Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Эволюция брюхоногих: вот это поворот!
О связанных с животными из типа моллюски причудах, откровенных курьезах, а также их поразительном разнообразии можно написать остросюжетный роман. Эти мягкотелые (так по-другому называют моллюсков) кажутся удачной иллюстрацией своеобразного почерка великого инженера и художника — эволюции. Naked Science заинтересовался тем, как брюхоногие (самые многочисленные и «самые наземные» моллюски) развернули одну часть собственного тела относительно другой и какое необычное устройство разработали, чтобы сделать свое размножение более эффективным, а самих себя — еще менее понятными для биологов.
Жизнь — это торжество удивительного разнообразия, и источником этого разнообразия является эволюция. Благодаря ее неутомимой работе живая природа способна нас удивить в самый неожиданный момент и самым неожиданным образом.
Это очень удачно сформулировал знаменитый биолог Джон Холдейн, причем применительно к природе в самом широком понимании.
Для этого нетрудно отыскать множество хороших примеров, и один из них — представители удивительного типа беспозвоночных животных, моллюски.
Мягкотелый тип
Учеными описано около полутора миллионов видов животных, населяющих планету Земля. Скорее всего, пока еще неизвестных видов в несколько раз больше. Подавляющее их большинство — беспозвоночные, к которым не относятся только немногочисленные и сравнительно крупные круглоротые, рыбы, амфибии, птицы и млекопитающие (звери). Все эти позвоночные вполне укладываются в единый план строения — имеют универсальную конструкцию, собранную вокруг позвоночника.
А вот беспозвоночных единой и неделимой группой никак не назовешь. Если позвоночных можно сравнить с множеством в целом одинаковых автомобилей (двигатель под капотом, 4 колеса), то беспозвоночные — это более или менее удачные, но совершенно непохожие друг на друга транспортные средства: скейтборды, вертолеты, одноколесные велосипеды и тандемы, коньки, катера и даже тележки рикши…
Беспозвоночные существа возникали независимо и за сотни миллионов лет «разработали» множество типов устройства — с варьирующим расположением рта, кишечника, мозга, полости тела и так далее. Причем что-то из этого в ходе эволюции запросто может исчезнуть, может и добавиться невесть что. Такие типы организации еще и типы в понимании систематики, науки о группах организмов и их родственных связях. Напомним, тип — это самая крупная систематическая группа в царстве Животные. В растительном царстве свои правила и таковой является отдел.
Итак, беспозвоночные — это небывалое разнообразие: от победившего и вездесущего мейнстрима членистоногих (прежде всего насекомых) до некогда процветавших, но вымерших диковинок вроде трилобитов либо живой, но безнадежно нишевой экзотики — внутрипорошицевых, ксенотурбелл и прочих им подобных. Не исключено, что у зоологов и сейчас есть шанс открыть новые типы.
Моллюски — это нечто среднее: в эволюционной гонке их нельзя назвать ни победившими конформистами, ни диковинными неудачниками. С одной стороны, на современной Земле этот тип, вне всякого сомнения, процветает. Его бесчисленные представители стали неотъемлемой частью многих морских, пресноводных и наземных экосистем. К чести этого типа животных стоит отметить, что очень немногие стали паразитами и живут «на всем готовеньком» за чей-то счет.
С другой стороны, эти существа устроены очень своеобразно и совсем не похожи на самых многочисленных и типичных беспозвоночных — насекомых вроде таракана. Или ракообразных, которые образуют отдельную систематическую группу того же типа членистоногих. «Мягкотелые» (так переводится с благородной латыни имя этого типа) не имеют членистых ног, сегментированного строения (не «собраны» из похожих состыкованных друг за другом частей), лишены они и легкой хитиновой брони, фасеточных глаз и так далее.
Что же у них имеется? Есть у них действительно мягкое тело, без сегментов и конечностей в привычном понимании. А у этого мягкого тела — одна (обычно!) мускулистая нога и вырост тела, охватывающий края тела моллюска, — мантия. Мантия занимает большое место в жизни моллюска, а также в нем самом: в образованной мантией складке находятся жабры либо подобие легких, органы обоняния и другие, не поместившиеся внутри тела органы. У многих мантия производит фирменные для этих животных твердые раковины разной формы. «Древняя модернистская» архитектура раковин моллюсков и их асимметричная красота — сюжет для отдельного захватывающего рассказа. Далее в наличии голова — не всегда, но в большинстве случаев.
