«Осьминоги, каракатицы, адские вампиры»

Головоногие моллюски появились на Земле около 500 миллионов лет назад, захватили древние моря и пережили несколько массовых вымираний. Их потомки — осьминоги, кальмары и каракатицы — одни из самых умных и сложноорганизованных животных, известных человеку. В книге «Осьминоги, каракатицы, адские вампиры: 500 миллионов лет истории головоногих моллюсков» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Анной Петровой, морской биолог Данна Стоф рассказывает об эволюции этих беспозвоночных и развитии существ, которые жили с ними рядом — рыб и морских млекопитающих. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным механизму реактивного движения у головоногих и других существ, которые были на них очень похожи.

Улитка с реактивным двигателем

Головоногие были одними из первых активных пловцов на Земле, и техника их была необычной: они использовали тот же механизм, который приводит в движение ракеты и самолеты. Реактивное движение крайне редко встречается в природе, а среди животных, умеющих им пользоваться, кальмары определенно двигаются быстрее всех. Все довольно просто: нужно создать высокое внутреннее давление, чтобы на большой скорости вытолкнуть большую массу через узкое отверстие. Кальмары реализуют эту схему так: втягивают воду в мантию через широкие отверстия, окружающие голову, затем закупоривают их и выталкивают воду сквозь существенно более узкий сифон.

На окаменелых раковинах видны углубления, в которых размещались сифоны, поэтому мы можем утверждать, что эта технология стара, как сами головоногие. Первый сифон, вероятно, представлял собой просто-напросто свернутую в трубочку ногу моллюска — примерно так же, как вы складываете в трубочку ладонь. Но даже если очень сильно дуть в такую трубку, едва ли получится заметно продвинуться — если только вы не окажетесь в среде с минимальной гравитацией и трением, например в космосе, где выдыхаемого воздуха будет достаточно, чтобы толкнуть ваше тело в противоположном направлении.

Реактивное движение головоногих тоже начинается с дыхания. Прокачивая воду через жабры, они, по сути, заправляются топливом — и толкают тело сквозь воду, выбрасывая отходы от дыхания. Любопытным следствием этого процесса является то, что головоногие могут дышать, только если двигаются.

Первые раковинные головоногие вовсе не были скоростными пловцами, но вначале это было неважно: в те времена почти никто не умел плавать. Для жизни в мире, населенном в основном трилобитами и червями, головоногим хватало и такого реактивного движения.

Однако в 2010 г. два палеонтолога сделали предположение, в корне меняющее эту концепцию. Что, если у первых головоногих вообще не было раковин и они были похожи на современных кальмаров?

Эта идея возникла в связи с кембрийским ископаемым нектокарисом (nectocaris), неофициально известным с начала 1900-х гг. по одному-единственному образцу. Нектокарис крупнее плектроноцераса и предшествует ему в палеонтологической летописи (нектокарис встречается в нижнем кембрийском периоде, плектроноцерас — в верхнем), однако он все еще довольно мал и может поместиться на ладони. Его продолговатое тело обрамлено плавниками, и он отдаленно напоминает креветку. Так его и назвали — «плавающей креветкой» (от греческих слов «некто» — плавающий и «карис» — креветка), а точная его принадлежность к какой-либо систематической группе до сих пор остается под вопросом.

В результате широкомасштабного сбора ископаемых в 1980-е и 1990-е гг. был обнаружен 91 новый образец окаменелостей нектокариса. Их поместили в Королевский музей Онтарио, где они и дожидались, пока на них обратят внимание ученые. Это произошло в 2008 г., когда в университет Торонто пришел аспирант по имени Мартин Смит, интересовавшийся ранними этапами эволюции глаз. Смит вспоминает, как его научный руководитель Жан-Бернар Карон указал ему на кучку нектокарисов: «„Вот ископаемые, которые толком не описаны. У них есть глаза. Может, займешься ими?“ Я ответил: „Да, звучит неплохо, а выглядит и вовсе захватывающе“, — в итоге все получилось гораздо более впечатляюще, чем мы ожидали».

У ископаемых нектокарисов, сохранившихся намного лучше первого образца, явно имелись два щупальца, два глаза, а главное, трубчатое образование, которое Смит и Карон определили как сифон. С учетом этих особенностей ученые пришли к выводу, что нектокарис был древним головоногим, а конкретно древним колеоидом (поскольку у него отсутствовала внешняя раковина и он был похож на кальмара).

