VIVOS VOCO: А.Ю. Журавлев, "Скелетный докембрий"

Скелетный докембрий

А.Ю. Журавлев
Андрей Юрьевич Журавлев, доктор биологических наук, главный редактор издательства “Бук Хаус”.

Докембрием (буквально - “предшествующим кембрийскому периоду”) традиционно, но не вполне официально, принято называть интервал существования Земли примерно между 3.9 млрд лет и 543 млн лет назад. Первая временная веха установлена по наличию древнейших сохранившихся до наших дней горных пород (и, как предполагается, изотопных следов жизни в них), вторая - по массовому распространению скелетных организмов. Под скелетами в данном случае подразумеваются исключительно минерализованные (в основном известковые, кремневые, фосфатные) остатки животных в виде раковин, зубов, спикул (игловидных биогенных кристалликов) и склеритов (элементов чешуеподобных покровов) или водорослей в виде обызвествленных талломов, причем минерализованных под контролем организма. Из последнего уточнения следует, что наряду с генетически положенными скелетными элементами могут появляться различные минеральные отложения, обусловленные изменениями в химизме среды, например, бактериальные корки - строматолиты - или отложения солей в суставах.

Обе посылки, взятые вместе, указывают на отсутствие в докембрии организмов с минерализованным скелетом или на их исключительную редкость. Впрочем, еще в середине 20-го столетия считалось, что в докембрии вообще не было никого кроме бактерий, образовывавших строматолиты и, возможно, некоторых одноклеточных организмов. Тех геологов и палеонтологов, которые упрямо продолжали поиски более продвинутой жизни в унылых нагромождениях докембрийских отложений, за глаза, а нередко и в глаза называли сумасшедшими. (Кстати, из этого следует свой вывод: науку двигают именно те, кого научные массы признают не вполне адекватными этим массам, не вписывающимися в сложившиеся научные коллективы. В настоящую пору реформирования научных учреждений, охватившую все страны, которые считают себя развитыми, такие внеколлективные ученые просто лишены возможности выжить.)

К середине 80-х годов прошлого столетия странные, совершенно непохожие ни на что существовавшее даже в кембрийском периоде, докембрийские бесскелетные организмы были обнаружены практически повсеместно, за исключением Антарктиды, где вообще искать что-либо ископаемое не слишком просто. Эта фауна, получившая название эдиакарской (от Эдиакарских холмов в Южной Австралии, где она впервые была обнаружена), или вендской (по названию вендского периода, завершающего докембрий), жила в морях Земли относительно недолго: появилась около 580 млн лет назад и исчезла 545 млн лет назад, накануне наступления кембрийского периода. Ныне время существования этой фауны получило официальное название “эдиакарский период” [1]. Он охватывает интервал от 635 до 543 млн лет назад и завершает докембрий. В конце 80-х - начале 90-х годов в Китае отыскалась более древняя биота, существовавшая примерно 600 и 740 млн лет назад, также бесскелетная, но весьма отличная от типичной венд-эдиакарской [2, 3]. С тех пор аналоги обеих биот найдены и в других регионах, в том числе отечественными палеонтологами в России и Монголии.

Находились в докембрии, а именно в вендской его части, и скелетные остатки. В 1972 г. южноафриканский геолог Герард Гермс описал из Намибии сантиметровые известковые трубочки, названные в честь американского пионера докембрийской палеонтологии Престона Клауда клаудинами [4]. Открытие клаудин, причем встречавшихся во множестве, не особенно повлияло на пересмотр существовавших представлений о бесскелетной докембрийской жизни. Во-первых, в то время еще не знали, где в Намибии, нынешней Мекке палеонтологов, заканчиваются докембрийские и начинаются кембрийские отложения. Во-вторых, нет правил без… Кроме того, единственным аналогом клаудин были раннекембрийские крибрициаты (в переводе с греческого - “гребенчатые кубки”). Их сантиметровые скелетики действительно походили на замысловатые витые изогнутые кубочки с продольным выступом по выпуклому краю [5]. Крибрициаты, как и большинство раннекембрийских скелетных организмов, отличались от всех существ, живших в последующие 500 млн лет, и потому считались отдельным типом животных. Тут напрашивается небольшое нелирическое отступление: на ископаемом материале - в подавляющем большинстве на кембрийском и докембрийском - установлено около 40 типов животных. Сделано это в основном в 80-е годы минувшего века и не от хорошей жизни, а от нехватки морфологических признаков, на которых можно строить более-менее правдоподобные гипотезы о систематической принадлежности ряда давно вымерших организмов. Практически ни один из ископаемых типов не прижился в научной литературе, кроме, конечно, исторических обзоров. В ряде случаев все-таки удалось докопаться до истины (благодаря морфо-функциональному анализу и изучению редких ныне групп беспозвоночных), остальные ископаемые “типы” ожидают новых идей и находок, которые продолжают поступать, особенно из докембрийских толщ.

