого, используя компьютерную томографию для создания 3D-изображений образцов, не разрушая их. Сегодня три конкурирующие китайские команды, каждая из которых сотрудничает с международными партнерами, соревнуются за то, чтобы извлечь новые открытия с сайта. «Существует абсолютный обвал материала», — говорит Ортега-Эрнандес.

Добавьте к этому такие места, как залив Эму в Австралии, где палеонтологи объявили в 2011 году, что они обнаружили окаменелости радиодонтана, раскрывающие их сложные многогранные глаза; и образование Фезуата в Марокко, о котором палеонтолог Питер Ван Рой из Университета Гента в Бельгии сообщил в 2010 году. Каждый сайт предлагает различные идеи. «Каждое скопление окаменелостей ужасно предвзято, — говорит палеонтолог Ник Баттерфилд из Кембриджского университета в Соединенном Королевстве, — но они ужасно предвзяты по-разному».

Марокканские образцы, например, датируются немного позже кембрия, и они демонстрируют сочетание характерных странностей кембрия и более знакомой фауны, которая доминировала в более поздние периоды. «Мы все еще находимся на этапе распаковки окаменелостей», — говорит Дейли, сотрудник этого исследования. «Это шанс изучить, почему некоторые таксоны вымирают и почему другие способны их заменить».

Хотя животные, останавливающие шоу, продолжают выпадать из слоев, полное значение кембрийского взрыва остается загадкой. Членистоногие, самые разнообразные и распространенные существа, известные с того времени, засоряли экосистемы Кембрия. Судя по окаменелостям, утверждал Дейли в своей статье в мае, кембрий был свидетелем как рождения, так и постепенной диверсификации многих современных групп. Однако другой подход дает другой ответ. Генетики используют инструмент, называемый молекулярными часами, чтобы проследить древо жизни. Начав с генетических различий между живыми животными, которые накапливались в результате случайных мутаций на протяжении тысячелетий, молекулярные часы могут отмотать время назад до точки, где ветви разошлись.

Согласно недавним исследованиям с использованием этого метода, современные животные начали выделяться в свои отдельные типы примерно за 100 миллионов лет до кембрия. Находка подразумевает, что эти группы затем тусовались, незаметные или незамеченные в летописи окаменелостей, прежде чем внезапно выйти на сцену.

У палеонтологов есть загадочный набор подсказок о жизни до взрыва. Задолго до того, как появились странные животные кембрия, еще более чуждый набор океанских организмов оставил отпечатки на осадочных породах, которые сейчас можно увидеть в Намибии и Австралии. Эдиакарцы, как называются эти окаменелости, насмехаются над палеонтологами с той же проблемой интерпретации, что и странные чудеса кембрия. Но они еще более странные. Их отпечатки предполагают, что некоторые выросли во фрактальных узорах; другие имели симметрию из трех частей. К сожалению, у них нет очевидных ртов, кишок или придатков. «Вот куда сейчас идут странные флаги», — говорит Джо Вулф, палеонтолог из Массачусетского технологического института в Кембридже.

Кружевной краб — давно вымершее «стволовое» членистоногое под названием Маррелла спленденс — оказывается в плите.

(ФОТО) ДЖОН ЛЕМАНН; (ОКАМЕНЕЛОСТЬ) КОРОЛЕВСКИЙ МУЗЕЙ ОНТАРИО

Большинство эдиакарцев исчезло еще до кембрийских отложений, возможно, погибнув в результате первого в мире массового вымирания. Но многие исследователи подозревают, что некоторые из них принадлежат древу животной жизни, возможно, как ранние стебли. Один эдиакарец, Кимберелла, похож на животное: улитку или слизняка, которые паслись на морском дне. В августе Строматоверис, похожее на листья кембрийское существо, которое уже считалось животным, было определено как выжившее в Эдиакаре на основе его фрактальных ветвей. Это тоже сделало бы его эдиакарских родственников животными. А в сентябре исследователи объявили, что культовое эдиакарское ископаемое под названием Дикинсония, которое выглядит как разрезанная пополам рождественская ветчина, содержит молекулы липидов, которые напоминают молекулы живых животных.

«Мы наблюдаем начало появления животных в Эдиакаре», — говорит палеобиолог Мэри Дрозер из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Это веселее и увлекательнее, чем просто кембрийский взрыв».

И все же, даже когда эдиакарцы сталкивают кембрийских существ со своего насеста в качестве первых животных, сама кембрийская наука продолжает взрываться. Кэрон и другие продолжают охотиться за ископаемыми признаками, которые могли бы выявить связи между эдиакарскими, кембрийскими и современными группами. Другие исследователи изо всех сил пытаются объяснить, что вызвало взрыв животных форм. Возможно, содержание кислорода в атмосфере резко возросло, что позволило животным вырасти больше, сильнее и активнее. Или эрозия могла сбросить токсичный кальций в океаны, побудив организмы использовать его для создания твердых скелетов.

Или сама биология могла бы указать путь. Такие изобретения, как хищничество, свободное плавание и зарывание в морское дно — все это впервые было замечено в кембрии или незадолго до этого — могли бы превратить спокойную глобальную экологию в соревнование с высокими ставками, стимулируя волны инноваций по вызову и ответу между группами. Взрыв также может ознаменовать момент, когда после миллионов лет спокойного прогресса животные, наконец, накопили рецепты развития для создания частей тела и импровизации на основные темы. Этот генетический инструментарий, утверждает Баттерфилд, «абсолютно, астрономически, непостижимо сложен. Просто потребовалось некоторое время, чтобы понять это». Или, конечно, несколько причин могли сложиться вместе.

После обеденного перерыва палеонтологи вырезают еще несколько плит. Гейнс берет образцы горных пород из каждого слоя своих карьеров, надеясь восстановить химический состав каждой среды. Затем Кэрон делает объявление: «Все кончено, ребята. Больше никаких раскопок.»

На следующий день, последний, команда ROM сворачивает лагерь. В течение нескольких часов вертолет переправляет провисшие сети с окаменелостями к месту сбора у шоссе, совершая примерно 10-минутную поездку снова и снова. Некоторые образцы, такие как космические корабли, будут срочно опубликованы в ближайшие месяцы, теперь, когда их увидели приезжие журналисты. Другие находки будут лежать в ящиках, ожидая новых методов или аспиранта, который задаст правильный вопрос.

Пока команда сбивается в кучу, ожидая полета на вертолете, крошечные, похожие на кроликов млекопитающие, называемые пикасами, кричат с холмов. Каждый полет на вертолете стирает следы человеческого присутствия один за другим, пока не останутся только вырубленные карьеры. Еще больше окаменелостей все еще покоится внутри, зажатые между листами скалы, в ожидании следующего сезона.

https://www.sciencemag.org/news/2018/11/some-earth-s-first-animals-including-mysterious-alien-looking-creature-are-spilling-out

Ссылка на основную публикацию