Эксперименты 600-миллионолетней давности
|
Ученые из Университетов Индианы (Indiana University, США) и Бристоля (University of Bristol, Англия) экспериментально подтвердили возможность сохранения ископаемых яиц и эмбрионов животных, подобных тем, что были найдены недавно в породах возрастом 580 млн лет. Это самые ранние остатки многоклеточных животных, известные палеонтологам. В нормальных условиях яйца и эмбрионы должны бесследно растворяться под разрушительным действием бактерий и кислорода. Однако ученым удалось подобрать такие условия, при которых форма яиц и эмбрионов сохранялась долгое время, как раз такое, чтобы у природы оставался шанс превратить их в настоящую окаменелость.
Как, когда и почему произошли многоклеточные животные — эта интригующая загадка волнует ученых не меньше, чем вопрос о происхождении человека от обезьяны. Более того, проблема происхождения человека с научной точки зрения находится в куда более выигрышном положении, чем тайна происхождения многоклеточных: ведь на роль предков человека у ученых хотя бы имеются более или менее подходящие кандидатуры. А для многоклеточных животных таковых нет.
|
Для палеонтологов многоклеточные животные «вдруг» объявились около 540 млн лет назад (начало кембрийского периода). В породах этого возраста начинают встречаться разнообразные и многочисленные ископаемые остатки многоклеточных животных со скелетом (ракушки, панцири, иглы). Известны и более древние (560-565 млн лет), но столь же многообразные мягкотелые животные, сохранившиеся в виде отпечатков. Но ведь не могли же все они возникнуть на пустом месте, у них должны быть более древние прародители! Тем более что, по данным молекулярных биологов, многоклеточные возникли около миллиарда лет назад.
Ошеломительной находкой для всех биологов стало открытие в конце 90-х годов XX века пород с остатками яиц и эмбрионов многоклеточных животных. Возраст пород — 580 млн лет, формация Доушаньтуо (Doushantuo), Южный Китай. В них сохранились зародыши, находящиеся на самых ранних стадиях развития. Это яйцеклетки, успевшие разделиться 2, 3, 4 или 5 раз, то есть шарики из 4, 8, 16 или 32 клеток. Их внешнее сходство с современными ранними эмбрионами многоклеточных поразительно, но настораживают, как всегда, детали. Разнообразие зародышей невелико, они примерно в полтора раза крупнее современных эмбрионов, их клетки порой неодинаковые. Эмбрионы на более поздних стадиях развития, личинки и взрослые животные не найдены. Кроме того, вообще непонятно, как могли сохраняться эмбрионы и яйца. По идее, как только животное умирает, его тут же «съедают» бактерии и собственные ферменты, и если у умершего нет скелета, то от него остаются только углекислый газ и вода. Как же могли сохраниться целенькие яйца, клетки, эмбрионы?
Специалисты из Университетов Индианы и Бристоля Элизабет и Рудольф Рафф, Джеффри Виллински, Рудольф Тернер и Филип Донохью провели эксперименты, показывающие, как могли сохраняться животные без скелета в палеонтологической летописи. Ученые экспериментировали с эмбрионами морских ежей. Двух-, четырех-, восьмиклеточные эмбрионы подвергались обработке солями аммония или простой морской водой. И то и другое быстро убивает эмбрионы. В природе мертвые эмбрионы немедленно разложились бы за счет собственных растворяющих ферментов, но хитрые ученые помещали их в воду, лишенную кислорода и насыщенную сероводородом. Чем не докембрийская лужа с гнилой водой? Такая лужа вполне могла быть последним пристанищем умерших до времени эмбрионов, так как в отложениях вместе с ними найден и пирит — надежный показатель наличия сероводорода и отсутствия кислорода.
Эксперименты показали, что в такой луже эмбрионы не разлагаются до трех недель, сохраняя свою форму. Этого времени вполне достаточно, чтобы началось формирование окаменелости в фосфатных отложениях. При этом важно, чтобы не повредилась внешняя оболочка эмбриона. Внутри нее создается особая микросреда, и в этот надежный бастион не могут проникнуть бактерии. Выяснилось, что сероводород подавляет деятельность растворяющих ферментов внутри клеток, а плотная оболочка эмбриона не пропускает внутрь прожорливые микроорганизмы.
Только в таких условиях и сохранялись эмбрионы морских ежей. Если оболочка яйца разрушается или эмбрион из нее вырастает (это происходит, когда число клеток переваливает за 32), то погибшие эмбрионы подвергаются разлагающему действию бактерий. Именно это, по мнению экспериментаторов, и есть ответ на вопрос, почему обнаружены только ранние эмбрионы животных, а более старших не найдено, равно как личинок и взрослых форм.
|
Полученные результаты позволили ученым поразмышлять и над вопросом, почему древние эмбрионы такие крупные. Внутри яйцевой оболочки одинаково хорошо сохраняются и крупные, и мелкие эмбрионы, однако в древних отложениях обнаружены только крупные. Ученые подозревают, что мелких эмбрионов тогда вовсе не было. Древнейшие животные, по-видимому, откладывали крупные яйца с большими запасами желтка, а организмы с мелкими эмбрионами и с личинкой, самостоятельно добывающей себе пропитание, могли появиться на свете позже.
Источник: Elizabeth C. Raff, Jeffrey T. Villinski, F. Rudolf Turner, Philip C. J. Donoghue, Rudolf A. Raff. Experimental taphonomy shows the feasibility of fossil embryos // PNAS, 2006, vol. 103, № 15, p. 5846-5851.
Елена Наймарк
