Окаменелость возрастом 518 млн лет меняет картину эволюции морских звезд

Фото из открытых источников

Четыре ископаемых из Китая указывают на то, что предок морской звезды обитал на морском дне и имел перистые щупальца для питания, а не нору и жаберные щели. Результаты исследования были опубликованы в журнале Current Biology.

У морской звезды нет головы и передней части тела, только пять щупалец, которые работают одинаково. Желудевый червь, обитающий на морском дне, представляет собой мягкую трубку, которая совсем на это не похожа.

Тем не менее, эти два вида являются близкими родственниками и вместе с морскими ежами входят в одну ветвь генеалогического древа животных. На протяжении десятилетий биологи представляли предка этой группы как червеобразное животное, которое зарывалось в ил и фильтровало пищу через глотку.

В окаменелостях из южного Китая сохранилось еще кое-что. Исследователи обнаружили всего четыре экземпляра, каждый размером примерно с ноготь. Эти окаменелости возрастом 518 миллионов лет имеют перистые конечности, которыми они питались.

Если именно это животное является отправной точкой для развития этой ветви, то изначально возникла форма жизни, основанная на прикреплении к поверхности и питающаяся щупальцами, а тело морской звезды было построено на её основе.

Кайюэ Хэ из Северо-Западного университета в Сиане и его коллеги назвали это животное Yujingia glutenotunica, совместно с исследователями из Китайского университета геологических наук в Пекине и двух немецких музеев.

Длина образцов варьируется от примерно 8,5 до 22 миллиметров. У каждого из них гладкое, изогнутое нижнее тело с темной массой внутри, которую команда интерпретировала как кишечник и расположенные рядом органы.

Джованни Муссини, соавтор из Кембриджского факультета наук о Земле, описал, что мог бы увидеть там дайвер.

«Юджингия была крошечным животным, не более пары сантиметров в высоту. Путешествующему во времени ныряльщику с маской она, вероятно, показалась бы маленьким полипом с венцом из щупалец, но при ближайшем рассмотрении обнаружилось бы двусторонне симметричное тело (как у нас) и перистые щупальца, больше напоминающие современные морские лилии», — рассказал Муссини.

Верхняя часть макушки состоит из двух типов придатков, выполняющих две разные функции. Шесть из них покрыты перьями, каждый из которых несёт ряд небольших боковых ветвей, расположенных попеременно вдоль стержня. Посередине каждого отростка со стороны, обращённой ко рту, проходит бороздка. Остальные представляют собой тонкие, гладкие полоски, расходящиеся ниже.

Вся суть спора в этой бороздке. У морской звезды-пера, ныне живущего родственника морских звезд, такая же структура вдоль щупалец, и она перемещает дрейфующие кусочки пищи ко рту с помощью рядов трубчатых ножек. Его команда отсканировала одну из них, и оказалось, что щупальца у нее похожи.

Муссини не ожидал такого сочетания на животном столь древнем.

«Их сложная структура необычна для кембрийского животного: сочетание чередующихся пиннул и реснитчатой бороздки для транспортировки пищи ко рту неизвестно среди других ранних амбулакрариан, но встречается у современных морских лилий и некоторых крошечных щупальцеобразных червей, называемых птеробранхами», — сказал он.

Группа, к которой относятся морские звезды, морские ежи и желудевые черви, называется Ambulacraria, и окаменелости ее самых ранних представителей встречаются редко.

«Существовала тенденция считать последнего общего предка амбулакрарианцев скорее похожим на червя, живущего в своей норе на морском дне и фильтрующего пищу из воды. Новая окаменелость, напротив, предполагает, что общий предок амбулакрарианцев, возможно, питался щупальцами и был больше похож на морских звезд и их родственников», — сказал Муссини.

Здесь отсутствуют две характерные черты желудевого червя: мясистый рыл на передней части и тело, разделяющееся на три части за макушкой.

Окаменелости были найдены в сланцах Маотяньшань в провинции Юньнань, входящих в состав формации Чэнцзян. Грязь в этих отложениях засыпала животных достаточно быстро, чтобы оставить после себя мягкие ткани, которые обычно разлагаются бесследно.

У каждого экземпляра вокруг темной массы кишечника и органов оставалась светлая пленка, достаточно желеобразная, чтобы дать виду его название.

«Это животное имеет вытянутую, бутылкообразную форму, с щупальцами, расходящимися над округлой нижней частью тела», — сказал Хэ. «Его очертания очень напоминают ритуальную вазу, или юцзинпин, из традиционной китайской культуры, что и послужило источником названия рода Yujingia».

Чтобы определить принадлежность животного к той или иной группе, команда оценила 505 анатомических особенностей 100 ныне живущих и вымерших видов, от червей-желудоедов до щупальцеобразных диковинок кембрийского взрыва.

Затем с помощью статистического метода возможные генеалогические древа были ранжированы по тому, насколько хорошо каждое из них объясняет весь набор данных.

Юджингия оказалась чуть за пределами группы, к которой принадлежат все ныне живущие амбулакрарии, ближе к своему общему предку, чем любой ископаемый организм, описанный ранее, с вероятностью 91%. Это подтвердилось, когда команда исследователей отнесла животное к той или иной генеалогической линии и провела анализ заново.

Амбулакрарии — одна из двух великих ветвей этого мира. Другая — наша: рыбы, птицы, ящерицы и люди.

«Хордовые стали полагаться на движение для поиска пищи, поэтому они упростили свои тела и развили мозг, в то время как представители линии морских звезд оставались относительно привязанными ко дну моря и специализировались на этом образе жизни, основанном на питании частицами», — сказал Муссини.

Согласно этой интерпретации, скелет, пятикратная симметрия и способность отращивать руку появились позже, в дополнение к животному, которое и без того хорошо справлялось со своей задачей.

Четыре экземпляра — это немного, и каждый представляет собой скорее приплюснутую плёнку в скале, чем цельное тело. У трёх из них ветви перекрываются слишком сильно, чтобы их можно было сосчитать, поэтому расположение короны до сих пор остаётся неопределённым.

На некоторых боковых ветвях видны темные, угловатые полосы посередине. Это могут быть небольшие скелетные пластинки, подобные тем, что находятся внутри щупальца морской звезды, или нервы, или полоска волосистой ткани, которая перемещает пищу ко рту. Имеющиеся данные не позволяют различить эти три компонента.

Найденные окаменелости также поднимают более широкие вопросы об эволюции морских звезд и их родственников.

«Но многое еще предстоит узнать – как амбулакрарии утратили сегментированную мускулатуру, обеспечивающую плавание хордовых? Почему некоторые современные родственники морских звезд, например, желудевые черви, в конце концов потеряли свои щупальца?» – сказал Муссини. «Тот факт, что биота Чэнцзяна, после многих десятилетий исследований, продолжает давать новые сведения об эволюции основных групп животных, просто поразителен. Этот участок действительно является неиссякаемым источником информации».

На данный момент самое древнее из имеющихся изображений предка морской звезды — это небольшое животное, прикрепленное ко дну моря. Оно ловило пищу из воды с помощью перистых щупалец.