Нервная система моллюсков устроена довольно просто и чаще всего представлена немногочисленными парными узлами, которых больше вокруг рта. Сложностью поведения они, стало быть, не блещут — предоставив это своим родственникам-интеллектуалам, некоторым головоногим.
Закрученная эволюционная история
Моллюски распространены очень широко и чрезвычайно разнообразны. Считается, что на Земле сейчас проживает 100–200 тысяч мягкотелых видов, из которых большинство — как раз брюхоногие. Есть основания считать, что их родословная — одна из самых древних и берет начало более 550 миллионов лет назад, еще в докембрии, когда между диковинных фрактальных существ (вендобионтов) по толстому слою бактерий пробирался возможный далекий предок мягкотелых — Kimberella sp.
В следующем периоде, кембрийском, когда членистоногие только начинали свою триумфальную эволюцию, по дну уже вовсю ползали несомненные и узнаваемые моллюски с раковиной, в том числе примечательная Yochelcionella sp. с чем-то вроде «выхлопной трубы» сзади.
При этом моллюски любят и умеют отступать от канонического строения, оставляя позади более однообразных в этом отношении членистоногих. Есть среди мягкотелых и реактивные в полном смысле этого слова головоногие (передвигаются, выбрасывая воду при сокращении мантии) и в буквальном смысле потерявшие голову малоподвижные двустворки, которые питаются тем, что фильтруют из окружающей их воды, и более привычные нашему сухопутному взору брюхоногие и, скажем, невзрачные червеобразные ямкохвостые. Разных классов в составе этого типа немало, и многие имеют диковинный вид.
Разные моллюски успешно завоевали все моря и океаны. Здесь их триумф подчеркивают и рекордные размеры — самого крупного беспозвоночного глубоководного кальмара, способного дать отпор даже кашалоту, и двухметровой двустворки тридакны. Однако наша наземно-воздушная среда обитания в полной мере покорилась только брюхоногим. Здесь они достигли большого успеха, расползаясь, перебираясь верхом на других видах, порой даже скользя по пленке на поверхности воды вперед к успеху и более широкому расселению.
Брюхоногие (на латыни Gastropoda ровно это и означает) хорошо знакомы нам в образе улиток и слизней. В прошлом у них — головокружительная история эволюции. Когда-то очень давно один примитивный моллюск, основоположник длинной брюхоногой родословной, вел вполне себе пелагический образ жизни. Иначе говоря, плавал в толще древних морей, подобно современным наутилусам — «живым ископаемым» (стоит отметить: моллюскам все же головоногим).
Но в какой-то момент этому прото-гастроподу понадобилось «залечь на дно», там обосноваться и ползать по своим делам. Его старая конструкция с массивной раковиной стала мешать, скорее всего потому, что задним краем скребла морское дно, а передним завитком давила на голову моллюска. Так или иначе, налицо был эволюционный кризис.
И все же брюхоногие ловко выкрутились из этой ситуации. Каким образом? Тело такого моллюска (не считая тяжелую броню-раковину) разделяется на A) голову и ногу и B) мешок с внутренностям — то, что обычно спрятано в раковине. Маневр, предпринятый брюхоногим-прародителем, состоял во взаимном вращении А относительно B на 180 градусов. Теперь и край раковины, и край мантии оказались у них над головой! Заодно сюда же, к голове, переехал анус (из песни слов не выкинешь). Со всеми вытекающими.
Этот поворот одной половинки моллюска относительно другой имел далеко идущие последствия для его внутренних органов. А именно: конструкция стала очень асимметричной. Из-за этого поворота (его называют торсион, от английского «поворот») ось животного съехала на сторону, а многие внутренности оказались не только смещены, но еще и деформированы. Некоторые из парных органов (жабры или половые железы) теперь сильно отличаются по размеру или даже остаются в единственном экземпляре. Нервная система, исходно представленная кольцом с несколькими крупными узлами-ганглиями, у «совсем повернутых» моллюсков превращена в восьмерку.
Асимметричность и вообще хаотичность конструкции брюхоногого еще больше усиливает раковина, нередко сама по себе закрученная на сторону. Любопытно, что ее собственное «искривление» произошло в ходе эволюции раньше и не зависело от торсиона. Так брюхоногие с тех пор и зажили — скособоченными, но очень приспособленными, продолжая чрезвычайно успешную эволюцию и образуя все новые систематические группы.