Благодаря этому исследованию Смит добился невероятного для аспиранта успеха: его статья была опубликована в престижном научном журнале Nature. Публикация вызвала если не скандал, то уж точно некоторый переполох среди палеонтологов всего мира. Все-таки первые окаменелости, точно определяемые как колеоиды, датируются временем на 200 млн позже, чем нектокарис, и сам Смит признает, что предположение о существовании колеоида в кембрийском периоде «спорно». Кроме того, интерпретация Смита, согласно которой нектокарис по строению тела был весьма похож на головоногого, вызвала целую волну критики.

Некоторые ученые указывали на то, что предполагаемый сифон, скорее всего, бесполезен для плавания, поскольку расширяется, как раструб, а не сужается для создания мощного реактивного потока. Исследователи предположили, что это, на самом деле, что-то вроде глотательного хоботка. Другие специалисты основывали свою критику на самом строении тела существа, особенно его полости, заметной на окаменелостях нектокариса. Была ли это мантийная полость, такая как у головоногих, или попросту кишечник, предназначенный для переваривания пищи?

Смит, который в настоящее время работает в Даремском университете, с горькой усмешкой вспоминает: «Когда статья только вышла, отзывы были не слишком благожелательные». Он соглашается, что «самым важным признаком является осевая полость», в то же время предположения других ученых о том, что это был кишечник, считает безосновательными. «Если согласиться, что это действительно была осевая полость, задействуемая в реактивном движении, то следует признать, что такое мы видим только у головоногих, — указывает Смит. — Если же вы намерены исключить нектокариса из головоногих, придется считать это конвергентной чертой. Что ж, такое вполне возможно: например, и у птиц, и у летучих мышей есть крылья. Конвергенция часто встречается в эволюции».

Конвергенция — это явление, при котором две неблизкородственные группы организмов приобретают сходство анатомического строения (биохимических, физиологических свойств или поведения). Характерный пример — способность к полету. Еще один пример конвергентной эволюции — это наличие животных волчьего и львиного типов как у плацентарных, так и у сумчатых млекопитающих . Точно так же раковинные моллюски с телом по типу слизня или блюдечка неоднократно появлялись в процессе эволюции в разных филогенетических линиях. И не будем забывать о множестве конвергентных черт у головоногих и рыб, таких как глаза, форма тела, мышечные волокна, нервные волокна и многое другое.

По-видимому, нектокарис представляет собой ранний прецедент подобной конвергенции — задолго до появления первых рыб.

В 2011 г., вдохновившись в том числе весьма спорной работой Мартина Смита, группа из трех молодых европейских ученых опубликовала обзор всей эволюционной истории головоногих. Бьорн Крёгер и Дирк Фукс работали в Берлине: Крёгер — в Музее естественной истории, Фукс — в Свободном университете, а их соавтор Джейкоб Винтер был аспирантом в Йельском университете. Мы еще не раз встретимся со всеми тремя учеными на страницах этой книги, но пока отметим, что статью «Происхождение и эволюция головоногих» (Cephalopod Origin and Evolution) так цитировали и упоминали, что ее можно назвать фундаментальной в своей области. Новость о том, что истинные наутилоиды не такие древние, как предполагалось, мы узнали благодаря Крёгеру, Винтеру и Фуксу. Так же, как и самую современную версию превращения головоногих из предков — обладателей раковин в лишенных внешней раковины потомков.

В обзорной статье авторы посвятили целую страницу существу, которое назвали «Нектокарис, заблудившееся дитя кембрия». Рассматривая подробно каждую черту его строения, они сделали вывод, что нектокарис, возможно, даже не был моллюском. При этом ученые согласны, что по некоторым особенностям своего строения он напоминает кальмара, и предположили, что образ жизни этого древнего существа был «удивительно похож на [образ жизни] головоногих».

Конвергентное сходство нектокариса с современными кальмарами вызывает вопросы о природе кембрийской экосистемы. Почему нектокарис и его родственники вымерли, едва возникнув? Возможно, им просто не повезло и они упустили шанс, который позволил бы их потомкам дожить до наших дней, чтобы сойтись в конкурентной борьбе с кальмарами и даже с рыбами? Или, может быть, они стали одними из первых жертв первых головоногих?

Подробнее читайте:
Стоф Д. Осьминоги, каракатицы, адские вампиры: 500 миллионов лет истории головоногих моллюсков / Данна Стоф ; Пер. с англ. [Анны Петровой] — М.: Альпина нон-фикшн.