К началу 90-х годов прошлого века клаудин стали находить повсеместно, а точнее, любые известковые трубочки из вендских карбонатов относили к клаудинам [6]. Встречались они исключительно в пограничных докембрийско-кембрийских слоях, и потому лишь усиливали мнение о бесскелетности докембрия.

Поперечное сечение трубки Cloudina.
Диаметр 2 мм. Возраст ~550 млн лет. Здесь и далее фото автора

Срез известняка со скелетами донных животных.
Максимальный диаметр 5 мм. Возраст ~550 млн лет.

В середине 90-х годов военно-политические столкновения в Намибии практически прекратились, и в эту южноафриканскую страну потянулись многочисленные отряды геологов и палеонтологов. Ведь именно на окраине пустыни Намиб некогда были обнаружены одни из первых представителей венд-эдиакарской фауны. Прекрасная пустынная обнаженность геологических отложений, обилие ископаемых организмов, сочетание карбонатных, терригенных и вулканических слоев - все это благоприятствовало постановке и решению самых насущных задач докембрийской геологии. Совокупность изотопных, радиометрических и палеонтологических методов позволила надежно увязать докембрийские толщи Намибии с разрезами других регионов, где обнажались подобные толщи (Аравийский п-ов, Восточная Сибирь, Южный Китай, Южная Австралия, Канада), и, таким образом, выстроить глобальный событийный ряд для одного из важнейших в истории Земли рубежей. Попутно выяснилось, что по крайней мере морские бассейны, располагавшиеся в конце докембрия на территории нынешней пустыни Намиб, были густо населены не только мягкотелой венд-эдиакарской биотой, но и разнообразными скелетными организмами. Модульные кораллоподобные существа возводили там древнейшие в мире рифы, перехватив ведущую роль докембрийских рифостроителей у бактерий [7]. Аэрофотосъемка выявила довольно внушительные масштабы докембрийского рифостроения [8]. В свое время они возвышались над дном, где накапливались терригенные осадки (пески и глины), населенные типичными венд-эдиакарскими организмами. Именно в рифовую экосистему входили и клаудины, а также другие скелетные существа - намакалатусы (от Намибии и греч. kalatus - сосуд с узким основанием) [9].

Здесь самое время познакомиться с обликом этих существ. Клаудины имеют вид членистой трубки, состоящий из вложенных друг в друга воронок, причем вложенных без особого порядка, эксцентрично, так, что наружная стенка каждой последующей воронки одним из краев соприкасается с внутренней стенкой предыдущей. Понятно, что такой скелет был довольно примитивен и нарастал периодически. Иногда трубочка раздваивается - значит, существо образовывало небольшие колонии за счет продольного деления. Среди современных животных так строят скелеты некоторые кораллы и многощетинковые кольчатые черви. Состав скелета несомненно был кальцитовый, но с высоким содержанием магния, поскольку на его поверхности в результате посмертных преобразований нарастали мельчайшие кристаллики доломита (минерал, представляющий собой карбонат магния), сам скелет около них растворялся. В процессе переотложения и они могли выпасть, оставляя посреди лунки отверстие, которое затем округлялось. Обнаружение подобных дырок послужило основанием для вывода о существовании в докембрии хищников-сверлильщиков и очень далеко идущих построений на тему “хищник - двигатель прогресса”, споро появившихся во всех центральных научных журналах [10, 11]. Однако неповрежденные дырки отличаются правильной квадратной формой, а подобная геометрия противопоказана каким-либо сверлильщикам. (Разве что пришельцы как всегда постарались и из своего дополнительного измерения накрутили в докембрийских скелетах четырехугольных отверстий. Недаром же в Америке шибко умных кличут сквейахедами - квадратноголовыми.)

Понять, как был устроен намакалатус, оказалось еще сложнее. Даже внешний вид скелета этого микроскопического существа восстанавливали несколько лет. Благо, как раз появились компьютерные программы, позволявшие создавать объемные реконструкции по серии ультратонких шлифов (субмиллиметровых срезов камня). Получилось нечто напоминающее светильник в стиле хай-тек: на тончайшей полой ножке высился полый восьмигранник с правильным округлым отверстием в центре каждой грани [9]. Что это? Представитель древней группы раковинных амеб или каких-то других простейших? Боюсь, что этого мы никогда не узнаем.

Пока еще не названная скелетная трубка еще неизвестного животного из Кантабрийских гор.
Длина 3 мм. Возраст ~550 млн лет. Испания.

Как выяснилось, намакалатусы были спутниками клаудин во всех других докембрийских морях, где имелись известковые грунты [12]. Просто раньше все скелетные остатки, находимые в докембрии, называли клаудинами. Впрочем, при столь сложной морфологии обломки их скелетов немудрено было перепутать. Убедившись, что случаи сонахождения подобных остатков - скорее правило, чем исключение, мы с испанскими палеонтологами из Университета Сарагосы Эладио Линьяном и Хосе Антонио Гамесом-Винтанедом отправились весной 2006 г. по местным докембрийским карбонатным разрезам, где ранее находили клаудин или даже совсем ничего не искали. Удивительно, что практически все эти карбонаты оказались ракушняками, т.е. были битком набиты разнообразными известковыми (ныне нередко посмертно фосфатизированными) скелетиками. Объединяет эти находки только то, что все они не превышают в длину 10 мм, а в поперечнике - 5 мм. Во всем остальном они совершенно непохожи друг на друга. Попались среди них и уже знакомые намакалатусы, но в основном это оказались совершенно новые формы. Здешние скелеты отличались еще большей изощренностью конструкции: трубки с пупырями на поверхности; цепочки из полых “мешочков”, каждый из которых отделен от последующего оторочкой в виде “зонтика”; грозди “реторт” с торчащими в разные стороны носиками, причем почему-то “запаянными”. Даже для описания этого зоопарка понадобится не один год.

Скелетный ракушняк из рифовых обломков в Кантабрийских горах.
Возраст ~550 млн лет.

А ведь весь испанский карбонатный докембрий по площади не превышает небольшой якутский улус, а в Якутии и других регионах Восточной Сибири таких “улусов” не счесть. Еще в 60-м году советские палеонтологи Александр Григорьевич Вологдин и Андрей Борисович Маслов описали из докембрийских карбонатов, обнажающихся в месте слияния рек Юдома и Мая, странные, довольно крупные (несколько сантиметров в диаметре) известковые диски с концентрическим и решетчатым орнаментом на поверхности. Эти диски, названные маяйеллой и суворовеллой, палеонтологи сравнивали с обызвествленными водорослями [13]. Коллекция, к сожалению, где-то затерялась, остались лишь фотографии. Не столь далеко от этих мест присутствуют и вездесущие клаудины. Дальнейшее изучение подобных обнажений несомненно обогатит наши представления о древнем мире новыми доселе невиданными существами.

Легенды о “бесскелетной” “мягкотелой” фауне докембрия останутся лишь в истории палеонтологической науки, а нам придется вновь пересматривать представления о том, что произошло на Земле в конце докембрийской эпохи, а главное - как все это случилось? Как бы то ни было, отпадают наиболее модные ныне гипотезы о существенных изменениях ионного состава морских вод или резких температурных колебаниях, влияющих на парциальное давление газов и, следовательно, опять же на ионный состав вод, на этом рубеже. Но если полностью отринуть эти предположения, в качестве первопричины минерализации скелета остаются сами организмы, взявшие под контроль формирование минералов в собственном теле. Только для чего? Чтобы защититься от хищников? Однако “следы сверления” в их раковинах таковыми, скорее всего, не являются. Впрочем, скелет - это не только защита, но и опора. На собственном каменном пьедестале проще приподняться над другими или хотя бы над дном. Именно так складывается трехмерная рифовая экосистема, где организмы приспосабливаются каждый к своему потоку, отличающемуся (в зависимости от дистанции от дна) скоростью и турбулентностью, а значит, и плотностью и размерностью переносимых им пищевых частиц. Неплохой толчок для дальнейшей диверсификации (роста разнообразия), что и произошло позднее - в кембрийском периоде.

Конечно это далеко не единственное и тем более не исчерпывающее объяснение событий 600-500-миллионнолетней давности. Но кто знает, удастся ли что-либо еще выяснить?

Литература

1. Knoll A.H., Walter M.R., Narbonne G.M., Christie-Blick N. // Lethaia. 2006. V.39. P.13-30.

2. Xiao Shu-hai, Yuan Xun-lai, Knoll A.H. // Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 2000. V.97. P.13684-13689.

3. Sun Wei-guo. // Precambrian Res. 1986. V.31. P.409-410.

4. Germs G.J.B. // Am. J. Sci. 1972. V.272. P.752-761.

5. Debrenne F., Kruse P.D., Zhuravlev A.Yu. Treatise on Invertebrate Paleontology. Pt. E: Porifera. V. III: Archaeocyatha. Boulder, Colorado, 2007.

6. Grant S.W.F. // Am. J. Sci. 1990. V.290-A. P.261-294.

7. Wood R.A., Grotzinger J.P., Dickson J.A.D. // Science. 2002. V.296. P.2383-2386.

8. Grotzinger J.P., Adams E.W., Schreder S. // Geol. Mag. 2005. V.142. P.499-517.

9. Grotzinger J.P., Watters W.A., Knoll A.H. // Paleobiology. 2000. V.26. P.334-359.

10. Bengtson S., Yue Zhao. // Science. 1992. V.257. P.367-369.

11. Hua Hong, Pratt B.R., Zhang Lu-yi. // Palaios. 2003. V.18. P.454-459.

12. Amthor J.E., Grotzinger J.P., Schreder S. et al. // Geology. 2003. V.31. P.431-434.

13. Вологдин А.Г., Маслов А.Б. // Докл. АН СССР. 1960. Т.134. С.691-693.