Загадка кембрийского взрыва

О последних данных, известных об этом далеком периоде, в своей книге «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы» писал известный биолог и популяризатор науки Александр Марков. На самом деле о кембрийском периоде науке сегодня известно очень мало, ведь события, о которых мы будем говорить происходили 542 млн лет назад. О более ранних временах (архейский и протерозойский эоны) науке и вовсе — до недавнего времени было почти ничего не известно. Это и понятно, ведь докембрийские толщи, действительно, кажутся практически мертвыми, в них почти не угадывались следы какой-нибудь жизни. А вот Кембрийский взрыв как раз и характеризуется резким возникновением разнообразнейших форм жизни, которые возникли как будто из ничего. Дарвин в свое время назвал этот период тем фактом, который не укладывается в его теорию постепенных эволюционных изменений.

Дарвин тогда не знал, что в период Кембрийского взрыва многие формы живых организмов просто резко начали обзаводиться твердым минерализованным скелетом. Однако, жизнь в докембрии (криптозое) все-таки была, поэтому его называют периодом «скрытой жизни». Науке сегодня известно — многие из групп животных, которые находят в кембрийских толщах, жили и в криптозое. Просто в большинстве своем это были мягкотелые существа, не имеющие твердого панциря или скелета. Но загадка кембрийского взрыва все равно осталась, просто теперь разговор идет не о том, что сложные формы жизни появились из ниоткуда, а о том, почему очень многие из них вдруг обзавелись минеральным скелетом. «Это могло быть связано с изменениями условий среды. Например, к такому эффекту могло бы привести резкое уменьшение кислотности воды, в результате чего карбонат кальция — самый распространенный у животных скелетообразующий материал — стал хуже растворяться в морской воде и легче выпадать в осадок», — пишет Александр Марков. Но существует и множество других гипотез.

Марков рассказывает о сравнительно недавнем исследовании, которое относится как к событиям, происходившим во времена кембрийского взрыва, так и к сравнительной геномике, и к ранней эволюции животных.

Для того, чтобы у животных появились карбонатные скелеты, недостаточно только того, чтобы среда стала благоприятной. Необходимо иметь и специальные гены и ферменты, с помощью которых живые организмы сумели бы контролировать процесс образования и роста кристаллов карбоната кальция в определенных частях своего тела и в необходимом количестве. Очень важную роль в формировании таких скелетов имеют ферменты карбоангидразы, они ускоряют реакцию превращения растворенного в воде углекислого газа в гидрокарбонат приблизительно в миллион раз. Карбоангидразы вообще очень распространены в животном царстве. Помимо того, что они способствуют формированию скелета, они выполняют и множество других функций. До недавнего времени было неизвестно, когда же именно и в какой последовательности живые организмы обзавелись карбоангидразами. Однако, не так давно австралийские и немецкие специалисты изучили скелетообразующие ферменты у примитивной архаичной губки, живого ископаемого, которое проживает на нашей планете уже больше 200 млн лет — Astrosclera willeyana. На основе этого исследования ученым удалось определить, что все многочисленные и разнообразные карбоангидразы животных происходят от одного белка, который имел последний общий предок всех животных.

««Последний общий предок всех животных», вне всяких сомнений, жил задолго до кембрийской скелетной революции. Получается, что животные изначально были хорошо подготовлены (преадаптированы) к развитию минерального скелета — у них с самого начала были ферменты, способные резко ускорить образование карбоната кальция», — пишет Марков. Вероятно, такие ферменты докембрийские животные с мягким телом использовали не для образования скелета, а для других целей (о том, что карбоангидразы выполняют в организме и другие функции упоминалось выше). Когда же среда стала благоприятствовать биоминерализации, разные животные независимо друг от друга извлекли из этого пользу для себя, формируя с помощью этих ферментов свои скелеты и панцири.