Гранулы песка образуют отложения в местах с относительно высокой энергетикой. Песчаники находят сегодня у морских побережий, в реках, в песчаных дюнах - везде, где эти более-менее тяжелые гранулы могли бы перемещаться водой. В таких местах более мелкозернистые глины или тина никогда не образуют отложений, поскольку они слишком легкие и не задерживаются в проточной воде, а перемещаются в какие-нибудь более далекие места. Однако эдиакарские окаменелости и большие, и многочисленные, и находятся в песчаниках.
Чтобы глубже проработать эту проблему, летом 1987 года Питер Уорд пригласил студентов-палеонтологов Вашингтонского университета в лаборатории на островах Сан-Хуан в штате Вашингтон, чтобы поучаствовать в воссоздании условий, при которых могли формироваться эдиакарские ископаемые. Было проведено несколько видов экспериментов. В морских водах вокруг островов Сан-Хуан обитают разнообразные и многочисленные кишечнополостные организмы - таксономическая группа, очевидно наиболее близкая к формам эдиакарских отложений. Для имитации мелководного морского дна возрастом 600 млн лет большие резервуары различной площади наполнили песком и затем залили морской водой. Эксперименты походили на ранее проведенные Глесснером, но в данном случае использовались более крупные организмы, и, кроме медуз, брали и других представителей типа.
Тела недавно умерших морских перьев, актиний и крупных медуз помещали на песок. Поверх тел животных укладывали слой песка, и всю систему оставляли в таком состоянии на некоторое время, а через несколько дней верхний слой удаляли. Ни один из этих экспериментов не продемонстрировал остаточных следов на песке.
В конце концов один из студентов предложил довольно оригинальную идею. На плотный песок сверху клали кусок легкой капроновой сетки от нейлоновых чулок, а затем на сетку аккуратно помещали очень большую медузу. Сверху все это покрывалось тонким слоем более легкого песка, а потом этот "бутерброд" заливали морской водой. Через несколько недель, когда сняли верхний слой песка и убрали нейлоновую сетку (мягкие части мертвого животного к тому времени уже полностью разложились), оказалось, что под чулком осталось прекрасное изображение организма, который лежал там сверху, включая детально отпечатавшуюся структуру строения внутренних органов.
Возможно, эти эксперименты ничего не значат. Но что, если в древние времена песок был покрыт чем-либо, похожим по толщине и фактуре на нейлоновый чулок, и поэтому не перемещался под действием малейшего движения воды? Мы представляем, что морские мелководья были покрыты тонкой пленкой, или несколькими пленками, микроорганизмов. Хотя они были очень хрупкими и легко разрушались штормами, эти покрывала удерживали осадочные частицы и таким образом сохраняли отпечатки мягкотелых животных, которые лежали на них после своей смерти, медленно покрываясь слоями песка, а это позволяло оздоровить среду для следующих поколений организмов.
На планете больше нет таких природных условий, в которых могли бы сохраняться отпечатки существ, лишенных скелета. Появление организмов, которые свободно передвигаются, привело к тому, что живые покрывала просто съедают. Нечто похожее произошло и со строматолитами после появления травоядных.
Мировая эдиакарская фауна
Сегодня известно около 30 мест на шести континентах, где была найдена вендская биота. Обнаруженные представители этой фауны относятся к 70 различным видам, и все они жили не позднее неопротерозоя (хотя есть предположения, что некоторые из них захватили ранний кембрий). Предполагается, что эдиакарские организмы достигли пика своей эволюции 575 млн лет назад в результате авалонского взрыва (назван по аналогии с кембрийским взрывом). Это произошло приблизительно через 50 млн лет после последних серий протерозойских "снежков".
По всей видимости, в те времена процветали целые сообщества таких организмов. Затем, 550–540 млн лет назад, вендобиота неожиданно исчезает из ископаемых летописей. На это время приходится появление косвенных свидетельств того, что животные приобрели способность к передвижению. Следы передвижения и пищевой деятельности присутствуют в осадочных породах. Так, большая и разнообразная группа животных исчезла как раз в тот момент, когда стали развиваться другие живые организмы (кембрийский взрыв). Это исчезновение является первым массовым вымиранием, зафиксированным в ископаемых отпечатках, хотя, разумеется, и не самым первым массовым вымиранием на Земле в принципе. Очевидно, что найденные впервые в Австралии представители эдиакарской (вендской) биоты были распространены по всей планете.
Существует множество еще не получивших подтверждения предположений по поводу того, как происходил энергообмен в сообществах вендской биоты. В современных экосистемах основу пищевой цепи формируют фотосинтезирующие растения, которыми кормятся несколько уровней организмов, а те в свою очередь становятся добычей нескольких уровней хищников. Биомасса каждого из этих уровней составляет лишь 10 % от более низкого уровня пищевой цепочки. Вендобиоты демонстрировали совершенно иное устройство. Не было обнаружено каких-либо челюстей или признаков хищничества, хотя ближайшие родственники большинства эдиакарских организмов относятся к стрекающему типу, а они все хищники! Предположительно представители биоты имели симбиоз с множествами микроскопических водорослей (dinoflagellates - панцирножгутиковые), как это происходит у современных кораллов. Но доказательств этому нет. Поскольку, как кажется, в мире того периода не было хищников, его поэтически называют "эдиакарским садом", ведь он был последним моментом в истории Земли, когда относительно большие многоклеточные животные жили, не боясь нападения. К периоду, датируемому 540 млн лет назад, этот "райский сад" исчез, уступив место огромному разнообразию ползающих и плавающих плотоядных и травоядных.
Почему появление первых подвижных животных произошло так нескоро? Возможно, виной тому были факторы внешней среды, например, низкое содержание кислорода в атмосфере или очень высокие температуры воздуха и воды. Доподлинно известно лишь то, что 600–550 млн лет назад появилась целая категория новых существ: у них имелись внутренние полости, наполненные водой, которые могли служить подобием скелета (гидростатический скелет). Также существовали организмы с мускулами, нервами, специализированными рецепторными клетками, половыми клетками, клетками соединительных тканей и со способностью производить твердые скелетные части. Животные или неживотные, существа эдиакария были первыми, у кого развился скелет. Скелет позволял нарастить мускулатуру, а мускулы предполагают способность к передвижению. Передвижение в свою очередь стало двигать эволюцию дальше, к еще большей усложненности организмов. Со способностью передвигаться у живых существ появилась необходимость развивать рецепторную/чувственную систему, чтобы искать пищу и себе подобных, а также избегать столкновений с хищниками. Чувственная информация предполагает наличие мозга, который порождает такие импульсы. Все эти условия в целом создали основу для такого эволюционного развития, которое привело в конце протерозоя к настоящей революции многоклеточных.
Сейчас можно только фантазировать о том, что представлял собой "базовый" многоклеточный организм, первый предок всех сложных организмов на планете. Он, по всей видимости, был маленьким, состоящим из очень небольшого числа клеток, клеточных стенок не было, имелся внешний покров, защищающий от внешних воздействий, а внутри должны были располагаться полости с коллагеном, который служил скелетной основой организму. Кроме того, должен был существовать "генетический инструмент", позволяющий организму развиваться в размерах и сложности и стать в конце концов миром эукариотов: больших, приспособляемых, двуполых многоклеточных с высокой степенью адаптивности к среде. Ползая, плавая, двигаясь на лапах и даже прикрепляясь к одному месту, они распространяют многообразие жизни по всей Земле. Животные с двусторонней симметрией - как мы с вами - доминируют по численности. Однако в раннем кембрии таких пока еще было очень мало, хотя в дальнейшем им суждено было расселиться по всей планете.
Сообщества вендской биоты
Обычно наука быстро решает проблемы, которые кажутся ей интересными. Однако эдиакарская фауна все еще не до конца изучена, все ее тайны не раскрыты до конца. Впрочем, за последние пять лет проведено много исследований в области, которая незаслуженно находится в тени смежных отраслей знания, - это палеоэкология. Хотя данное научное направление является мощным орудием изучения палеонтологических проблем, в последние десятилетия ей не удавалось сделать серьезных и заметных обобщений, поэтому о ней часто забывают. Но в новом тысячелетии это направление вновь возродили в своих работах Мэри Дрозер из Калифорнийского университета и Джим Гелинг из Музея Южной Австралии.
Палеоэкология помогла им разобраться в особенностях существования более крупных, чем описанные выше, представителей эдиакарской фауны.
Дрозер и Гелинг считают, что вендобионтов необходимо изучать с учетом особенностей их сосуществования с покровными микроорганизмами морского дна. Сообщества микроорганизмов, образующих на поверхностях морского дна целые "полотнища", не могут не иметь большого влияния на экологию тех мест, где они обитают. В первую очередь это касается процессов, связанных с органическими осадками. Поскольку в эдиакарии не существовало еще организмов, которые строили бы норы в морском грунте и осажденных на дно органических останках, то экология морского дна тех времен была совершенно не похожа на современные экосистемы в тех же областях моря.
Экологическую связь с покровными микроорганизмами в эдиакарии могли иметь четыре типа живой природы:
• формы, которые устраивались на поверхностях покровов и, возможно, выделяли особые пищеварительные ферменты, растворяющие покров и обеспечивающие пищевой ресурс;
• формы, которые попросту "паслись", поедая покровные микроорганизмы;
• формы, которые образовывались также на поверхности покровов, но использовали их для движения к поверхности воды - образующиеся покровы разрастались вверх, к свету и теплу;
• формы, которые обитали под покровами.
Некоторые из этих форм могли существовать и в кембрии, но с появлением более крупных травоядных, хищников, а также организмов, которые строили туннели, вид этих экосистем в дальнейшем до неузнаваемости изменился.
Удивительный мир подобных живых сообществ также занимателен с точки зрения их сохранности в ископаемых отложениях. Исследователи сделали предположения, что останки вендобионты, которые можно обнаружить в породах, не столько затвердевали сами по себе, сколько сохранялись благодаря тому, что вскоре после гибели их покрывали своим "полотном" микроорганизмы, которые потом и способствовали окаменению.
Эдиакарские микроокаменелости с шипами
Одноклеточная жизнь господствовала на Земле миллиард лет, и окаменелости, оставшиеся от них, - это микроскопические шарики с гладкими стенками. Но в отложениях, относящихся к периоду, который последовал за последним неопротерозойским "снежком", обнаруживаются также микроокаменелости, имеющие усложненную фактуру, в том числе шипы. Период существования форм, давших такие окаменелости, был совсем короток (600–560 млн лет назад), однако значение их велико, поскольку они напоминают скорее переходные формы от одноклеточных к многоклеточным, чем простые одноклеточные ископаемые. Такие "колючие" останки на самом деле могут рассматриваться как стадии развития организмов в состоянии цисты.
Этим необычным ископаемым посвящено несколько работ, в том числе биологов Ника Баттерфильда и Кевина Петерсона. Эти ученые считают, что появление таких микроокаменелостей с фактурными поверхностями в раннем эдиакарии было реакцией на возникновение первых хищников, например, нематод. Шипы, таким образом, были защитным механизмом. Однако группа исследователей во главе с Ноллом предположила, что усложненность строения поверхностных покровов этих ископаемых позволяет считать их формой состояния покоя каких-либо существ. Это предположение ведет к выводу о том, что относительно сложная и ранняя эволюция животных происходила и до того, как в эдиакарии появились существа, оставившие первые более крупные окаменелости. А кроме того, если данное предположение верно, то эдиакарий не был райским садом. Необходимость образовывать цисту возникает в неблагоприятных условиях колебания кислородного уровня, возможно, иногда толщи воды вовсе лишались кислорода и насыщались сероводородом. Ранний период эволюции животных, таким образом, был труден.
В поисках "двусторонних"
Появление тел с двусторонней симметрией было еще одним значимым скачком эволюции. Животное с двусторонней симметрией имеет четко выраженный "перед" и "зад", и внутренние органы располагаются более-менее симметрично по обе стороны этого "передне-заднего" трубкообразного тела. Так, мы полагаем, выглядел предок разнообразного животного мира. Но вот возраст такого ископаемого очень долго не могли определить.
Согласно генетическим исследованиям, он жил 573–656 млн лет назад. Но окаменелости не дают четкого представления о живом организме, который должен был иметь червеобразное тело без скелета, не более миллиметра в длину. Если не упоминать о заслуженной насмешке со стороны дарвинской теории, здесь, в любом случае, даже ископаемая летопись должна иметь явный пробел: очень невелики шансы, что существо без скелета и не более миллиметра длиной могло оставить какие-то следы своего присутствия.
Но тут помогли находки в Китае. В начале XXI века там обнаружили породы, которые по возрасту предположительно относились к периоду, когда должен был появиться первый двусторонне симметричный организм. Образцы очень долго и тщательно анализировали на предмет точной датировки, чтобы определить, именно к тому ли специфическому моменту времени они относятся. Когда эта работа была закончена, начались поиски гипотетического ископаемого. И датировка, и последующий поиск оказались нелегким делом.
Понадобилось три года, в течение которых кусок породы разрезали на 10 тысяч отдельных тончайших пластин (настолько тонких, чтобы через них проходил свет и они, таким образом, могли быть изучены под микроскопом), и было найдено как раз такое животное. Оно было даже меньше миллиметра: его длина равнялась толщине человеческого волоса. Его рассмотрели, изучили и назвали это крошечное чудо Vernanimalcula. Ему было около 600 млн лет.
Недостающее звено нашлось. Маленькие и невзрачные, эти существа были настоящими революционерами - самыми ранними организмами с двусторонней симметрией, которые прокладывали путь остальным. Но это еще не всё: в добавление к ископаемым с двусторонней симметрией в формации Доушаньто в юго-западном Китае обнаружили также яйца и эмбрионы самых древних животных. Это открывает нам путь к пониманию того, как изменялись животные в течение 600 млн лет до сего дня и как они меняли саму природу осадочных летописей.
До животных не существовало "биотурбации": перемешивания наслаивающихся осадочных материалов под воздействием жизнедеятельности организмов. Это вмешательство животных в образование осадочных пород настолько сильно сегодня, что является распространенным правилом, на фоне которого исключения очень хорошо заметны. Например, дно современного Черного моря (на больших глубинах там нет животных) очень твердое и демонстрирует и четкое расслоение, и очень низкое содержание воды. Контрастом ему является дно любого насыщенного кислородом моря: несколько сантиметров над донным субстратом полны тины, экскрементов и прочего растворенного органического материала. Далее вглубь не обнаруживается и выраженное расслоение, поскольку все перекапывается и поедается, и так без конца: медленно двигающиеся беспозвоночные или едят на ходу (осадочный материал поглощается - осадочный материал выделяется в виде экскрементов), или удирают, или строят норы. Значительная толщина придонных осадочных слоев очень насыщена водой в результате такой жизнедеятельности.