Вымерли на века: чем 2024 год запомнился в палеонтологии?

Более сотни лет спустя своего открытия тираннозавр рекс (Tyrannosaurus rex) остается звездой палеонтологии и «окаменелостью номер один». Ученым не дают покоя все новые подробности жизни динозавра: кожные покровы, метаболизм, поведение и родственные связи. Ему регулярно подыскивают новую родню или даже пытаются ее «создать», разделив вид на части.

Умен как тираннозавр

Недавно палеонтологи вплотную взялись за мозг тираннозавра — для этого с помощью компьютерной томографии изучают внутреннее строение окаменевшего черепа. В том числе слепок мозга, от которого, разумеется, не осталось ничего, кроме формы, которую теперь заполняют горные породы. Так, ученые выяснили, что динозавр имел развитый обонятельный центр мозга — а значит, отличный нюх. Затем они занялись интеллектуальными способностями ти-рекса и, что называется, разошлись во мнениях.

Опубликованная в начале 2024 года статья обстоятельно разбирает ошибки предшествующей, авторы которой приписали T. rex примерно три миллиарда нейронов в переднем мозге (это прежде всего большие полушария) и, как следствие, интеллект как у приматов вроде макаки или бабуина. Похоже, теперь от идеи о интеллектуальном суперхищнике мезозоя придется отказаться.

Новая статья не только доказала, что нейронов в мозге тираннозавра могло быть лишь около двух миллиардов, а прежние оценки ошибочны. Авторы отметили, что нет оснований считать мозг динозавра устроенным так же, как у современных птиц (именно так полагала автор первой статьи). Гораздо более вероятно, что центральная нервная система тираннозавра ближе к той, что имеют современные рептилии, которые не слишком блещут умом (например, крокодилы).

Более того, даже зная точное число нервных клеток, мы не можем приписать животному тот или иной уровень интеллекта. Это доказывают современные врановые или, скажем, дельфины (которые по этой логике должны быть умнее человека). Наконец, палеонтологи также отметили, что при решении подобных сложных вопросов необходим комплексный подход. Нельзя просто взять смелое предположение, перенести знания об одних животных на других и получить сенсационный результат.

Нужно учитывать, какое происхождение имеет исследованная систематическая группа, ее эволюционный путь, уровень обмена веществ (благо сейчас такое становится возможным), индивидуальное развитие организма и так далее.

Так что вопрос об уме тиранозавра, похоже, вернулся в исходную точку. Едва ли он был умен как макака, вероятнее, что по интеллекту он был ближе крокодилу, но утверждать на этот счет мы пока ничего не можем.

Хромосомы из мамонта

Следующая новость связана с мамонтами, которых регулярно находят в вечной мерзлоте Сибири. Строго говоря, это не совсем работа палеонтологов, для которых туши и мумии времен недавних оледенений «слишком молоды» — они не относятся к окаменелостям. Но это несомненный прорыв в биологии и исследованиях древней жизни. А также знаковое событие для мировой науки в целом.

В центре сенсации оказалась самка шерстистого мамонта Mammuthus primigenius, обнаруженная в Якутии в 2018 году. Туша отлично сохранилась благодаря природному «консервированию» в вечной мерзлоте, похожему на технологию изготовления вялено-сушеного мяса. В недавнем прошлом люди даже не брезговали готовить и есть мясо таких мерзлых туш, что красноречиво говорит о сохранности.

Однако возможность извлечь из животного возрастом около 52 тысяч лет целые хромосомы казалось фантастикой. Состояние Того самого мамонта (прозвище находки) таково, что ученые посчитали его хромосомы (их оказалось 28 пар) и даже восстановили их трехмерную форму (конформацию) с помощью недавно созданного метода Hi-C. Удалось описать отдельные петли хроматина из белка и упакованной в него ДНК размеров 50 нанометров.

Как это возможно и почему другие «ледяные мумии» (которых известно множество) в лучшем случае сохранили короткие фрагменты ДНК? Сработал уникальный механизм «остекленения» хромосом: в условиях мерзлоты они приобрели жесткость и неподвижность, благодаря чему их форма не менялась. При этом древние хромосомы не превратились в кристалл. Автор исследования назвал такое состояние «хромостеклом», намекая на обычное оконные стекло, молекулы которого ведут себя примерно также.

Благодаря этому исследователи узнали, насколько активны были отдельные гены шерстистого мамонта, то есть как работал его геном. Напрашивается вывод, что следующим шагом может стать долгожданное «воскрешение» вымершего вида. Пока что это выглядит фантастикой — той самой фантастикой, которой совсем недавно считали изучение «окаменевших хромосом».

Во-о-от такая рыба?

Особой популярностью пользуются самые крупные вымершие существа, особенно если они к тому же хищники. Среди таких гигантских монстров из прошлого долго значился дунклеостей Dunkleosteus terrelli — рыба из палеозойской группы плакодерм, голову и переднюю часть тела которых защищали массивные костные пластины.

Дунклеостей входит в отряд артродир (буквально «членистые шеи»). Уникальное строение скелета делало его «живыми кусачками»: челюсти синхронно отходили друг от друга вверх и вниз, быстро создавая во рту область пониженного давления. Туда устремлялась вода снаружи — вместе с добычей, которую дунклеостей тут же рубил мощными челюстями.

Беда в том, что от него и прочих артродир обычно сохраняются только сами челюсти и мощный «шлем» спереди. Так что о строении остального тела и его размерах палеонтологи могли только гадать, используя аналогию с другими рыбами. Неудивительно, что к внушительной голове дунклеостея они в итоге «пририсовывали» соответствующее крепкое тело длиной около 10 метров.

Однако в последнее время дунклеостей теряет славу одного из первых по-настоящему огромных суперхищников. Недавно ученые показали, что он имел непропорционально большую голову и общий размер от пяти до восьми метров. А в 2024 году палеонтологи использовали новый признак, который очень надежно предсказывает общую длину рыбы, — расстояние от переднего края глаза до заднего конца жаберной крышки. Или до последней жаберной дуги у хрящевых рыб, жабры которых открываются на поверхности тела.

Согласно новой работе, дунклеостей был «всего-то» четырехметровым или даже короче. Выходит, отлично приспособленная к хищничеству голова занимала очень большую часть его тела. Совсем не как у современных и известных вымерших акул.

Тем временем мегалодон (Otodus megalodon) — другая «гроза морей» (только уже кайнозойских), — в этом году тоже изменил имидж. Ранее палеонтологи усомнились, что он был близким родичем большой белой акулы (Carcharodon carcharias) и его облик можно описать, просто масштабировав современного хищника. В противоположность дунклеостею, теперь палеонтологи приписали мегалодону большую длину (как раз-таки 10 метров) и узкое вытянутое тело.

А был ли позвоночник

Порадовали в этом году и находки из раннего кембрия — времен становления животных современных типов. Чего только не находят в кембрийских породах: самых разных членистоногих (в том числе с неожиданными чертами), общих предков непохожих друг на друга современных животных и порой что-то совсем уж загадочное. Нечто, чему трудно подыскать место на древе эволюции.

А вот с предками позвоночных животных — кембрийскими хордовыми, — палеонтологам везет меньше. Сейчас к ним более-менее уверенно относят юньнанозоона, хайкоуихта, метасприггину и некоторых других. Тем ценнее показалась статья, которая вышла летом 2024 года и описала нуучихта (Nuucichthys rhynchocephalus).

Авторы подают его как мягкотелое позвоночное длиной три сантиметра, имевшее торпедообразную форму. Спереди хорошо заметны сближенные крупные глаза, а само тело пересекали многочисленные поперечные блоки мышц. В отличие от других хордовых (включая современников нуучихта), они не имеют косого расположения относительно оси тела.

Также в статье сказано, что животное имело большую голову и плохо плавало, то есть по образу жизни было близко планктону и питалось как фильтратор. Таким перед нами предстало одно из самых ранних позвоночных — предположительно, наш предок.

Однако к этим смелым утверждениям сразу появились большие вопросы. Уж слишком странно устроен нуучихт, а вот его описание вышло не слишком тщательным. Неудивительно, ведь в его основе — единственный экземпляр, который отыскали в музейной коллекции, даже не привязав к конкретному геологическому разрезу и не использовав современные физические методы анализа.

Есть мнение, что отнесение кембрийского животного к позвоночным и тем более хордовым поспешно. Нуучихта вполне можно интерпретировать и как своеобразное раннее членистоногое, например, близкое ракообразным. В этом случае он не имел заявленных в статье жаберных щелей и поперечных блоков мышц (миомеров), как у настоящего хордового существа.

Уже не раз бывало, что подобные спорные находки вскоре меняли свое систематическое положение. Не исключено, что такая участь ждет и нуучихта, — чтобы прояснить вопрос, палеонтологам потребуется отыскать его новые окаменелости и получше изучать единственную имеющуюся.

Дерево-ершик

Палеоботанические исследования обычно остаются в тени статей, посвященных вымершим животным. Но и они иногда преподносят любопытные сюрпризы. Таким стал Sanfordiacaulis densifolia — уникальное «дерево-ершик», которое росло в каменноугольный период.

Восстановить облик древних растений — в частности, слагавших первые леса деревьев, — совсем не просто. Зачастую от них остаются только окаменевшие в подгнившем виде стволы, а ветки и листья сохраняются намного хуже.

В случае нового вида палеонтологам повезло. Пять экземпляров санфордиакаулиса из Канады «законсервировались», поскольку попали в подходящие условия во время землетрясения. Оно вызвало оползень на берегу озера, вместе с которым деревья быстро очутились на дне, в толще осадка и без доступа кислорода.

Ученые подробно описали необычные листья и крону S. densifolia. Это невысокое деревце, — немногим более 2,5 метра, — имело тонкий ствол с раскидистой вершиной, из-за чего сильно напоминает ершик. Крона состояла из более чем 200 очень длинных узких листьев, которые крепились к дереву черешками. Длина каждого превышала два, а то и три метра. Насколько именно они велики — неясно, поскольку концы листьев оказались оторваны. Выходит, санфордиакаулис имел очень плотную и объемную крону, способную поглощать много света.

Такое строение не описано у других растений, включая вымершие, что делает новое дерево уникальным. Видимо, в те времена эволюция активно экспериментировала с жизненными формами деревьев и далеко не все дошли до наших дней.

Авторы пришли к выводу, что S. densifolia был приспособлен к росту в подлеске каменноугольного леса, в тени более высоких деревьев вроде питуса (Pitus sp.) и калликсилона (Callixylon sp.), которые дорастали до 10 и 30 метров соответственно. Это доказывает, что уже самые первые леса Земли имели сложную структуру и состояли из ярусов.

При этом систематическое положение «дерева-ершика» остается неясным: он вполне мог быть как споровым, так и семенным растением. Однако сосредоточенные на верхней части ствола сложные листья намекают на родство с современными древовидными папоротниками.

Болотный суперхищник

За долгую историю жизни суперхищниками — вершинами пищевой цепочки, способными съесть почти любого, — становились самые разные позвоночные животные. Не только рыбы, амфибии, рептилии, млекопитающие и птицы, но и представители вымерших стволовых групп. То есть тех, которые в отличие от кроновых не имеют современных потомков.

Необычным примером стала обнаруженная в Намибии гайазия Gaiasia jennyae. Это примитивное четвероногое (тетрапода), которое имело конечности с пальцами, но при этом не относится к амфибиям или другим современным классам. Оно приходится родственником группе колостеид, — вымерших тетрапод, остатки которых находят главным образом в Северном полушарии.

Между тем гайазия жила далеко на юге, населяя пресные водоемы древнего континента Гондвана в начале пермского периода. Вот только юг этот был отнюдь не теплым: 270 миллионов лет назад Намибия находилась в умеренных широтах Южного полушария. Тогда на Земле продолжалось оледенение, начавшееся в каменноугольном периоде.

Тем более удивительны габариты животного. G. jennyae была размером с крокодила — от 2,5 до четырех метров, один череп достигал в длину 60 сантиметров. Выходит, это один из самых крупных хищников того времени, который к тому же намного больше родственников-колостеид.

Животное имело вытянутое тело, короткие лапки и широкую плоскую морду подковообразной формы. На челюстях имелось множество острых зубов, некоторые даже торчали наружу. По-видимому, гайазия не охотилась на берегу, зато в пределах своего озера или болота могла питаться множеством других рыб и тетрапод. Их остатки обнаружили неподалеку от самого суперхищника.

Ученые полагают, что прохладные водоемы Гондваны стали последним прибежищем тех исчезавших реликтовых четвероногих. Большинство колостеид вымерли за 30 миллионов лет до того, а завоевать теплые края им так и не удалось. В каменноугольный период самыми крупными хищниками там были рыбы, на смену которым в перми пришли амфибии.

«Лицо» двухметровой многоножки

Артоплевра (Arthropleura sp.) была описана еще в XIX веке, и с тех пор она не дает покоя палеонтологам. Эта многоножка заслужила славу самого крупного членистоногого в истории Земли — ее длина достигала 2,5 метра при ширине полметра.

Исполинские размеры обычно небольших многоножек стали возможны благодаря обилию кислорода в воздухе каменноугольного периода. Он задержался в атмосфере из-за того, что огромная масса растительных остатков превратилась в уголь и этот газ не был «потрачен» на их окисление.

Артроплевра попала во множество учебников и других книг, где зачастую нарисована среди гниющих бревен в компании огромных насекомых. Например, меганевры — стрекозы с размахом крыльев 60 сантиметров. На таких изображениях артроплевра как бы стыдливо отворачивается в сторону. Дело в том, что до сих пор ученые не знали, как была устроена голова исполинской многоножки. Однако теперь они вернули ей «лицо».

Осенью вышла статья, описавшая очередную окаменелость Arthropleura sp. из Франции. Палеонтологи использовали компьютерную томографию и детально изучили переднюю часть ее тела, в том числе ротовой аппарат. Оказалось, у артроплевры были глаза на стебельках, — черта, которая совершенно не характерна для современных многоножек.

Долгое время ученые гадали, к каким из современных животных ближе артроплевра. Не то это родственник хищных костянок, не то поедающих мертвую органику кивсяков. Чтобы решить этот вопрос, авторы исследования сравнили артроплевру со множеством ныне живущих многоножек по ряду морфологических признаков.

Они также реконструировали эволюцию этих членистоногих, проведя анализ геномов современных животных. В результате сделан вывод, что гигантская многоножка сочетала в себе признаки обеих современных крупных групп. При этом ее челюсти совершенно не годятся для диеты хищника. Поэтому артроплевра скорее всего поедала остатки растений, которых в каменноугольных лесах было предостаточно.

Кожа по моде палеозоя

Одно из самых богатых и полных местонахождений первых наземных позвоночных находится в штате Оклахома (США). Остаткам живых существ 286-289 миллионов лет, однако они сохранили некоторые мягкие ткани. Это возможно благодаря уникальным условиям пещеры, в которой было много глины, просачивающейся нефти и мало кислорода.

В пещере нашли одних из самых ранних представителей амниот, то есть позвоночных с зародышевыми оболочками. Те сделали их яйца защищенными от высыхания и хорошо приспособленными к наземно-воздушной среде жизни.

Чтобы стать по-настоящему независимыми от водоемов, амниотам также требовалась подходящая кожа. То есть имеющая ороговевший слой и не пропускающая воду. Однако что из себя представляли первые защитные покровы наземных позвоночных?

На вопрос помогли ответить находки из пещеры «палеонтологических сокровищ» в Оклахоме, сделанные в уходящем году. Это остатки кожи древних животных — не просто окаменелости, а слепки и переработанные нефтью «законсервированные» образцы.

Палеонтологи обнаружили кости капторинуса Captorhinus aguti — небольшого животного из числа самых первых, но несомненных рептилий. К костям прилагались остатки той самой кожи, что помогло точно понять, кому она принадлежала.

Вокруг капторинуса обнаружили еще семь отпечатков кожи. Разобраться, от кого они могли остаться, довольно сложно. Возможно, это были животные другого вида или видов, и кожа представляет разные участки их тела. Несомненно одно: они тоже были амниотами, причем строение всех образцов тканей очень похоже.

Все те животные были покрыты чешуями, как и положено рептилиям. Причем чешуйки имели форму многоугольников и не лежали «внахлест» (как у змей или ящериц), а были разделены промежутками равной ширины. Более того, слепок кожи помог узнать ее строение: какими слоями она была образована и какую те имели толщину.

Таким образом, в руки палеонтологам впервые попала кожа самых древних наземных позвоночных в исходном состоянии. Это помогло реконструировать всю ее дальнейшую эволюцию и узнать, как внешние покровы перестраивались у разных групп позвоночных.

Трилобитовы Помпеи

Удивительно, но многие когда-то самые многочисленные и успешные группы животных затем полностью вымирали. Таковы трилобиты — большая группа членистоногих, отдаленных родственников раков, пауков и насекомых.

Трилобиты доминировали в морях сотни миллионов лет, начиная с кембрийского периода. Затем их разнообразие резко упало, а последних трилобитов прикончило величайшее вымирание в истории Земли — пермское.

Зато они оставили после себя по-настоящему бесчисленные окаменелости. Одних только видов этих животных известно более 20 тысяч. Это позволило подробно описать строение и образ жизни трилобитов — вплоть до брачного поведения и даже диеты. Однако в распоряжении палеонтологов почти всегда оказываются только окаменелости их панцирей, которые при жизни были очень твердыми. О строении мягких тканей трилобитов остается только гадать.

Исключение описала новая статья, рассказавшая про обнаруженные в Марокко «Помпеи трилобитов». В кембрийский период там плескалось мелкое море, и нескольким трилобитам — представителям рода Protolenus и Gigoutella mauretanica, — 509 миллионов лет назад в нем крупно не повезло.

Во время извержения вулкана их накрыло пирокластическим потоком — горячей смесью из ядовитых газов, обломков и пепла. Они с большой скоростью катились по морскому дну и накрыли несчастных, превратив их в слепки в застывшей горной породе.

Тела трилобитов сохранились с потрясающей точностью, вплоть до щетинок на поверхности длиной в доли миллиметра. Многие мягкие ткани в них хорошо различимы. По сути, то же самое случилось с жителям древних Помпей в 79 году нашей эры. С той лишь разницей, что жертвы извержения Везувия жили и умерли на суше.

Благодаря «Помпеям трилобитов» мы получили подробную информацию о строении их пищеварительной системы. А некоторые животные имеют на поверхности панциря следы прикрепленных симбионтов — брахиопод.

Прекрасная сохранность помогла различить жабры на верхней части ног трилобитов, доказав участие конечностей в дыхании этих животных. Также у них описан придаток ротового аппарата — губа (labrum), которая помогала им проглатывать пищу. Другие примитивные ранние членистоногие вроде аномалокариса в отличие от трилобитов такого не имели.

Саблезубый котенок

Под конец 2024 год порадовал нас потрясающей находкой. Ученые описали мерзлую мумию детеныша саблезубой кошки гомотерия (Homotherium latidens), которую извлекли из вечной мерзлоты в Якутии — ей 35,5-37 тысяч лет. На момент смерти котенку было всего около трех недель от роду.

Компьютерная томография помогла детально описать внутреннее строение животного. По форме зубов, черепа и скелету в целом его уверенно отнесли к подсемейству саблезубых кошек (Machairodontinae), — это несомненный гомотерий.

Гомотерии — это сестринская для всех современных кошек группа. Их эволюционные пути разошлись более 22 миллионов лет назад. Гомотерии исходно были многочисленными и населяли Евразию, Северную Америку и Африку, однако затем начали исчезать. Последний вид вымер в Северной Америке 10 тысяч лет назад. О причинах догадаться нетрудно: все эти континенты в то время постепенно заселяли древние люди.

Авторы исследования сравнили древнего котенка с современным трехнедельным львенком. Они отметили большие различия в размере глаз, ушей, толщине шеи, длине передних конечностей и окраске (шерсть гомотерия была темно-коричневой).

Кроме того, саблезубый котенок имел большой рот. Авторы назвали это приспособлением к гипертрофированным клыкам, которые у взрослого гомотерия торчали изо рта. Детеныш также имел характерные адаптации к жизни в холодном климате: короткие округлые лапки (видимо, для передвижения по снегу) и маленькие уши — чтобы не отморозить.