Дмитрий Соболев: «Глупо летать с помощью перьев, ходить с помощью ног и смотреть с помощью глаз»

[Naked Science]: Какую биоту можно назвать самой древней? До появления эдиакарской фауны некоторые выделяют, например, хайнаньскую или Дуашаньтоу.

[Дмитрий Соболев]: С древними биотами — сплошное веселье, потому что самые знаменитые фауны — это, конечно, габонионты, так называемая франсвильская биота возрастом 2,1 миллиарда лет. То есть эти организмы появились после первой кислородной катастрофы, в момент, когда, скорее всего, и зародились первые настоящие эукариоты — существа, у которых есть ядро, митохондрии, аппарат Гольджи, цитоскелет и так далее. Они представляют собой небольшие лепешки размером меньше ладони. Есть намеки на ходы в грунте, похожие на ходы червей.

До этого — примерно 2,4 миллиарда лет назад — у нас, как известно, появились кислородные фотосинтетики — цианобактерии современного типа, которые в процессе фотосинтеза научаются вырабатывать собственно кислород. Хотя сам по себе фотосинтез возник еще раньше — примерно одновременно с появлением LUCA – последнего универсального общего предка, 3,6 миллиарда лет назад. Правда, сам по себе цикл фотосинтеза у таких организмов был основан немножко на другом — продуктом фотосинтеза тогда был не кислород.

Зато потом, с появлением цианобактерий, он начал заполнять атмосферу. На тот момент это была катастрофа, в том числе, для самих цианобактерий. Потому что до этого кислорода в атмосфере практически не было: в воде и в воздухе было слишком много активных веществ, которые просто окислялись кислородом и он не успевал накапливаться. Но когда массово окислять уже было нечего, кислород начал копиться в воде, в так называемых кислородных карманах, а в дальнейшем из воды пошел и в атмосферу.

Проблема в том, что франсильванская биота может банально оказаться не палеонтологическим, а геологическим объектом — и это вам уже к седиментологам. Также это могут быть структуры, образовавшиеся, например, вокруг колониальных бактерий — по факту получается тафономический артефакт просто внешне похожий на многоклеточное животное. И даже так называемые биологические маркеры вам в установлении истины не помогут. То же самое — с хайнаньской фауной, которая датируется более 800 миллионами лет назад.

Никто еще не смог достоверно доказать биогенное происхождение биот такой древности. Да и в целом с такими древними артефактами могут быть проблемы — ученый может просто хотеть в них видеть древнюю биоту. Этакая палеонтологическая апофения, помноженная на уверенность в своей правоте.

Несколько лет назад был смешной случай, когда в пещере, вроде бы индийской, нашли отпечаток животного, похожего внешне на дикинсонию — типичного представителя эдиакара, но датировки да и локалитет вообще даже близко не совпадали с этим периодом и известными отложениями тех времен. Ученые были в панике — еще бы: это как знаменитый палеомем с кроликом в кембрийском периоде! Потом оказалось, что это вовсе не дикинсония, а просто гнездо пчел отвалилось от стены, а оставшийся узор обманул исследователя. А ведь был даже очерк в научном журнале. Правда, потом истина восторжествовала.

[NS]: А если смотреть по молекулярным часам?

[ДС]: В принципе, с определенной натяжкой можно сказать, что те же губки могли бы существовать уже 700-900 миллионов лет назад. Но возникает проблема: если мы посмотрим, например, на момент кембрийского взрыва — на молекулярную эволюцию тех же насекомых, то увидим, что изменения, которые по стандартным молекулярным часам обычно идут в течение ста миллионов лет, предки насекомых прошли буквально за 20 миллионов. То есть молекулярные часы ускорились тогда в несколько раз. В общем любую методу нужно применять с осторожностью, и как Гаррус Ваккариан, усиленно калибровать.

Я люблю выражение: вымирание — это праздник. На форуме «Ученые против мифов» у меня даже слайд был с Егором Летовым и отсылкой на его песню «Винтовка — это праздник!». Потому что, когда происходит вымирание, как в случае с кембрийским взрывом и вымиранием эдиакарской биоты, перед организмами оказалась огромная пустая территория и куча потенциальных экологических ниш, куда можно ворваться.

