17.01.2017

Ученые разгадали тайну хиолитов — загадочных палеозойских животных

Более 170 лет палеонтологам известны конусовидные арагонитовые раковинки хиолитов. Однако, несмотря на их обилие в ископаемой летописи и долгую историю изучения, о них мало что было известно. Что это за животные, как они жили, чьими родственниками являлись — из-за простого строения и отсутствия следов внутренней анатомии ни на один из этих вопросов не было ответа. Обобщение обширного материала из лагерштеттов, наконец, дало разгадку. Хиолиты оказались родичами брахиопод из группы лофофорат. Детали анатомии позволили восстановить их образ жизни: обладая ветвистым ловчим аппаратом, они сидели, приподнявшись над грунтом, и фильтровали придонную мелочь. Также удалось выявить родственные связи хиолитов с другими современными и вымершими животными.

Публикация раскрывающая природу странных животных, именуемых хиолитами, одновременно любопытна и поучительна. Она, с одной стороны, дает разгадку родственных связей загадочных животных, с другой — показывает извилистый путь научного поиска и открытий.

Хиолиты хорошо известны палеонтологам: это длинные двусторонне-симметричные конусообразные колпачки из кальцийсодержащего минерала, вероятно, арагонита, без особой структуры, иногда на устье колпачка сохраняется небольшая крышечка. На одной из сторон конуса проходит канавка, эту сторону называют брюшной. Хиолиты многочисленны во всех отложениях кембрия и ордовика. Найдены даже целые «мостовые», сложенные ими (например, в кембрийских отложениях Иордании и Якутии). В течение палеозоя разнообразие хиолитов постепенно снижалось, и в пермском периоде они вымерли.

Однако, несмотря на обилие материала, хиолиты не возбуждали особенно бурного интереса у специалистов. Виды их трудно различимы, какие детали строения важны, а какие нет — тоже не очень понятно. Следовательно, и эволюционистам, и стратиграфам от них было мало толку. Каждый, кто принимался за эту группу, предлагал собственную систематику и собственное видение их родственных связей. Благо, простая и незатейливая морфология позволяла присоединять их к любой ветви филогенетического древа, дорисовывая в воображении требуемые анатомические детали. Считалось поначалу, что они близки к какой-то группе вымерших полихет, так как жили в трубках.

Время шло: изучая новые находки, ученые отметили некоторые особенности в строении хиолитов. У этих животных в месте соединения конуса и крышечки иногда оставались небольшие стерженьки, остатки длинных изогнутых выростов (их называют хелены), а на самой крышечке иногда сохранялись симметричные мускульные отпечатки. Получалось, что лучше сближать хиолитов с моллюсками, а не с червями. Тем более что некоторые раковины несли кольцевые пережимы, вроде камер у древних головоногих. Как вся эта конструкция функционировала — было непонятно.

Исследования лагерштеттов (местонахождений с фауной исключительной сохранности) дали кое-какой материал и по хиолитам, которые, впрочем, в лагештеттах не очень часто встречаются. Например, оказалось, что боковые выросты-хелены спирально изогнуты, а кишка загибается внутри конуса длинной петлей. Для моллюсков это несвойственно. Хиолитов открепили от ствола моллюсков и стали писать, что это тип с неизвестными филогенетическими связями.

Мало-помалу копился материал из различных лагерштеттов, собирались отдельные кусочки информации по этой группе. И вот трое специалистов, представляющих университет Торонто, Королевский музей естественной истории в Онтарио, Кембриджский и Даремский университеты, решили приглядеться внимательнее к этой морфологической мозаике. Они перебрали около 1500 экземпляров хиолитов из известного канадского местонахождения Берджес (Burgess Shale), а также из североамериканских сланцев Спенс (Spence Shale).

Среди этого материала нашлись экземпляры с сохранившимися фрагментами мягкой анатомии. У многих, действительно, имелись следы петлеобразной кишки, идущей вдоль всего конуса. Она заканчивалась анальным отверстием, расположенным сбоку на спинной стороне.

У нескольких экземпляров на крышечке помимо мускульных отпечатков сохранились следы ветвистых структур, которые по характеру ветвления напоминали лофофор брахиопод (плеченогих): та же ось, от которой отходят многочисленные короткие выросты. Они окружают переднюю расширенную часть кишки — что это, если не глотка. Вокруг кишки внутри конуса сохранились отпечатки брюшных внутренних органов. Конусовидную раковинку изнутри выстилал тонкий органический слой. Никаких внутренних перегородок и камер нет.

Несколько экземпляров сохранили прижизненное положение хелен: они были направлены не назад, как предполагалось раньше, а вперед и вбок. Они прикреплялись к выростам между конусом и крышечкой и были связаны с лофофором. Их поворотные движения участвовали в открывании и закрывании крышечки. Предположительно, животное приподнималось на них над грунтом, оставляя щупальцам или лофофору пространство для манипуляций. Косвенно такую прижизненную позицию подтверждают нарастания на раковинках хиолитов: они присутствуют и на спинной, и на брюшной стороне. Если бы животное лежало на грунте, то обрастания, скорее всего, занимали только спинную сторону конуса.

Итак, на кого же похожи хиолиты? Получается, что признаки связывают их с лофофоратами, а особенно — с брахиоподами и форонидами (а вовсе не с моллюсками или полихетами). Близка к ним и другая вымершая группа странных животных Tommotiida. Ее филогенетическое положение видится как нечто промежуточное между этими двумя группами.

На первых этапах становления лофофорат, очевидно, появился лофофор; вместе с этим ловчим аппаратом, по предположению ученых, появилась и петлеобразно изогнутая кишка и фосфатные скелетные элементы (цифра 1). Такие признаки характерны для форонид. Затем появился скелет в виде двустворчатой раковины со спинной и брюшной створками (цифра 2). Раковинка была органофосфатной, как это было показано, например, для Micrina. Micrina, как и остальные томмотииды, и прежде сближалась с брахиоподами (L. E. Holmer et al., 2008. The Early Cambrian tommotiid Micrina, a sessile bivalved stem group brachiopod). Хиолиты — представители именно этой ветви — начали вырабатывать не фосфатную, а арагонитовую раковинку (цифра 3). Их ближайшие родичи обрели ножку (цифра 4); в пределах этой группы с ножкой выделились брахиоподы, некоторые из которых подобно хиолитам спрятались в кальцитовую раковинку. Другие брахиоподы остались в фосфатной раковинке. У них, кроме того, брюшная полость сократилась, а пищеварительный тракт утратил анус. В этой схеме раковинка из карбоната кальция появляется независимо у хиолитов и карбонатных брахиопод.

Таким образом, за полторы сотни лет изучения хиолиты из группы с неясным строением, непонятным образом жизни и загадочным родством стали полноправным членом филогенетической братии. Успешные родственники брахиопод и форонид, 540–380 млн лет в изобилии населявшие все моря мира, оказались донными фильтраторами. Они приподнимались над грунтом и фильтровали лофофором съедобную мелочь, а в случае опасности прятались в раковинку, поворотом рукояток-хелен быстро захлопывая крышечку. Подобно брахиоподам, их створки представляли брюшную и спинную сторону, а не более привычные для нас правую и левую. Это исследование показывает, как наука постепенно, с появлением нового материала и новых методов исследований, раскрывает старые и казалось бы неразрешимые тайны.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru