Китайские ученые связали становление древнейших многоклеточных с концом глобальных оледенений

Doushantuophyton cometa — один из видов водорослей, обнаруженных в слоях формации Ланьтянь; дихотомически ветвящийся относительно крупный таллом демонстрирует сложность организмов, уже существовавших 632 млн лет назад. Длина масштабной линейки 5 мм. Фото из обсуждаемой статьи Ги Нарбонна в Nature

Китайские ученые подробно описали разнообразную макробиоту докембрия из Южного Китая. Обнаруженные ископаемые не похожи ни на один известный организм ни среди вымерших, ни среди современных представителей. Ученые определили также возраст слоев с этими ископаемыми — 632–576 млн лет. Это одна из древнейших биот (если не самая древняя) с многоклеточными организмами. Нижние границы возраста совпадают с концом одного из глобальных протерозойских оледенений — Мариноанским оледенением (Marinoan glaciation). Если возраст находок определен корректно, то получается, что сложные многоклеточные организмы возникали не один раз, а несколько, и их появление так или иначе увязывается с окончанием великих ледниковых эпох.

Китайские палеонтологи, при поддержке государства и геологических служб страны, открывают всё новых удивительных ископаемых и всё новые уникальные местонахождения. Эта успешная поисковая деятельность бросает вызов распространенной фразе, внутренне пассивной, которой ученые зачастую заканчивают свои статьи: «для точного (или полного, или содержательного, или...) ответа необходимы новые данные». Эти новые данные есть, и их поставщик — энтузиазм китайских ученых и их умение организовать работу.

Новые данные из китайских местонахождений держат ученых всего мира в напряженном ожидании, заставляют помнить о слабых и сильных сторонах предположений, быть готовыми принять новые факты, изменив в соответствии с ними старые гипотезы, проверив подоспевшими новыми фактами собственные теории.

Это короткое философское вступление служит не столько одой китайскому энтузиазму, сколько прелюдией к осмыслению фактов, представленных в журнале Nature специалистами из Нанкинского института геологии и палеонтологии и Северо-Западного университета в Сиане. Они описали богатую флору многоклеточных организмов, предположительно водорослей, докембрийского возраста, найденную в районе Ланьтянь (Lantian).

Так выглядят ископаемые остатки из Ланьтяня. Видно, что их много и они разнообразны. Беспорядочно ориентированные отпечатки свидетельствуют об отсутствии придонного течения, их ровная поверхность без складок — об отсутствии волнового перемешивания. Длина масштабной линейки 1 см. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье Xunlai Yuan, et al в Nature

Ланьтяньская биота представлена ~15 разными формами водорослей, которые исследователи не смогли приписать ни к одному известному классу. Зато новые формы (некоторые были описаны и раньше) по формальным морфологическим признакам поделили на 5 типов. Первый тип представляет собой пучки ленточек, соединенных внизу в короткий конический «стебель», который прикрепляется ко дну расширенной утолщенной подошвой. Второй тип похож на первый, но отличается строением «кроны». Она выглядит не как ряд расходящихся ленточек, а как одна целая лента с расширенным краем. Возможно, этот тип представляет ростки или ювенильные талломы водорослей первого типа, хотя исследователи отметили, что переходных форм между этими двумя они не нашли.

Слева — современная бурая водоросль постельсия Postelsia palmaeformis (фото с сайта sanctuarysimon.org); справа — отпечатки с морфологией первого типа из формации Ланьтянь, длина масштабной линейки 3 мм (фото из обсуждаемой статьи Xunlai Yuan, et al. в Nature). План строения древнейших макроводорослей и современных довольно схож

Третий тип — это расходящиеся от подошвы нити, которые в верхней части срастаются и образуют пирамидоподобную крышку; вокруг каркаса из нитей, по-видимому, была органическая оболочка, которая видна на отпечатках как темные пятна органического материала с микрофиламентами, прикрепленными к каркасу. Четвертый тип включает длинные узкие лентовидные отпечатки, в которых, как и у третьего типа, выделяется осевой каркас. Но здесь он узкий, а окружающая оболочка с микрофиламентами шире. В отличие от третьего типа хорошо различим короткий плотный стебель. Пятый тип водорослей не имеет прикрепительной подошвы, зато его относительно длинный узкий стебель несет, как и у четвертого типа, плотный осевой каркас, окруженный широкой оболочкой.

