Многие слышали термин кембрийский взрыв, но не все знают, что же происходило в ту загадочную и бурную эпоху. Об этом рассказывает Александр Марков.
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.
Галлюцигения (Hallucigenia) обитала на дне океанов 505 миллионов лет назад, во времена кембрийского взрыва / ©Dirk Wachsmuth
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.
Astrosclera willeyana / ©Moorea Biocode
««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.