Все живое в той или иной степени помнит свою эволюционную историю и воспроизводит ее отдельные эпизоды. Наши моллюски — не исключение. Личинки морских брюхоногих выглядят по-разному, но как правило плавают в толще воды и поначалу имеют «нормальную», двустороннюю симметрию. Однако взросление прибивает их к земле, то есть грунту на дне водоема. То же взросление в какой-то момент заставляет их повторить судьбу родителей и повернуть голову с ногой относительно мешка с внутренностями.
Обычно это постепенный процесс, хотя морские блюдечки (Patella sp.) используют для разворота половинок своего тела огромное «волевое усилие» (а именно спазм специальной мышцы) и, так сказать, взрослеют буквально за пару часов. Именно морские блюдечки с их простой конической раковиной (похожей на китайскую шляпу) представляют класс брюхоногих на первом рисунке выше.
Зоологам известно о торсионе брюхоногих довольно давно. Сто лет тому назад английский зоолог Уильям Гарстанг не просто о нем знал, но и посвятил ему целую «Балладу о Велигере». Велигер — это как раз одна из разновидностей плавающих личинок моллюсков.
Забавно, что среди брюхоногих нашлись ренегаты, которым в этой закрученной истории захотелось «откатиться немного назад». Жить в таком искривленном состоянии иногда может быть довольно некомфортно. Повернуть путь эволюции вспять невозможно, это утверждает отдельный биологический закон Долло. Поэтому моллюском-прототипом эти ренегаты не стали, но если не ход эволюции, так хоть самих себя назад повернули. Впрочем, скорее остановились на полдороге — и теперь комплект их внутренних органов смотрит вбок.
Стрелы брюхоногой любви
С личной жизнью брюхоногих все тоже очень непросто. В отличие от некоторых других моллюсков, эти — гермафродиты, имеющие два комплекта половых органов: мужской и женский. И комплекты эти довольно замысловатые, со множеством органов и желез. Как гермафродитам брюхоногим доступно самооплодотворение.
Разнообразие брюхоногих знакомо нам главным образом по так называемым легочным моллюскам — они-то и освоили сушу, а заодно и пресные водоемы. Легочные действительно развили подобие легких в складке своей мантии, отказавшись при этом от жабр. Именно с этими моллюсками связано еще одно эволюционное ухищрение мягкотелых, на сей раз касающееся размножения. Как и в случае с торсионом, зоологи знали о нем очень давно, но долго не могли толком понять, к чему бы это.
Речь о стрелах любви, или любовных дротиках, на латыни gypsobelum. Стрелы любви представляют собой иглы из карбоната (точнее арагонита) или хитина. Такая стрела обычно одна, хотя некоторые виды все же запаслись сразу двумя. Стрела любви расположена вблизи пениса и прочих половых органов, находящихся в случае моллюсков ближе к голове. Помня вышеизложенное, удивляться такому расположению уже не приходится. При этом гипсобелум не связан с половой системой напрямую и хранится в особой сумке, из которой выстреливает в случае спаривания. Размеры гипсобелума внушительные: до 1 сантиметра, а то и больше. Под микроскопом можно рассмотреть очень сложную и разнообразную структуру стрел любви — здесь каждый вид ухищрялся как мог.
Спаривание этих моллюсков заслуживает отдельного внимания. Нередко это танец, который может длиться несколько часов. В ходе такой интимности один или оба моллюска (напомним: являющихся гермафродитами) выстреливают в своего компаньона тот самый гипсобелум. Здесь нужно привести ряд важных оговорок. Во-первых, если та самая стрела любви у моллюска имеется: на формирование известкового оружия (в случае если оно уже «потрачено») требуется немалое время. Во-вторых, если у моллюска будет соответствующий настрой — ведь спаривание возможно и без стрельбы. Ну и, наконец, последнее по порядку, но не по курьезности: моллюски могут просто промахнуться, не попасть в организм товарища. Либо в организм попасть, но его покровы не пробить.
В случае же романтического и артиллерийского успеха стрела проходит через покровы моллюска и попадает в… это уж как повезет. Никакой особой любовной мишени для любовной стрелы не предусмотрено. Стрела просто остается в теле «жертвы», однако вскоре растворяется безо всякого вреда для потерпевшего.