Пока ученым не известны аналогичные водоросли. В принципе, два первых типа внешне напоминают некоторые современные водоросли (например, см. на верхней картинке Postelsia palmaeformis), зато три других типа не похожи ни на какие другие водоросли — ни на древние, ни на современные. Даже более того, их можно интерпретировать как остатки многоклеточных двусторонне симметричных животных, представив их чем-то вроде хоботка червеподобного животного или как кишечнополостных с заполненным пищеварительным каналом. Но так или иначе, перед нами богатая флора (фауна и флора?) сложных многоклеточных организмов, существовавших в докембрийскую эпоху. Это означает, что крайне важно определить геологический возраст этих находок, а также экологическую обстановку, в которой они жили.

Китайские палеонтологи определили, что слои, в которых найдена флора Ланьтянь, имеют возраст не старше 632 и не моложе 576 ± 14 млн лет. До этого самые древние остатки сложной и развитой биоты многоклеточных, называемой эдиакарской биотой (см. обзор в статье в Science), были известны из личных местонахождений, и их возраст оценивался в 579–560 млн лет. Таким образом, ланьтяньские макроостатки могут оспорить у эдиакарских звание древнейших. При этом у эдиакарских представителей остается не так уж много шансов на победу; все шансы укладываются в ошибку определения верхней границы возраста китайских отложений.

Сравнивая новые китайские находки с известными эдиакарскими, ученые отмечают, во-первых, разницу их морфологии, во-вторых, различия в экологических обстановках их захоронения. Эдиакарские организмы представляли так называемые рангеоморфы — организмы (животные? растения?), похожие на перья.

Здесь же дихотомически ветвящиеся или лентовидные талломы с другими типами роста. Большинство эдиакарских ископаемых сформировались в глубоководных бескислородных условиях, китайские — в мелководной фотической зоне. Вероятно из-за разницы в условиях среди них ни одного общего не то что типа, а даже царства.

Биота Ланьтяня заключена в слоях черных сланцев, которые геологи интерпретируют как отложения бескислородных обстановок. Но если это водоросли, то кислород должен быть... Или черные сланцы могли формироваться и в условиях с относительно высоким содержанием кислорода... Или признаки, указывающие на прижизненность захоронения и на отсутствие активного транспорта отмерших частей (см. первую картинку статьи), можно истолковать иначе... Или это были глубоководные обстановки, но тогда перед нами вовсе не водоросли... Но тогда кто? Или что?..

Китайские ученые предположили, что обстановки захоронения были мелководными, с низким содержанием кислорода, но локальные участки, населенные водорослями, могли быть мелкомасштабными «оазисами» с кислородом. Если это так, то 630–570 млн лет назад кислорода было еще мало, а это, в принципе, противоречит общепринятой точке зрения. Ясно, что эта версия лишь предварительная, она еще должна устроить геохимиков, и в дальнейшем она будет обсуждаться. Но это как раз тот самый вопрос, который возникает при обнаружении новой информации: как новые факты можно согласовать с уже имеющимися фактами и теориями.

Теперь относительно интерпретации возраста. Самая низкая оценка возраста этих отложений — 632 млн лет, и она не так уже маловероятна. Если принять ее, то эта биота возникла немногим позже окончания Мариноанского оледенения 635 млн лет назад (см.: Определено время глобального оледенения в неопротерозое, «Элементы», 11.03.2010).

Упомянутая выше древнейшая эдиакарская фауна из Канады, Австралии, Ньюфаундленда появилась после следующего оледенения — Гаскиерского (Gaskiers glaciation), случившегося 582 млн лет назад. Нельзя не вспомнить по этому поводу недавно обнаруженную проблематичную африканскую макробиоту с возрастом 2,1 млрд лет, которая появилась сразу после очередного оледенения, а потом вымерла (см.: Многоклеточные организмы, возможно, появились свыше 2 млрд лет назад, «Элементы», 12.07.2010).

Итак, если принимается самая низкая оценка возраста ланьтяньской макробиоты, то получается, что после каждого (кроме Стертовского, Sturtian) оледенения возникала новая макробиота, а потом благополучно вымирала.

Вот так оледенения! Исследователи древнейших фаун просто обязаны будут включить глобальные оледенения в модели эволюции многоклеточных.

Эволюционистам ничего другого не останется, как всерьез изучить возможность многократного возникновения сложных многоклеточных организмов. Если только... если только верен возраст слоев с ланьтяньской биотой. Так что в данном случае все глобальные выводы упираются в надежность интерпретации возраста слоев. Подтвердив их, китайские специалисты заставят исследователей всего мира критично пересмотреть свои теории относительно становления многоклеточных.

Источники:

1) Xunlai Yuan, Zhe Chen, Shuhai Xiao, Chuanming Zhou, Hong Hua. An early Ediacaran assemblage of macroscopic and morphologically differentiated eukaryote // Nature. 2011. V. 470. P. 390–393.
2) Guy M. Narbonne. Evolutionary biology: When life got big // Nature. 2011. V. 470. P. 339–340.

Елена Наймарк