Ископаемые следы раскрывают, когда и как первые животные начали воспринимать мир

Фото из открытых источников

Более 540 миллионов лет назад на дне эдиакарского моря произошли необратимые изменения. Животные начали видеть. Вернее, они начали чувствовать, потому что зрение в том виде, в каком мы его понимаем сегодня, вероятно, появилось позже, но порог, который переступили эти примитивные существа, был тем же: впервые в истории жизни живое существо смогло получать информацию из окружающей среды, обрабатывать её и двигаться к цели. Не случайно, а целенаправленно.

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, этот процесс воссоздан с помощью необычной методологии. Вместо анализа окаменелых тел — которых практически не сохранилось с тех пор, поскольку эти животные были мягкими и плохо сохранялись — исследователи Зекун Ван и Тяньюнь Ши изучили следы, оставленные этими животными на отложениях. По сути, их следы. И в этих следах они обнаружили то, о чем сами тела никогда не смогли бы рассказать: как они двигались и, следовательно, насколько хорошо могли видеть.

Ван, руководитель исследований из Музея естественной истории в Лондоне, объясняет это ясно: впервые животные получили способность понимать мир. Они могли использовать свои развивающиеся органы чувств, чтобы объединять информацию и точно определять местоположение ресурсов, к которым хотели двигаться. Эта фраза может показаться простой. Но она описывает один из важнейших эволюционных скачков последних 600 миллионов лет.

В исследовании анализируются 231 окаменелый след со всего мира, охватывающие период около 20 миллионов лет, от 546 до 526 миллионов лет назад, как раз на стыке эдиакарского и кембрийского периодов. Логика метода проста, но эффективна: животное с ограниченными сенсорными способностями передвигается случайным образом. Оно не может обнаружить ресурсы на расстоянии, поэтому бродит, пока не наткнется на них. Поэтому его следы длинные и хаотичные, без какой-либо узнаваемой закономерности.

Животное с более развитыми органами чувств поступает иначе. Оно обнаруживает что-то — микробный слой, укрытие, возможно, сородича (особь, принадлежащую к тому же виду, что и другая) — и меняет направление движения в его сторону. Его пути изгибаются, пересекаются, образуют петли. Разница между одним следом и другим — это разница между слепой ходьбой и ориентированием.

До 546 миллионов лет назад почти все следы соответствовали первому типу. Модели, использованные исследователями, предполагают, что эти существа едва могли различать то, что находилось на расстоянии менее сантиметра от них. Шесть миллионов лет спустя произошли значительные изменения: некоторые виды стали прокладывать более прямые пути к скоплениям органического вещества.

Предполагаемый радиус восприятия составлял около десяти сантиметров. К началу кембрийского периода, примерно 526 миллионов лет назад, этот радиус увеличился до пятнадцати сантиметров, что примерно в двенадцать раз превышало ширину тела животного. В масштабах, сопоставимых с человеческими, это эквивалентно восприятию всего, что находится в радиусе четырех метров вокруг вас.

Наиболее поразительный скачок произошел около 540 миллионов лет назад, непосредственно перед кембрийским взрывом. Ван и Ши предполагают, что это внезапное увеличение сенсорных способностей могло быть связано с появлением рудиментарной формы зрения, способности различать свет.

Речь идёт не обязательно о глазах в том виде, в каком мы их знаем, а о структурах, достаточно чувствительных, чтобы отличать свет от темноты или воспринимать движение тени. Этого было бы достаточно, чтобы полностью изменить ситуацию: животное, воспринимающее свет, может ориентироваться гораздо эффективнее, чем то, которое обнаруживает только химические градиенты на коротких расстояниях.

Исследователь отмечает, что по мере расширения диапазона сенсорных ощущений животные смогли более систематически использовать ресурсы и колонизировать новые участки морского дна. И этот же процесс породил эволюционное давление: более сложное морское дно требовало более способных животных с более развитыми конечностями и более острыми органами чувств. Эта обратная связь, по мнению Вана, заложила основы для мира, в котором мы живем сегодня, где доминируют животные.

На протяжении десятилетий стандартная версия происхождения животной жизни фокусировалась на так называемом кембрийском взрыве — двадцатимиллионном интервале между 539 и 519 миллионами лет назад, когда большинство основных групп животных внезапно появились в палеонтологической летописи. Картина была почти кинематографичной: сложная жизнь, возникшая из ничего в геологический миг.

Более поздние исследования уточнили эту точку зрения. Кембрийский период не был спонтанным явлением, а кульминацией процесса, который продолжался миллионы лет, начиная с конца эдиакарского периода, то есть периода между 635 и 539 миллионами лет назад. За это время жизнь эволюционировала от скоплений минимально специализированных клеток до узнаваемых форм тела.

Следы, изученные Вангом в более ранних работах, уже показали, как в период от 550 до 540 миллионов лет назад появились новые морфологические формы и новые способы передвижения: существа, которые когда-то передвигались как амебы, стали передвигаться как мечехвосты, улитки и черви.

Это последнее исследование выводит данное направление на новый уровень. В нем рассматривается не только их внешний вид и манера передвижения, но и то, насколько хорошо они воспринимали окружающий мир.

Ван признает, что в исследовании анализируется только один тип поведения — поиск ресурсов — для оценки сенсорных возможностей. Существуют и другие модели передвижения, которые могли бы дополнить информацию: следование вдоль границ субстрата, избегание опасных зон, реагирование на градиенты температуры или солености.

Следующим шагом станет расширение модели для выявления подобных поведенческих особенностей в следах и изучение того, что они говорят о возможностях этих видов. По его словам, это может дать еще более глубокое понимание того, на что способны эти животные.

Как уже ясно показывает исследование, кембрийский взрыв не был моментом, когда животные начали воспринимать мир. Это был момент, когда это восприятие уже совершенствовалось на протяжении миллионов лет, накапливая небольшие улучшения, которые в совокупности преобразили жизнь на планете.