В чем смысл таких сложностей при спаривании, если оплодотворение происходит независимо и может обойтись без этой артподготовки? Долгое время считали, что стрела из карбоната — это преподнесенный «в подарок» запас минералов. Ведь это карбонат кальция, который используется моллюсками для построения раковины и может перейти подрастающему поколению по наследству. Однако сейчас эта гипотеза потеряла позиции.
Зоологи считают, что такой укол скорее запускает механизм сохранения введенной спермы и оплодотворения. И, таким образом, косвенно влияет на успешность размножения. Этакая «пристройка к половой системе» — для регуляции размножения. Более того, удалось даже выделить особый гормон, регулирующий оплодотворение. Выходит, что гипсобелум служит самым что ни на есть шприцем для инъекции. Не исключено, что это довольно сложное и совершенно курьезное изобретение эволюции помогло брюхоногим завоевать сушу и стать важной частью многих ее экосистем.
Кого из наземных моллюсков мы можем застать за использованием стрел любви? Таковых немало: это и привычные нам улитки, включая виноградную (Helix pomatia) и расписную (Eobania vermiculata), и некоторые слизни, и так называемые полуслизни. Последним поэтическим эпитетом зоологи обозначают таких легочных брюхоногих, которые, в отличие от слизней, имеют известковую раковину. Вот только она очень небольшая и напоминает скорее не домик улитки, а походный рюкзак, и спрятаться в ней полуслизень при всем желании не может.
Итак, брюхоногие моллюски — прекрасная иллюстрация хаотичности и несуразности эволюционного процесса. Их можно сравнить с причудливой ветвью эволюционного древа, при этом ветвью очень развесистой и солидной. Пренебрежение логикой и концептуальностью, как и оптимизацией мелочей, не мешает эволюции быть превосходным инженером и создавать изобретательные, очень жизнеспособные конструкции.
На современном этапе развития биологии, которая то и дело «смотрит на тебя как на последовательность ДНК», важно не забывать посыл эпохи классических натуралистов. Прежде всего о том, что ключ к пониманию феномена жизни — это именно эволюционный процесс, и след, который он оставляет за собой, — неисчерпаемое биоразнообразие.
И здесь по-прежнему непревзойденной остается старая формулировка Феодосия Добржанского: «Все в биологии остается бессмысленным, пока мы не посмотрим на это в свете эволюции».
О том, где скрывается человеческое «я», что такое «знающие нейроны», какие страны наиболее активно развивают нейронауки и о том, почему нам важно признать наличие сознания у животных мы поговорили с одним из самых выдающихся нейробиологов, директором Института перспективных исследований мозга МГУ имени М.В. Ломоносова, академиком Константином Анохиным.
Одни из самых ярких объектов во Вселенной — квазары — представляют собой активные ядра галактик, питаемые центральными сверхмассивными черными дырами. Электромагнитное излучение, испускаемое этими объектами, позволяет астрономам изучать структуру Вселенной на ранних этапах ее развития, однако мощный радиоджет, исходящий от недавно обнаруженного экстремально яркого квазара J1601+3102, ставит под сомнение существующие представления о «космической заре».
Со временем одни воспоминания заменяются другими, но почему люди запоминают именно то, что запоминают? На этот вопрос ответили ученые из США, проанализировав более 100 исследований эпизодической памяти.
О том, где скрывается человеческое «я», что такое «знающие нейроны», какие страны наиболее активно развивают нейронауки и о том, почему нам важно признать наличие сознания у животных мы поговорили с одним из самых выдающихся нейробиологов, директором Института перспективных исследований мозга МГУ имени М.В. Ломоносова, академиком Константином Анохиным.
Борщевик Сосновского, распространение которого грозит экологической катастрофой, ранее практически не имел естественных врагов. Недавно группа ученых из Российской академии наук и МГУ выяснила, что корни борщевика могут повреждать сциариды Bradysia impatiens — мелкие двукрылые насекомые, уничтожающие растения в теплицах.
Одни из самых ярких объектов во Вселенной — квазары — представляют собой активные ядра галактик, питаемые центральными сверхмассивными черными дырами. Электромагнитное излучение, испускаемое этими объектами, позволяет астрономам изучать структуру Вселенной на ранних этапах ее развития, однако мощный радиоджет, исходящий от недавно обнаруженного экстремально яркого квазара J1601+3102, ставит под сомнение существующие представления о «космической заре».
Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.
Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.
Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии