С тех пор, как по всей Земле жили мягкотелые организмы, прошло более 500 миллионов лет. Загадочные и пока практически непознанные «черновики природы», которая отказалась от такого варианта развития жизни, — они ушли в никуда, а их отсутствия никто не заметил. Было не до этого — биосфера планеты менялась, готовился кембрийский взрыв.
Сохранено в Сибири
Вообще мягкотелые организмы отличались широчайшим ареалом. «Если для того, чтобы посмотреть на пингвина, нужно ехать к Южному полюсу, а на белого медведя — к Северному, то эти существа обитали по всей Земле, — рассказывает заведующий лабораторией палеонтологии и стратиграфии докембрия Института нефтегазовой геологи и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН доктор геолого-минералогических наук Дмитрий Владимирович Гражданкин. — Однако сибирские мягкотелые организмы уникальны — они сохранились в самом необычном типе осадка, в карбонатном иле».
Изюминка этого осадка в том, что он хемогенный, — по сути, карбонат является солью, которая выпадает из морской воды, запечатывая мягкие ткани и фактически образовывая посмертные маски. Впоследствии карбонатный ил превращается в известняк, доломит, мергель — ученые потом раскалывают эти породы по слоям и находят отпечатки, сохранившиеся в первозданном виде. «Таких мест мне известно два — одно у нас, в арктической части Сибири, второе — в Китае, — говорит Дмитрий Гражданкин. — В КНР «месторождение» беднее по причине влажного климата — обнаженность пород очень плохая. У нас же она прекрасная, так как растительности практически нет. Правда, это далеко, холодно, и лето очень короткое — у нас есть буквально полтора-два месяца для проведения полевых работ, но место знаменито на весь мир и привлекает внимание многих исследователей».
«Известняки хорошо колются на плитки, в Китае эти плитки используют для крыш — именно так были сделаны первые находки мягкотелых организмов в КНР. Ученые выкупили у бедного фермера дом, разобрали покрытие по кусочкам, потом стали спрашивать: откуда он брал эти плитки, из какого карьера?» — рассказывает Дмитрий Гражданкин.
Портрет в интерьере
Отпечатки мягкотелых организмов видны на поверхности плиток породы, это ее часть, и их нельзя оттуда извлечь. По словам Дмитрия Гражданкина, в редких случаях сохраняются и мумии: «Когда мы их обнаружили, то сначала очень обрадовались: значит, есть мягкие ткани, и вот сейчас-то мы скажем, что это за существа!». Однако как ни старались ученые, даже в мумиях не удалось увидеть признаки, характерные для животных — ни мышц, ни кишечника.
Как, собственно, изучаются найденные отпечатки? В первую очередь, нужно получить релевантное, во всех подробностях отражающее оригинал изображение. Конечно, можно воспользоваться специальным сканером и, у вас будет вполне красивая картинка. Однако, как отмечает Дмитрий Гражданкин, в этом случае не всегда удается понять, что отразит аппарат, — он мог подцепить и неровности самой породы, и трещинки, и сложное наложение отпечатков. Поэтому палеонтолог рекомендует делать рисунки собственноручно.
«Есть такой оптический прибор, созданный еще в Средние века, называется камера-люцида, — рассказывает ученый. — Он закрепляется на краю стола и снабжен призмой с зеркалом, ее подводят на уровень глаз. Сам отпечаток мы располагаем перед призмой, есть различные линзы, которые позволяют либо уменьшить, либо увеличить объект. Соответственно, с помощью такого приспособления мы видим проекцию отпечатка на листе бумаги — и тщательно обрисовываем. Это очень кропотливая работа! Затем получившийся рисунок переносится на специальную бумагу и обводится тушью».
Всё это делается для того, чтобы зафиксировать абсолютно каждую деталь, даже не видимую невооруженным глазом: источник света располагается под разными углами, и в результате получается общая картина, на которой учтены мельчайшие тонкости. «Когда вы выводите отпечаток в рисунок, то сразу видите: например, есть некое перьевидное тело со стволом, оно прикрепляется к уплощенной «луковице», — комментирует Дмитрий Гражданкин. — Мы же не просто рисуем, мы изучаем! Иногда на один объект уходит около месяца, но мне кажется, когда проводишь длительное время с отпечатком, то узнаешь его досконально».
Растет или ползает?
Для таких мягкотелых организмов было придумано отдельное название — вендобионты, то есть вендская форма жизни, и ученые пока не могут с абсолютной уверенностью ответить: животные это или растения.
