Пиры мягкотелых в эдиакарских морях
Современники эрниетт – заросли чарний с плавающими медузами в эдиакарском море
Несмотря на то, что от существа по имени Ernietta из глубины веков до нас дошли только не слишком отчетливые отпечатки, ученым удалось с помощью компьютерных моделей узнать, как питалось это загадочное мягкотелое животное, обитавшее на Земле более 540 млн. лет назад
Международная группа ученых работала с окаменелостями из докембрийских отложений в южной Намибии, пытаясь понять, как формировались и функционировали сообщества древней эдиакарской биоты. С помощью гидродинамических моделей ученым удалось узнать, как жили и питались существа по «имени» Ernietta, одни из самых молодых эдиакарских организмов. Эрниетты жили в позднем эдиакарии (около 548–538 млн. лет назад) и встречались еще в начале кембрия. Они были похожи на мешочки, погруженные своей нижней частью в поверхность дна водоема, и как большинство древних мягкотелых были сидячими формами.
Из возможных в существовавших условиях способов питания эрниетты могли практиковать два: либо пассивно всасывать питательные вещества поверхностью тела, либо активно улавливать пищу из воды. В результате расчета обтекания направленными потоками жидкости пространственной модели тела эрниетт, построенной на основе их отпечатков, удалось выяснить, что поток воды закручивался у краев тела и рециркулировал в его внутренней полости, которую, вероятно, можно назвать аналогом «рта». Это говорит о том, что они активно улавливали пищу из воды.
Эрниетты не были одиночными организмами, а обитали группами из 5–15 близко расположенных особей. По-видимому, это было необходимо для успешного пропитания: одинокая особь быстро «съест» находящиеся поблизости от нее питательные вещества и в дальнейшем ей грозит голод. Совсем другая обстановка в «компании сородичей»: участники сообщества «помогали» друг другу, обеспечивая турбулентность потока воды. В результате как вертикального, так и горизонтального перемешивания воды концентрация питательных веществ увеличивалась в зоне непосредственного обитания организмов, а возможные отходы жизнедеятельности, напротив, вымывались из нее.
Из современных морских беспозвоночных подобно эрниеттам ведут себя мидии и устрицы, ведущие свое происхождение из раннего кембрия.
Фото: https://www.flickr.com
Осадочные породы с отпечатками докембрийских многоклеточных могли образовываться на суше
Рис. 1. Тонкозернистый песчаник эдиакарского возраста (Намибия), предположительно эолового происхождения, с отпечатком представителя вендобионтов Rangea schneiderhoehni. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology
Примерно 541 млн лет назад, с начала кембрийского периода, на Земле началось бурное развитие жизни. Судя по ископаемым остаткам, до этого жизнь на планете была куда более скудной. К тому же докембрийские организмы существенно отличались по морфологии от всех представителей более поздней биоты. Однозначно понять по сохранившимся отпечаткам, что это были за организмы, не представляется возможным, но почти все геологи и палеонтологи сходятся в том, что все эти организмы жили только в морской среде. Есть, однако, в научном мире достаточно авторитетный ученый — австралийский палеонтолог и палеопочвовед Грегори Реталлак, который уже много лет доказывает, что часть этих многоклеточных жили на суше еще в докембрии, и были они не животными, а, скорее, растениями. Недавно вышла его очередная статья с новыми аргументами в пользу гипотезы существования наземной биоты в докембрийское время.
Главная геохронологическая граница в истории Земли проходит на рубеже примерно 541 млн лет назад. Все, что было после этого рубежа, относят к фанерозою (переводится с древнегреческого как «явная жизнь»), а все, что было до, — к криптозою («скрытая жизнь») или докембрию. Такое разделение обусловлено тем, что в отложениях, датируемым этим возрастом (и более молодых), появляется много остатков организмов, обладавших минеральным скелетом, членистоногих и хордовых, однозначно опознаваемых моллюсков и иглокожих, а также сложных форм растений. Данный факт внезапного увеличения биоразнообразия в кембрийском периоде, с которого начинается фанерозой, получил в палеонтологии название кембрийского взрыва.
До середины XX столетия считалось, что в докембрии на нашей планете существовали только бактерии и некоторые одноклеточные. Но затем последовали многочисленные находки загадочных многоклеточных бесскелетных организмов в отложениях эдиакарского периода (635–541 млн лет), предшествовавшего кембрию. Большинство из этих организмов резко отличаются от всех ныне известных живых существ. Эдиакарская биота, расцвет которой пришелся на период 565–541 млн лет назад, представлена разнообразными, в основном плоскими, мягкотелыми организмами, отпечатки которых напоминают медуз, червей, «стеганые одеяла», ветви деревьев или перья. Систематическое положение этих существ остается неясным, и для их наименования используется собирательный термин «вендобионты» (от слова «венд» — прежнего названия последнего периода докембрия).
Вокруг вендобионтов не утихают многочисленные споры. Ученые спорят о морфологии и классификации вендобионтов, способах их питания и условиях жизни, обсуждают, когда и почему они исчезли и были ли они связующим звеном между более ранними организмами, представленными в основном бактериями, образовывавшими колонии в виде бактериальных матов (microbial mat), и более поздними кембрийскими организмами. Однако никто не сомневался в том, что это были морские организмы, до тех пор, пока Грегори Реталлак (Gregory Retallack) из Орегонского университета не опубликовал в 2013 году в журнале Nature подробное исследование, в котором он приводит доказательства того, что некоторые виды эдиакарской биоты вели наземный образ жизни и были скорее лишайниками, чем животными. Подробно об этом исследовании рассказано в новости Могли ли эдиакарские ископаемые жить на суше? («Элементы», 01.02.2013).
Выводы ученого основывались на изучении отложений так называемой эдиакарской пачки — комплекса осадочных пород возрастом 580–541 млн лет в Эдиакарских горах на юге Австралии — того самого комплекса, по которому и был назван геохронологический период эдиакарий. В составе эдиакарской пачки Реталлак выделил несколько слоев, которые по всем признакам относятся скорее к палеопочвам, чем к морским отложениям. Небольшой размер и плохая окатанность зерен в них более характерны для осадочных пород, образовавшихся под действием ветра (эоловые отложения), а неоднородная поверхность этих слоев с трещинами усыхания могла скорее возникнуть в условиях пустынь (возможно, пустынь арктического типа). Проведенный изотопный анализ показал высокую обогащенность эдиакарских слоев легкими изотопами кислорода и углерода, что также характерно для наземных отложений. При этом данные слои были насыщены окаменевшими остатками организмов (рис. 1).
Публикация Реталлака 2013 года вызвала бурную дискуссию среди ученых. В журналах Nature и Sedimentology были опубликованы сразу несколько статей, в которых не менее серьезные ученые обвиняли Реталлака в отсутствии литологических доказательств отнесения выделенных слоев к палеопочвам, а также в том, что выводы были сделаны по результатам исследования только одного конкретного комплекса пород.
Грегори Реталлак не сдался и продолжил исследования. За прошедшие пять лет он детально изучил строение эдиакарских осадочных комплексов Южной и Центральной Австралии и Намибии, сравнил их со сходными по условиям образования комплексами пород формации Уасатч (Wasatch) эоценового возраста (шт. Колорадо, США) и формации Мэнсфилд (Mansfield, шт. Индиана, США), а также с современными отложениями долин рек Мурчисон в Западной Австралии и Грин-Ривер в штате Юта (США), дополнил их примерами из других формационных комплексов Австралии и США широкого возрастного диапазона. Результаты исследования опубликованы в журнале Sedimentary Geology.
Рис. 2. Две модели образования тонких прослоев светлого песчаника в породах эдиакарского осадочного комплекса в районе Нилпена (Южная Австралия): А — традиционная модель «морских бактериальных матов»; B — предложенная автором флювиально-эоловая модель образования наземных «бактериальных» палеопочв. Стрелка в середине указывает направление течения времени. Рисунок из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology
В качестве базового объекта своего исследования автор выбрал осадочный комплекс эдиакарской пачки из района Нилпена (хребет Флиндерс, Южная Австралия). Здесь между более толстыми (1–5 см) слоями темных плитчатых песчаников (flagstones) встречаются тонкие (3–10 мм) прослои светлого тонкозернистого песчаника (interflag sandstone laminae — ISL). По характеру осадочного материала и картине чередования слоев ранее считалось, что этот комплекс сформировался в прибрежно-морской зоне, а модель его образования описывалась следующим образом (рис. 2, А): во время шторма приносилось большое количество песчаного материала различной зернистости, который осаждался в прибрежной зоне (storm deposition); затем, во время спокойного периода, поверх спрессованных песчаников на морском дне образовывался тонкий слой бактериального мата, в котором активно развивались организмы-вендобионты. Затем картина повторялась. В итоге образовывался своеобразный «слоеный пирог» (рис. 3).