После этого, естественно, происходит активная адаптивная радиация — все начинают устраивать веселенькую конкуренцию за жизненное пространство. У кого зубки покрепче, у кого пятая точка помощнее, кто-то хвостик изобрел, кто-то — метаморфоз, у кого-то вырос панцирь, другие научились активно фильтровать, а третьи вообще в песок зарылись от греха подальше. И через 200 миллионов лет кто-то переселился на сушу — там уже первые сосудистые растения — риниофиты — вылезли еще в конце силура. Опять же, новая и нетронутая экосистема, куда можно рвануть, пока место пустует.

Ну да ладно, в любом случае все древние доэдиакарские биоты максимально спорные. То же касается и фауны Дуашаньтоу, когда одна-единственная группа ученых (китайских, которые в свое время отличились тем, что видели во всех находках революционность, так как нужно было показать, что Китай — впереди планеты всей) разглядела там организм с тремя зародышевыми листками, то есть с эктодермой, мезодермой и выделенной кишкой, с билатеральной симметрией. Другие исследователи соответственно в этой окаменелости ничего не увидели. И это логично, потому что появление мезодермы — это тема сугубо эдиакарская.

[NS]: Как были устроены эдиакарские организмы?

[ДС]: На этот вопрос вам достоверно не ответит никто. Одни считают, что у них внутри была какая-то сосудистая структура, кто-то увидел там внутреннюю «пищеварилку» а-ля плоский червь, кто-то — что пищеварение они имели внешнее, как, например, современные трихоплаксы. Мол, они просто наползали на бактериальный мат, выделяя ферменты нижней частью своей тушки и радостно потом фагоцитируя «ништяки» своим эрзац-пузом.

От эдиакарской биоты у нас, скорее всего, не осталось никакой родни. Здесь я говорю не про все население эдиакара, а как раз про эти чарнии, ёргии, дикинсонии и остальные спригины с поехавшей скользящей «типа-билатеральной» симметрий. Это организмы, которые, что называется, слишком поторопились с выходом в высшую лигу — рванули без подготовки, без морфологических наработок. Я могу стать относительно активным многоклеточным? Технически могу! Условия позволяют? Да прямо благоволят! Ну так что ж мы сидим. Но принцип «птички-обломинго» работал и до начала фанерозоя, так что вместо успешной кражи биочипа у Арасаки, ты получаешь пулю в мозг и поехавшую версию Киану Ривза в твоем сознании.

Так было с тероцефалами в конце перми, так было с орнитозухами в начале триаса, так было со многими млекопитающими, например, мезонихиями, в начале кайнозоя. Все они рванули занимать высшие трофические ниши, но по итогу их подточили снизу те, кто особо не выделывался, но готовился. Это как в Скайриме. Пока ты учишь магию — драугр качается. Пока ты учишь алхимию — драугр качается. И в по итогу ты крутой вроде бы алхимик, но все бандиты уже в даэдрической броне.

И наши червеобразные предки не заморачивались гигантскими размерами и фагоцитозом. Они делали себе хорду, нервную систему посложнее, энцефализировались, развивали органы чувств на голове и не только, задний проход опять же, потому что испражняться через рот — не самая приятная вещь. В общем, особо не выделывались, сидели себе и копались в бактериальных матах, зато потом сделали себе кожно-мускульный мешок, гидростатический скелет из целома, кровеносную систему, метамерное строение.

Потом и эти метамеры начали объединять вместе, усложняя свое строение. Вон у тех же насекомых одна только голова видимо минимум из пяти сегментов состоит. Зачем изобретать что-то новое, если можно создать вменяемый результат на основе уже имеющихся наработок?

[NS]: Как обычно бывает, самые незаметные существа со временем становятся королями планеты…

[ДС]: Да, универсалы.

[NS]: То есть мы исходно произошли от червячков?