«Совершенно точно там можно выделить разные, не родственные существа, — говорит Дмитрий Гражданкин. — Однако вот в чем проблема — мы даже не уверены, есть ли среди них животные. Они не похожи ни на что. Когда эти организмы были впервые обнаружены (в середине прошлого века), исследователи пытались понять, с чем имеют дело. К 1980-м годам накопилось достаточное количество материала, ученые начали его разрабатывать. В 1990-е родилась идея, что мы имеем дело с какими-то экспериментами природы: это не животные, не растения, но какие-то сложные формы жизни. Кстати, когда впервые начали говорить об этой биоте, в ведущих научных журналах стали появляться статьи типа «Инопланетяне среди нас». Они настолько отличались от привычной нам жизни!».
Как же изучать такие формы? Палеонтолог пожимает плечами: «Так же, как мы бы пытались исследовать инопланетян, непредвзято, с максимальной аккуратностью в суждениях». Обычно специалисты знают: вот, например, кость мамонта, — и работают с этими останками по определенному протоколу. Подбираются различные кости, из них складывается скелет, потом по отпечаткам мышц реконструируется мускулатура и так далее.
«Здесь мы иногда даже не знаем, за что взяться, — комментирует Дмитрий Гражданкин. — Поэтому собираем всю информацию, например анализируем их форму, — как она менялась. У нас есть, допустим, и маленькие, и крупные особи. Конечно, можно предположить, что это разные стадии роста, но с такой же вероятностью могут быть и разные виды. Существуют же мелкие мышки и большие крысы, они внешне похожи, особенно, если бы дошли до нас в виде отпечатка. Разброс мнений тут, конечно, огромный! Есть, например, один американский исследователь, который считает: это всё — симбиозы между водорослями и грибами, древнейшие грибоподобные организмы».
Первые существа, которые ученые могут совершенно точно идентифицировать как животных: ракообразное, моллюск, трилобит, — появляются примерно 530 миллионов лет назад. Как говорит палеонтолог, огромный интерес к мягкотелым организмам вполне естественен — понятно, что среди них должны быть примитивные животные, но как их определить, никто не знает. Никакие стандартные признаки — наличие мышц, кишечника, рта, в конце концов, движения! — на отпечатках не проявляются. Судя по всему, вендобионты построены из отсеков, камер, как надувные матрасы, которые имели самую разную форму.
Есть ли жизнь после жизни?
Отдельный вопрос — куда делись все эти многочисленные мягкотелые организмы: вымерли или эволюционировали? «Какие-то из них совершенно точно вымерли, потому что мы видим их в палеонтологической летописи на протяжении довольно длительного отрезка, а потом они исчезают, — комментирует Дмитрий Гражданкин. — Впрочем, есть несколько точек зрения по поводу объяснения этого исчезновения: кто-то считает, что произошла эволюция, другие — что изменились условия сохранности тканей, и остатки до нас просто не дошли. Мы внимательно прорабатываем разные гипотезы, пытаемся понять, так это или нет. Возможно, истина где-то посередине: некоторые из мягкотелых организмов вымерли, другие эволюционировали, третьи перестали сохраняться».
Сам Дмитрий Гражданкин считает, что наиболее возможным был все-таки первый вариант, и приводит несколько доводов. Во-первых, вендобионта своеобразного вида и строения — не единственные мягкотелые организмы в истории жизни на Земле.
Ископаемая летопись дает нам отпечатки медуз или червей, то есть существ с более привычными очертаниями. Из чего следует вывод — условия сохранения мягких тканей не изменились.
Второй довод — экологического характера. «Я пытаюсь реконструировать экосистемы, в которых существовала вендобиота, — поясняет палеонтолог, — и прихожу к выводу, что они были построены совсем по другому принципу, механизм их функционирования отличался от того, при котором мы сейчас обитаем. По сути дела, экология — это экономика природы. Мы изучаем экологию для того, чтобы понять, откуда приходила энергия и поступала первичная продукция, иначе говоря — откуда приходили «деньги», как обитатели того мира их «тратили», и есть ли «прибыль». Только мы используем понятия «первичная продукция», «пищевые цепи», «захоронения органического вещества». Я стараюсь понять, как это было устроено, и вижу — по-другому. Животные так дела не ведут. Как уже упоминалось выше, мягкотелые организмы были распространены глобально, везде. Их ареалом была вся планета — они не боролись за пищевые ресурсы так, как это делают животные, а каким-то образом научились между собой эти «деньги» поровну делить. Еще интересный момент: один из организмов, похожий на листик, — чарния. Самые древние имеют возраст 580 млн лет, самые молодые — 550, что означает: 30 млн лет один вид просуществовал без изменений. Это ненормально, обычно виды эволюционируют в другие за относительно небольшой в геологическом смысле отрезок времени (1-1,5 млн лет). Резюмируя — все данные говорят о том, что вендобионты были распространены глобально, не эволюционировали и жили в других экосистемах. Значит, это были совершенно другие организмы, но какие — мы не знаем, современных их аналогов нет, значит, они вымерли. Анализируя полученную информацию, мы видим, что экономика природы кардинально сменилась как раз 530 млн лет назад, и как раз в это время наши мягкотелые организмы вычеркиваются из ископаемой летописи».