Рис. 3. Общий вид слоистого комплекса осадочных пород эдиакарской пачки в районе Нилпена (Южная Австралия). Стрелки указывают на местоположение прослоев тонкозернистых светлых песчаников ISL, относимых автором к палеопочвам. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology
Автор предлагает альтернативную флювиально-эоловую модель образования данного комплекса: толстые слои песчаников, по его мнению, имеют флювиальное происхождение (то есть, являются речными или потоковыми отложениями, flood deposition на рис. 2), а тонкие прослои светлых песчаников ISL — это палеопочвы, образовавшиеся путем выветривания речных отложений с добавлением эолового материала (wind deposition). Насыщенные микроорганизмами, эти палеопочвы были, по сути дела, наземными аналогами морских бактериальных матов — «бактериальными почвами» (microbial earth на рис. 2).
Автор приводит доказательства того, что по своему гранулометрическому и геохимическому составу тонкозернистые песчаники ISL существенно отличаются от вмещающих их плитчатых песчаников: они более тонкозернистые и обогащены легкими изотопами углерода и кислорода. Дополнительными признаками наземного происхождения этих песчаников служат: плохая окатанность зерен, что характерно для отложений, образовавшихся на суше под действием ветра и находки гипсовых роз, которые образуются только в наземных аридных условиях, а также следы ветровой эрозии на поверхности их прослоев. Из ископаемых организмов-вендобионтов к песчаникам ISL приурочены прежде всего находки дикинсоний.
Проведя подробное исследование осадочных комплексов с прослоями песчаников типа ISL, образовавшихся в разное время и в разных частях планеты, Грегори Реталлак делает вывод о том, что все они образовались в схожих условиях (имеют флювиально-эоловое происхождение), все обладают сходным строения и все содержат прослои палеопочв (рис. 4), сложенных эоловым (лёссовидным) и аллювиальным материалом алевритовой и песчаной фракций. При этом значительную роль в формировании палеопочв играли живые организмы. Истинные же морские осадочные комплексы таких палеопочвенных прослоев не содержат.
Рис. 4. Детальные разрезы пачек осадочных пород с песчаниками типа ISL: А — эдиакарского возраста (Нилпена, Южная Австралия); В — пенсильванского (позднекаменноугольного) возраста (Хурон, шт. Индиана, США); С — эоценового возраста (Микер, шт. Колорадо, США). 1 — песчаники; 2 — следы ряби; 3 — параллельная слоистость; 4 — эоловые дюноподобные структуры (зибары); 5 — конволютная (запутанно-волнистая) слоистость; 6 — прослои песчаников ISL; 7 — окаменелости вендобионтов; 8 — следы жизнедеятельности организмов; 9 — ископаемые растения; 10 — следы корней. Рисунок из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology
Отсюда автор делает вывод, что условия образования подобных флювиально-эоловых комплексов являются стандартными и были широко распространены в прошлом, а в настоящее время их можно в буквальном смысле наблюдать на намывных насыпях и отмелях. Изучение современных рек показало, что и в наше время действуют те же осадочные процессы, что и в эдиакарии, которые приводят к образованию тех же самых пород со всеми присущими им признаками (рис. 5).
Рис. 5. Современные аналоги условий формирования флювиально-эоловых комплексов. На фото видны темные слои плотных песчаников, сформировавшиеся в периоды разлива реки, и светлые пески — результат эолового выветривания. Фото из обсуждаемой статьи в Sedimentary Geology
Несмотря на неутихающие споры по поводу условий жизни эдиакарских организмов, если допустить правомерность выводов Грегори Реталлака, то придется признать, что жизнь вышла на сушу значительно раньше, чем это было принято считать, — примерно 580 млн лет назад.
Источник: Gregory J. Retallack. Interflag sandstone laminae, a novel sedimentary structure, with implications for Ediacaran paleoenvironments // Sedimentary Geology. 2019. V. 379. P. 60–76. DOI: 10.1016/j.sedgeo.2018.11.003.
Владислав Стрекопытов
http://elementy.ru/novosti_nauki/433413/Osadochnye_porody_s_...
См. так же Подтверждена принадлежность дикинсонии к животному царству
Вы хотите головоломок?
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Андрей Иванцов: "«Оладушки» из докембрия"
Лектор: Иванцов Андрей Юрьевич —
кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник ПИН РАН
Первые крупные многоклеточные могли нормально дышать лишь в термостабильных условиях морских глубин
Существа эдиакарского периода: Bomakellia kelleri, Inaria и Albumares. Реконструкция. (С) Stanton F. Fink
Привычные нам сложноустроенные организмы появились на Земле далеко не сразу: в течение миллиардов лет жизнь на планете была представлена одноклеточными созданиями. Одна из палеонтологических загадок: почему первые многоклеточные организмы возникли и в течение миллионов лет обитали глубоко под водой – там, где было мало света, пищи и кислорода, которого и так в те времена было немного в земной атмосфере. Ученые из Стэнфордского университета (США) выяснили, какие особенности древнего океана сделали его глубины единственно возможной средой обитания этих существ
Специалисты по эволюционной биологии долго не могли объяснить причины так называемого кембрийского взрыва, случившегося около 540 млн лет назад. Тогда на Земле за короткий по историческим меркам период времени неожиданно появилось множество организмов, большинство из которых вполне укладывается в современную систематическую номенклатуру. И лишь когда палеонтологи обнаружили в докембрийских отложениях огромное разнообразие отпечатков и окаменелостей древних многоклеточных существ, недостающее эволюционное звено было найдено.
Сейчас мы знаем, что кембрийскому взрыву предшествовала долгая эволюция многоклеточных в эдиакарском, или вендском геологическом периоде, последним перед кембрием. Хотя есть основания полагать, что сложные организмы существовали и в более раннее время, именно в венде в глубинах океана в большом количестве обитали довольно крупные (достигающие метровых размеров) загадочные мягкотелые существа.
Spriggina floundersi из залежей Эдиакарской возвышенности (Австралия)
На чем был основан такой выбор места обитания? Как известно, для водных холоднокровных организмов, не способных самостоятельно регулировать температуру своего тела, потребность в кислороде повышается при температурах выше или ниже некоего оптимума. При росте температуры тела на 10 ºС скорость обмена веществ повышается примерно в 2–3 раза, что приводит к критическому недостатку кислорода. Если же температура опустится слишком низко, кислород будет проникать в ткани медленнее, чем это необходимо для поддержания жизнедеятельности.
Эксперимент на морских анемонах из класса коралловых полипов, предположительно схожих с древними вендскими организмами, подтвердил, что они нуждаются в большем количестве кислорода за пределами их зоны теплового комфорта. По мнению исследователей, древние многоклеточные венда в первую очередь нуждались в стабильных температурных условиях среды, при которых они могли наиболее эффективно использовать то ограниченное количество кислорода, которое в то время мог обеспечить океан.
Действительно, сегодня в средних широтах на океаническом мелководье среднегодовая температура колеблется больше чем на 10 ºС, зато на глубине более километра – меньше чем на 1 ºС. Кстати, в те времена океан мог быть теплее, чем сейчас, о чем косвенно свидетельствуют современные водные организмы, обитающие вблизи экватора. Они уже близки к верхней планке своего температурного оптимума, за которым начинается гипоксическое (вызванное недостатком кислорода) состояние. При этом ряд других видов прекрасно себя чувствует при низких температурах вблизи холодных полюсов.
К концу венда жизнь все же устремилась ближе к поверхности, о чем свидетельствуют находки в местах, соответствующих мелководным средам обитания той эпохи. К этому времени концентрация кислорода в атмосфере планеты повысилась, что позволило ее кислорододышащим обитателям не только подняться к более теплым поверхностным водам, но и ускорить свой обмен веществ. Появились активные «травоядные хищники», выедающие водорослевые маты; число и разнообразие видов стало расти. Наконец, на эволюционную сцену вышли и организмы, имеющие скелет. Эволюционный процесс приобрел лавинообразное ускорение, что и привело к кембрийскому взрыву разнообразия.
Затерянный мир Дарвина
Всем привет, мы снова включаем нашу машину времени)
Попробуем мысленно перенестись в прошлое Земли на примерно 570-550 млн лет назад во вторую половину Эдиакарскогого периода, за несколько десятков миллионов лет до кембрийской радиации. На Эдиакарском периоде (635-541 млн лет назад) заканчивается почти двухмиллиардолетний протерозойский эон, в течении которого Земля превратилась из бескислородной планеты микробных сообществ в богатую кислородом планету многоклеточных эукариотических организмов.
Но, обо всем по порядку. В 19 веке, когда Дарвин опубликовал свои работы, он считал проблему "кембрийского взрыва" - появление как будто из неоткуда множества ископаемых представителей современных типов животных - одним из самых серьезных аргументов против своей теории. Тогда Дарвин сделал предположение о том, что либо следы древнейшей жизни в докембрийских породах еще не нашли, либо по каким-то причинам эти следы не сохранились. В конечном итоге, подтвердилось первое его предположение. Однако, прежние авторитеты были так сильны, что на протяжении долгого времени единичные находки представителей эдиакарской биоты (или, как их еще называют, вендобионтов) относились к раннему кембрийскому периоду, никто не мог представить, что такие организмы могли появиться еще раньше. И только в 1957 году с открытием знаменитой чарнии в Чарнвудском лесу в Англии предположение Дарвина получило блестящее подтверждение.
По всей видимости, чарния вела прикрепленный образ жизни. Некоторые из найденных экземпляров достигали почти двух метров
Сходились и расходились континенты, ушли в прошлое катастрофические кислородные изменения атмосферы и океана, отступили и растаяли ледники, несколько раз подряд сковывавшие почти всю поверхность планеты. Если бы мы оказались тогда на Земле, перед нами предстал бы удивительный мир, населенный очень странными живыми организмами.
Большинство из этих, условно говоря, животных (хотя непонятно, к какому типу они вообще относились) не похожи ни на одного из представителей известной нам флоры и фауны. Это было первое массовое появление в палеонтологической летописи многоклеточной жизни, и эта жизнь кажется очень странной, словно инопланетной. Например, большая часть эдиакарских существ обладает странного рода симметрией, сейчас почти не встречающейся. Это так называемая симметрия скользящего отражения, когда одни сегменты животного как бы сдвинуты относительно центральной оси и располагаются как бы в шахматном порядке. Так же существовало много форм с фрактальной симметрией тела, когда один и тот же сегмент бесконечно повторялся в разных соотношениях.
Дикинсония, Вендия, Сприггина - все имеют симметрию скользящего отражения
Континенты, в начале эдиакарского периода сгруппировавшиеся у южного полюса и сошедшиеся в один новый суперконтинент Паннотия, со временем стали вновь расходиться. Снова на планете образовалось несколько внутренних морей с богатым стоком осадков, благоприятных для сохранения в палеонтологической летописи даже мягкотелых организмов.
фрактофузус - существо с фрактальной симметрией тела, что подчеркивается его названием
Эоандромеда получила свое название за спиральный узор, напоминающий галактику. Возможно она является предком современных гребнивиков
трибрахидиум - необычное существо с трехлучевой симметрией
Эволюция на Земле шла своим чередом, цианобактерии и их потомки - разного рода водоросли - продолжали обогащать планету кислородом. Но теперь они были не единственными терроформирователями, в будущем переустройстве планеты им помогали, по-видимому, мелкие планктонные фильтраторы. Они удаляли и перерабатывали органическую взвесь, тем самым очищая большие толщи воды, куда проникало все больше солнечного света и растворялось больше кислорода. Морское дно стало более твердым, начали образовываться новые экологические ниши, а кислород, перейдя определенный порог в атмосфере и гидросфере, сделал выгодным "изобретение" активного движения, использование мышц и возникновение скелета. Все это послужило предпосылкой для будущей новой грандиозной эры в истории Земли, а проект вендобионтов стал своего рода черновиком эволюции многоклеточной жизни.