Древнейшая родительская забота

Начало кембрийского периода стало одним из важнейших этапов в истории развития жизни на Земле. “Кембрийский взрыв”, означающий внезапное (в геологических терминах, это происходило в течение нескольких миллионов лет) появление более сложных животных с минерализованными скелетами, широко освещался в книгах, популярных произведениях и многочисленных телевизионных документальных фильмах. И не без оснований. Значительный приток животных, представляющий собой первое появление многих известных сегодня типов животных и основных строений тела, включая другие формы, в которых не уверены даже палеонтологи, привел к усложнению экосистем. Океаны изобиловали жизнью; появились первые животные с ногами и даже сложными глазами, каждое из которых сильно отличалось по размеру, форме, экологии и образу жизни и, в конечном счете, развивало новые способы размножения. Это было время больших перемен и экспериментов.

"Он казался всё еще живым на влажной поверхности аргиллита", — записал Хоу Сянь-Гуан в своей полевой записной книжке 1 июля 1984 года, исследуя окаменелость, которую он и его команда нашли в провинции Юньнань на юго-западе Китая. Хотя об окаменелостях в этом районе сообщалось и раньше, цель этой поездки состояла в том, чтобы выяснить их значимость. Это место, известное как местонахождение окаменелостей Чэнцзян, настолько уникально, что в нем сохранились не только твердые части животных, но и впечатляющие детали их мягкого, подвижного тела. Этим животным около 520 миллионов лет, они появились почти в начале кембрия, и представляют собой замечательный снимок жизни того времени.

Среди первых окаменелостей, изученных Сянь-Гуан, были останки членистоногих, которые в Чэнцзяне особенно многочисленны и разнообразны по форме. Наиболее распространенным из них является похожая на креветку Кунмингелла (Kunmingella douvillei), принадлежащая к группе вымерших членистоногих, наиболее близких к ракообразным. Это крошечное, длиной в полсантиметра, членистоногое можно узнать по состоящему из двух частей панцирю "бабочки" - защитной структуре, которая покрывала большую часть его тела и десять пар придатков. Из многих тысяч известных окаменелостей шесть были найдены с ассоциированными яйцами, что помогло пролить свет на репродуктивную стратегию этого миниатюрного членистоногого. Представители этого вида явно размножались половым путем, но они также заботились о своих яйцах, повышая их шансы на выживание.

Было обнаружено от пятидесяти до восьмидесяти яиц размером от 150 до 180 микрометров, прикрепленных к ногам самки Kunmingella. Чтобы представить их крошечный размер в контексте, около шести таких яиц могли бы удобно поместиться на кончике шариковой ручки. То, что яйца прикреплены к ножкам у нескольких экземпляров, показывает, что эта ассоциация не случайна. Скорее всего, этот вид выработал своеобразную технику хранения яиц, и не исключено, что такое поведение могло быть вызвано угрозой хищников. В частности, Кунмингелла является одним из самых маленьких кембрийских членистоногих, и находки копролитов (ископаемые экскременты) показывают, что она была в меню для более крупных животных.

Следовательно, чтобы такой вид выжил в радикально новом мире, заполненном хищниками, он должен был найти способ обеспечить своему потомству наилучший возможный старт в жизни. У большинства видов современных ракообразных оплодотворенные икринки остаются прикрепленными к самкам до тех пор, пока они не вылупятся. Учитывая большое количество окаменелостей Kunmingella, становится ясно, этот вид делал что-то правильно, и вполне вероятно, что это было связано с тем, как яйца хранились и за ними ухаживали.

Эти образцы сохранились в мелкозернистом аргиллите и, как полагают, были быстро погребены, засыпанные илом. Это позволяет предположить, что они были найдены именно там, где погибли, а значит, окаменелости не были перенесены или потревожены, что обеспечило им прекрасную сохранность. Тот же способ сохранения интерпретируется и для другого замечательного членистоногого из Чэнцзяна, которое продемонстрировало захватывающее понимание сложной родительской заботы.

Это креветкоподобное членистоногое, называемое Фуксианхуя (Fuxianhuia protensa), известно по образцам разного размера, охватывающим различные стадии роста, от очень молодых до взрослых старых особей, что дает представление о различиях в онтогенетическом развитии (как животные изменяются с возрастом). Хотя образцы каждой онтогенетической стадии имеют сходное строение тела, а именно, мелкие особи имеют меньше сегментов тела (называемые тергитами), чем более взрослые особи. Это говорит о том, что по мере взросления животного к телу добавлялись дополнительные сегменты (в результате линьки) - процесс, называемый анаморфозом, который встречается у нынешних членистоногих, таких как многоножки. Таким образом, можно определить возраст особи, в дополнение к их размеру и форме, путем подсчета отдельных сегментов.

Одинаковых уникальный экземпляр Fuxianhuia, крупная (8 сантиметров) половозрелая взрослая особь, была найдена рядом с четырьмя очень маленькими (около 1 сантиметра) молодыми особями одинакового размера и возраста, определенные по количеству сегментов тела. Учитывая их ассоциацию и тот факт, что экземпляры были захоронены вместе в одно и то же время, можно предположить, эти четыре особи из одной кладки, а взрослая особь является родителем, заботящимся о своем развивающемся потомстве. Данная стратегия продолжительной родительской заботы может повысить шансы на то, что потомство выживет и, таким образом, продолжит семейную линию.

protensa, известно по образцам разного размера, охватывающим различные стадии роста, от очень молодых до взрослых старых особей, что дает представление о различиях в онтогенетическом развитии (как животные изменяются с возрастом). Хотя образцы каждой онтогенетической стадии имеют сходное строение тела, а именно, мелкие особи имеют меньше сегментов тела (называемые тергитами), чем более взрослые особи. Это говорит о том, что по мере взросления животного к телу добавлялись дополнительные сегменты (в результате линьки) - процесс, называемый анаморфозом, который встречается у нынешних членистоногих, таких как многоножки. Таким образом, можно определить возраст особи, в дополнение к их размеру и форме, путем подсчета отдельных сегментов.

Один уникальный экземпляр Fuxianhuia, крупная (8 сантиметров) половозрелая взрослая особь, была найдена рядом с четырьмя очень маленькими (около 1 сантиметра) молодыми особями одинакового размера и возраста, определенные по количеству сегментов тела. Учитывая их ассоциацию и тот факт, что экземпляры были захоронены вместе в одно и то же время, можно предположить, эти четыре особи из одной кладки, а взрослая особь является родителем, заботящимся о своем развивающемся потомстве. Данная стратегия продолжительной родительской заботы может повысить шансы на то, что потомство выживет и, таким образом, продолжит семейную линию.

Kunmingella и Fuxianhuia - не единственные кембрийские членистоногие, предоставившие такие доказательства. В сентябре 1909 года, исследуя захватывающие дух Канадские Скалистые горы, Чарльз Дулитл Уолкотт обнаружил сланцы Берджесс. Это легендарное место раскопок окаменелостей, широко популяризированное Стивеном Джеем Гулдом в его книге 1989 года "Чудесная жизнь", было первым местом, где были обнаружены исключительные кембрийские окаменелости, детали и разнообразие которых никогда не встречались ранее. Большая часть того, что мы знаем о кембрийской жизни, получена в результате изучения материала из сланцев Берджесс, который немного моложе Чэнцзяна, возрастом около 508 миллионов лет. Уолкотт собрал огромную коллекцию, насчитывающую около 65 000 экземпляров, и назвал несколько новых видов, в том числе Ваптия (Waptia fieldensis) в 1912 году, названную в честь горы Вапта и горы Филд, двух гор, расположенных недалеко от места сбора окаменелостей. Имея поразительное сходство с современными креветками, Waptia обладает длинным хвостом, имеет максимальный размер около 8 сантиметров и известна по нескольким тысячам окаменелостей. Несмотря на то, что впервые он был описан более века назад, лишь недавно, в 2015 году, были раскрыты репродуктивные привычки этого членистоногого.

После тщательного изучения 1845 образцов Ваптии было обнаружено, что у пяти из них внутри спрятаны яйца. Расположенные по обеим сторонам тела, небольшие скопления до двенадцати яиц были обнаружены под панцирем возле головы, что позволяет предположить, у одной самки могло сохраниться до двадцати четырех яиц. Каждое яйцо было относительно крупным, со средним диаметром 2 миллиметра, но, что наиболее примечательно, в них содержались крошечные развивающиеся эмбрионы. Это самое древнейшее прямое свидетельство того, что мать была связана со своими яйцами и эмбрионами.

Ваптия и Кунмингелла существенно различаются не только по размеру и структуре, но и по количеству кладок и размеру яиц, а также по тому, как яйца были прикреплены к матери и как за ними ухаживала мать. Окаменелость Fuxianhuia является самым ранним свидетельством длительной родительской заботы в летописи окаменелостей. Эти три различных способа родительской заботы подчеркивают, как сложные поведенческие стратегии уже сформировались среди видов более полумиллиарда лет назад.