«Отряд не заметил потери бойца…»
Палеонтологи из ИНГГ СО РАН сделали важное открытие, обратив внимание на микроорганизмы, сохраняющиеся в тех же отложениях, что и вендобионты. Ученые выяснили — исчезновение вторых совершенно никак не сказалось на самых чувствительных к изменениям среды первых.
«Вот простой пример, — комментирует Дмитрий Гражданкин. — Если мы выловим всю рыбу, которая питается зоопланктоном, контролирующим численность фитопланктона, то биоценоз нарушится, и это может привести к коллапсу экосистемы. Однако вымирание мягкотелых организмов не повлияло на функционирование окружающего ее мира, он изменился позже, когда на первый план вышли животные и научились охотиться друг на друга».
Дмитрий Гражданкин: «У палеонтологов, которые занимаются этим интервалом времени, есть такая метафора — мы сравниваем интересующий нас период геологической истории с Верденской битвой, одной из самых кровавых во время Первой мировой войны. Когда немцы окружили французов и готовились к сражению, у последних было время резко улучшить свое снаряжение и вырыть сложную систему окопов и укреплений. Французы выиграли эту битву, потому что обзавелись более продвинутыми методами ведения военных действий. Примерно 540-530 млн лет назад произошло практически то же самое: у животных появились скелеты, раковины, и они начали рыться в осадке, фактически изменив ход истории, — благодаря этому трансформировалась вся экосистема, а сами животные начали постепенно эволюционировать».
Палеонтолог отмечает, что если бы мягкотелые организмы были животными или растениями, то их вымирание привело бы к резким изменениям экосистемы. «Возможно, это был некий эксперимент природы — она придумала, как можно создать сложные организмы, но полностью встроить их в экосистему не получилось, потому что оказались забыты кишечник, мышцы, скелет, и всё пришлось делать с чистого листа», — улыбается Дмитрий Гражданкин.
Пороховой заговор
Впрочем, мягкотелые организмы вендского периода массово превратились в ископаемые остатки не по своей воле. Продолжая исторические аналогии, можно вспомнить про Пороховой заговор, когда всё было готово к уничтожению британского парламента и запас взрывчатых веществ ждал того, кто подожжет фитиль. Таким «Гаем Фоксом» выступили животные, как называет их Дмитрий Гражданкин — творцы биосферы. «Конечно, — говорит исследователь, — нам хочется понять, когда возникли первые из них и начали делать свое дело, изменяя мир. И мы нашли их в Арктике».
Дело в том, что, начиная с определенного момента палеонтологический летописи, ученые ИНГГ стали находить участки осадочных пород, где всё перемешано и не наблюдается ровной слоистости, как в более древних образцах. «Мы увидели, что это начинается где-то 550 млн лет назад, — объясняет Дмитрий Гражданкин, — сделали самые разные срезы, и в некоторых нам попались извилистые норы: видно, что организм по ним полз, полз в осадке, перемешивая его. Раз существо двигалось, значит, имело мышцы, а раз были мышцы, то обладало и кровеносной системой, и сердцем, и головой. То есть уже по одному следу мы видим, что это был организм с признаками, которые мы ожидаем увидеть только у животных».
Кроме того, исследователи стали изучать геохимию карбонатного осадка, а он, по сути, является летописью круговорота углерода в биосфере. Оказалось, что появление этих роющих существ совпало с резкими изменениями в углеродном цикле: вспышки биопродуктивности системы, периоды, когда органика массово захоранивалась в осадке. Раньше ничего подобного таким «качелям» не было. «Скорее всего, произошло это потому, что множество активно ползающих в карбонатном иле организмов стало препятствовать захоронению органического вещества и возвращать его обратно в атмосферу, — говорит Дмитрий Гражданкин. — Так что геохимическими методами мы показали: вот он, переломный рубеж в истории нашей планеты. Спустя какое-то время у животных появился скелет, раковины, пошла «гонка вооружений», резко увеличилось разнообразие — и случился кембрийский взрыв. Используя аллегорию с фитилем, стремясь понять, кто поджег этот фитиль и как долго он горел, мы считаем, что это были как раз роющие организмы, обнаруженные в Арктике. Получив возраст разных пород, можем оценить время: взрыв произошел 529 млн лет назад, а 538 млн лет назад уже начались необратимые изменения».
Лаборатория палеонтологии и стратиграфии докембрия ИНГГ СО РАН в последние четыре года ведет свои исследования при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Екатерина Пустолякова
Внешне такой диагностикум будет представлять собой планшет с нанесенным на него слоем антител. В лунки планшета станут добавлять сыворотку крови больного, а затем по цвету окрашивания определять наличие или отсутствие инфекционного агента, вызывающего аспергиллез.