[ДС]: Да, в соответствии с концепцией урбилатерии — гипотетического общего предка животных с билатеральной симметрией. У него должен был быть головной конец, возможно, примитивный мозг с окологлоточным кольцом, который сохраняется у первичноротых, например, насекомых. Плюс нужна сегментация — в каждом сегменте своя целомическая полость, свой протонефридий — орган выделения. В принципе урбилатерию можно представить в виде очень короткого дождевого червя. Но стоит заметить, что тут я максимально упрощаю.

[NS]: Как вы думаете, почему все-таки билатеральность победила?

[ДС]: Внятного объяснения этому я нигде не видел, если честно. Так сложилось исторически, как это чаще всего бывает на эволюционном пути. Почему у нас пять пальцев, ведь должно быть восемь, как у ихтиостег и всяких вентастег? Почему мы рождаем живых детенышей, хотя нормальные млекопитающие должны откладывать яйца? Почему у нас зрительные доли расположены в переднем мозгу, а не в среднем? Ведь самое нелепое занятие — летать с помощью перьев, ходить — с помощью ног и смотреть с помощью глаз. Все эти адаптации были изначально предназначены для другого: ноги — чтобы передвигаться по дну, а не ходить, глаза — чтобы фототаксис и циркадные ритмы обеспечивать, а перья — вообще появились как средство термоизоляции, видимо еще у ранних орнитодир. Просто так получилось, но, конечно, всегда есть нюанс…

Вероятнее всего, наши червеобразные предки, рывшие эдиакарскую протопочву, просто вынуждены были сформировать билатеральную симметрию. При таком движении у тебя в любом случае формируется переднее и заднее направление, и соответственно — все органы чувств. При такой разметке тела формирование спинной и брюшной стороны по итогу самоочевидный исход. А если посмотреть на классическую гипотезу гастреи, то вовсе неизбежный.

Эволюция вообще очень ленивая — она никогда не делает суперживотных. Это набор костылей, который работает только сейчас — в данный промежуток времени, а не загодя.
Поэтому, скорее всего, билатеральная симметрия — это самый банальный и простой способ для организации объекта, особенно такого, который предполагает себе жизнь по сути в двухмерном пространстве — ползать по поверхности. Формируется головная часть и анус, а сегменты — вероятно, для того, чтобы эффективнее ползать. Получилось, что ты технически разделяешься на две части. Ведь если у тебя зрительное пятнышко только на одной стороне, то ты можешь видеть, что вокруг светло или наоборот темно. Но если тебе надо понять направление света — куда тебе ползти, то с одним глазом ты это не поймешь, тебе их нужно два, как и два органа равновесия. Причем качественно у многих высших животных двусторонняя симметрия сохраняется не во всем — тем больше у нас пропадает метамерность. У человека, например, метамерность по факту сохраняется только в позвоночнике и ребрах, а органы хитро раскиданы по телу, хоть в эмбриогенезе закладываются все же метамерно. В общем, с каждым днем мы все дальше от бога.

[NS]: Все слышали про кембрийский взрыв, но мало кто знает про взрыв авалонский. Что это такое?

[ДС]: Это момент, когда доказательно, стопроцентно на планете появляется первая многоклеточная эукариотическая фауна. Как и любая ситуация, связанная с взрывной радиацией, причина ее, скорее всего, в окончании периода земли-снежка — криогениевого оледенения, когда открылись огромные территории для эволюционирования. В самом криогении у нас ведь топ эволюции — это губки да амебы, но зато потом…

Учитывая, что в те времена был единый суперконтинент Родиния (который уже разваливался) и снега покрывали сушу с полюсов, может чуть ли и не до экватора (что спорно), то могло быть множество отдельных локальных зон эволюции. Организмы тогда перемещались крайне плохо, поэтому могло формироваться очень много отдельных островков жизни, в которых эволюция происходила по своему собственному сценарию. Потом происходит оттепель и эти островки жизни начинают между собой пересекаться.

Происходит бешеная конкуренция между примитивными эукариотами за экологические ниши. Отсюда и авалонский взрыв — появление эдиакарской биоты. Так всегда работало, так сработало и с кембрием на самом деле. Когда у тебя есть место и условия позволяют, то надо захватывать всю нишу по праву сильного. Даже если ты по факту слизистая лепешка.

[NS]: Если говорить о кембрийском взрыве, то каковы его причины?

[ДС]: Одно из предположений — взрыв произошел во многом из-за того, что билатерально симметричные животные могли себе позволить куда более широкий спектр экологических ниш: они могли стать потребителями бактериальных матов, копаться под ними, ползать, рыть норы или прикрепиться на дно и стать фильтратором или даже худо-бедно поплыть. Просто билатеральная симметрия оказалась достаточно удобной в том плане, что ее можно применить во многих сферах. Хотя иглокожие заимели себе позже пятилучевую симметрию прекрасно, при том, что их предки были билатеральными. Но важно помнить, что это зачастую донные организмы, которые особо не отсвечивают — у них немножко другая экологическая стезя, где быть тормозным морским ежиком в общем-то даже скорее база, чем кринж.

Плюс между билатеральщиками возникает конкуренция сама по себе, которая сейчас нам известна как модель отношений: хищник-жертва. Если раньше организмы просто объедали бактериальные маты и что-то собирали со дна, то потом появилась возможность сделать себе подобие рта и зубов, а еще брони, плавников, хорды и так далее. Как говорится, можем себе позволить. Будем честны — эдиакарская биота пришла просто на готовенькое, на бактериальные маты, которые росли уже миллиарды лет. А первично- и вторичноротые не просто встроились в уже имеющуюся экосистему, но и начали создавать новые.

Например, своей любовью копаться в донных отложениях, они переворошили все, насытив верхние слои грунта питательными веществами и кислородом. Вспомните, как вы перекапываете огород прежде чем садить картошку — никто не садит клубни тупо в глину. То есть наши червеобразные деды сами создали свой мир, а потом обнаружили, что в нем круто жить. Это не означает, что вендобионты типа дикинсоний сразу вымерли — они плохонько, но продолжали существование. Некоторые даже говорят, что дожили они чуть ли не до девона — что, честно говоря, спорно. Хотя история знает множество примеров эффекта Лазаря или даже неуместных по своей морфологии ископаемых. Да вспомните того же туллимонстра.

[NS]: А у медуз тоже билатеральная симметрия?

[ДС]: Нет. Эти товарищи радиально-симметричны, один из самых простых вариантов симметрии, когда по факту для жизни тебе хватает только рта. Книдарии появляются уже среди «садов Эдиакара», то есть в конце неопротерозоя, примерно 580 миллионов лет назад.

Из современных же групп животных самый примитивный — это трихоплакс. Он, видимо, выделяется раньше всех (но это не точно). Потом появляются гребневики — студенистые такие товарищи с мерцающими жгутиками. Примерно тут же отваливаются предки губок. Интересно, что ученые до сих пор не могут договориться, кто же базальнее — губки или все же гребневики. Потом уже выделяются группы книдарий, или стрекающих.

[NS]: Если говорить в рамках эмбриологии, то к какой стадии развития современных животных ближе всего эдиакарская биота?

[ДС]: Скорее всего, что-то на уровне прокачанной бластулы — многоклеточного зародыша, имеющего один слой клеток. Это стадия развития зародыша, сразу после которой появляется бластопор, первичный рот, когда происходит инвагинация клеток во внутреннюю полость и разделение на эктодерму и эндодерму. У многих примитивных эуметазоев даже сохраняется онтогенетическая стадия, являющаяся аналогом человечкой бластулы.

Вероятно, вендобионты имели два слоя клеток, между которыми располагалась соединительная ткань. По крайней мере, у трихоплакса так и есть. То есть когда-то мы были похожи на предков эдиакариев, которые затем пошли разными путями. У наших предков начинает формироваться мезодерма — третий зародышевый листок, а у них — нет, они остались на уровне организации, близком к книдариям и гребневикам. Этакие бластулы на максималках.