В окаменелости нового вида аномалокарисов — первых хищников планеты, обитавших в раннем кембрии 520 миллионов лет назад, — палеонтологи нашли отлично сохранившейся отпечаток мозга. Этот орган оказался очень примитивным: мозги многих жертв аномалокарисов были устроены куда сложнее. Об открытии рассказывается в последнем номере журнала Nature.

Аномалокарис. Изображение: Nicholas Strausfeld / University of Arizona

Аномалокарисы — это род ископаемых морских членистоногих. Их отличают два устрашающего вида выроста в передней части морды. Ученые до сих пор не знают, какие организмы стали потомками этих вымерших еще в середине кембрия животных. Однако устройство мозга нового вида Lyrarapax unguispinus указало на сходство аномалокарисов с современными онихофорами, или бархатными червями, — активными наземными хищниками, которые питаются пауками и насекомыми. Их размер варьируется от двух до 20 сантиметров.

Сравнение анатомии мозга Lyrarapax unguispinus (серым) и современного онихофора (в цвете). Изображение: Nicholas Strausfeld

Онихофор отличает простой мозг, расположенный над ртом, и пара ганглий — групп нервных клеток — у основания зрительного нерва. И такую же структуру палеонтологи обнаружили у аномалокариса. Кроме того, устрашающие выросты у кембрийских хищников совершенно не похожи на усики современных насекомых и ракообразных. Среди ныне живущих существ аналогичные отростки есть только у бархатных червей.

Палеонтологи впервые смогли установить родственные отношения между современными и вымершими членистоногими, не только сравнивая размер и форму их выростов, но и определив анатомическое устройство мозга.

Тот факт, что мозг самого первого хищника был устроен примитивнее, чем у его жертв, натолкнуло ученых на мысль, что появление мощных хищников подстегнуло эволюцию нервной системы. Вероятно, животные научились быстро замечать и реагировать на опасность, а также улучшили координацию движения, что необходимо во время погони.

Рангеоморфы обладают особым типом симметрии тела — скользящей симметрией. Для современных организмов характерны два основных вида симметрии: радиальная (например, медуза) и билатеральная, или двусторонняя (насекомые, млекопитающие). Симметрия рангеоморфов также является билатеральной, но не такой, как у нас, а как бы со сдвигом — когда левые и правые сегменты тела сдвинуты друг относительно друга по продольной оси — «косая елочка».

На протяжении некоторого времени чарнию рассматривали как древнейшего предка современных морских перьев. Однако оказалось, что она имеет с морскими перьями лишь внешнее сходство. Учёные подвергли отпечаток чарнии лазерному сканированию, что позволило выявить мельчайшие детали ее структуры. Сканирование показало, что чарния имеет фрактальное строение, то есть её самые крупные сегменты-ветви делятся на более мелкие ветки, которые делятся на ещё более мелкие веточки, а те на ещё более мелкие — и все они одинаковой структуры. Всего учёные насчитали ветвление четырёх порядков.

Палеонтологи Кембриджского университета в статье, опубликованной на портале PNAS, предложили свою математическую модель, объясняющую появление, развитие и вымирание рангеоморф.  Рангеоморфы-чарнии жили в глубинах океана, вели сидячий образ жизни, их «ножка», судя по всему, прикреплялась к скалам или ко дну. Свет не проникал на эти глубины, поэтому питались «морские перья», поглощая питательные вещества из воды. «Известно, что рангеоморфы обитали на такой глубине, что не могли получать энергию при помощи фотосинтеза, как это делают современные растения. Гораздо более вероятно, что они поглощали питательные вещества прямо из воды через поверхность своего тела. Современным организмам столь крупных размеров было бы очень трудно выжить при такой диете», — говорит ведущий автор исследования доктор Дженнифер Хойял Катхилл (Jennifer Hoyal Cuthill).

По словам соавтора исследования Саймона Конвей Морриса (Simon Conway Morris), океан в эдиакарский период был очень похож на жидкий бульон: он был полон питательных веществ, таких как органический углерод, тогда как сегодня всё питательное из морской воды уже разобрано массами океанских животных.  В этом случае площадь поверхности тела для них была крайне важна — чем она больше, тем больше «корма» поглощает животное. Конкуренция за ценнейший пищевой ресурс практически отсутствовала, поэтому основной задачей рангеоморф было как можно эффективнее извлечь даровое угощение из окружающих водных масс. Фрактальный принцип построения тела, позволяющий постепенно заполнять все доступное пространство — это модель, признанная кембриджскими учеными самой эффективной для данного типа питания. «Эти существа были удивительно хорошо приспособлены к своей среде обитания — океанам, где нет конкуренции и полно питательных веществ, — говорит доктор Катхилл. — С точки зрения математики, они заполняли пространство почти идеальным способом».

Результатом работы стала реконструкция объемной морфологии 11 таксонов рангеоморфов, позволяющая измерять их функциональные свойства и демонстрирующая преимущества фрактального строения для увеличения площади поверхности. Палеобиологи изучали окаменелости рангеоморфов из ряда точек по всему миру, после чего все данные были загружены в компьютерную программу, которая смоделировала появление, жизнь и вымирание трёхмерных живых организмов. Рангеоморфы-чарнии были, вероятно, венцом творения своей эпохи и властелинами океанов. Но эволюция шла дальше, и им все же пришлось уступить свое место более «прогрессивным» существам, появившимся после кембрийского взрыва. У чарний, да и у всех остальных удивительных существ, обитавших в океанах эдиакара, не было никаких защитных механизмов, поэтому они оказались не в состоянии противостоять самым первым хищникам, и в самом начале кембрийского периода были довольно быстро съедены. К тому же, как продемонстрировала модель, химический состав океана резко изменился, и сокращение питательных веществ добило немногочисленных рангеоморфов.

Эволюция жизни на планете пошла дальше, выбрав путь активно движущихся организмов, достигших максимального разнообразия.