Осьминоги, каракатицы, адские вампиры. 500 миллионов лет истории головоногих моллюсков

Новый символ эволюции

Мы многое знаем об эволюции. Мы знаем, что все живое на планете взаимосвязано и что родственные связи можно проследить по ДНК. Мы знаем, что естественный отбор приводит к тому, что каждый вид приспосабливается к своей экологической нише, а в результате массовых вымираний периодически опустошается множество ниш, давая выжившим видам новые возможности для адаптации. Мы знаем, что и эволюция, и вымирание могут происходить очень быстро — мы видели, как насекомые и бактерии развивают способность сопротивляться нашим попыткам их уничтожить, и видели, как это не удалось птицам додо и стеллеровым коровам.

Но нам предстоит еще многое изучить.

Одна из важнейших задач в исследовании эволюции — разобраться в том, что служит источниками новшеств. Откуда берутся новые формы, новые паттерны, новые привычки — в масштабах, необходимых для того, чтобы создать ошеломляющее разнообразие жизни вокруг нас. Естественный отбор, о котором мы узнали благодаря блестящему озарению Дарвина, можно сравнить с работой скульптора. Так откуда же этот скульптор берет глину?

На данный вопрос с некоторых пор отвечает новая область науки, известная сегодня как эво-дево: похоже на название инди-рок-группы, но на самом деле это просто сокращение от evolution and development («эволюция» и «развитие»). Корнями она глубоко уходит в генетику[25].

Оказывается, что наша ДНК — не линейное пошаговое руководство по сборке. Она больше напоминает электрическую схему — сеть взаимодействующих соединений. Каждый организм в начале своей жизни представляет собой практически одно и то же: единственную клетку, готовую делиться и расти. И множество генов внутри такой клетки более или менее похожи у всего царства животных. Регуляторные механизмы более высокого уровня в каждой клетке определяют, какие шаги построения организма будут пропущены, какие выполнены, а также когда, в каком порядке и сколько раз они будут выполнены. Незначительные изменения в этих регуляторных механизмах могут приводить к возникновению радикальных новшеств: другое количество конечностей, другая форма тела, другой тип чешуи пресмыкающихся, по сути превратившейся в перья.

Наше современное, все еще ограниченное, понимание эволюции сравнимо с неполными представлениями древних ученых об изменениях физического облика планеты. Они знали, что Земля за свою историю менялась, но не могли понять, как и почему, — до тех пор, пока не утвердилась концепция тектоники литосферных плит. Как только мы поняли, что кора планеты состоит из плавающих плит, то соединяющихся, то расходящихся, — все нашло свое объяснение, от очертаний континентов до расселения сумчатых[26].

Вполне возможно, мы сейчас наблюдаем подобный же прорыв в эволюционной биологии, о чем может свидетельствовать удивительный пример четырехкрылых динозавров[27].

Динозавры — излюбленный пример для объяснения эволюции и вымирания в крупных масштабах. Очень многие из нас увлекаются этими существами, едва научившись задавать вопросы: «А они правда были такие большие? А почему? И все они умерли? А как это произошло?» Над теми же вопросами бьются и взрослые палеонтологи в неустанных поисках новой информации, которая позволила бы уточнить ответы.

Конечно, не все они умерли. Теперь мы знаем, что птицы — современные динозавры, но по привычке продолжаем называть динозаврами лишь гигантских древних существ, вымерших в конце мелового периода. Ведь даже если у них были перья, они совсем не походили на привычных нам дроздов и зябликов. Начнем с того, что у древних пернатых динозавров, вполне возможно, было по четыре крыла. А среди современных птиц нет ни одной четырехкрылой.

Хотя, вообще-то… можно вывести породу домашних голубей с перьями на ногах. Причем не с мягким пухом, а длинными маховыми перьями, и с появлением таких перьев и кости ног у птиц развиваются больше похожими на кости крыльев. Ноги остаются ногами, не пригодными для полета. Но на их примере можно увидеть, каким мог быть промежуточный шаг на пути от четырехкрылых динозавров к двукрылым птицам. Разница между голубями с обычными ногами и голубями с ногами-крыльями возникает с помощью регуляторных механизмов в ДНК, которые изменяют экспрессию двух конкретных генов[28]. Эти гены есть у всех птиц и даже у всех позвоночных, так что, скорее всего, у динозавров они тоже были. Простое изменение в их экспрессии, начавшееся в яйце, приводит к существенным различиям между взрослыми животным. Вот вам пример эво-дево.

Рис. 1.7. Аммоноид криоцератит (Crioceratites) жил в раннем меловом периоде. В этой прекрасно сохранившейся окаменелости запечатлелись этапы роста животного

Franz Anthony

В отношении головоногих тоже стали применять подобные методы исследования: изучение регуляции и экспрессии генов у эмбрионов, чтобы разобраться, что происходит в процессе их развития. Эрик Эдсингер-Гонсалес, биолог из Лаборатории морской биологии в Вудс-Хоуле (штат Массачусетс, США), работавший с эмбрионами разных видов головоногих, утверждает, что в ближайшие несколько лет ученые смогут генетически изменять головоногих, чтобы создавать линии, подобные породам голубей. Мне стало интересно, какие открытия, наподобие выведения голубей с ногами-крыльями, могут ждать нас впереди. Эдсингер-Гонсалес предположил, что при соответствующей небольшой генетической манипуляции у осьминога может появиться не восемь, а десять ног. Можно представить, что даже у эмбриона наутилуса может возникнуть всего десять рук, как у их предков, наглядно демонстрируя нам, какие изменения происходили в ходе эволюции головоногих.

К сожалению, мягкие ткани рук сохраняются в окаменелостях гораздо хуже, чем кости ног и крыльев, и, вероятно, мы никогда не узнаем наверняка, сколько конечностей было у древних головоногих. И все же с точки зрения изучения эволюции у ископаемых головоногих имеются два явных преимущества перед динозаврами. Во-первых, их раковины хранят информацию об их росте, начиная с эмбриона, так что изменения в развитии (многие из которых могут быть вызваны регуляторными механизмами ДНК) можно проследить на протяжении всей жизни одной особи. Во-вторых, их гораздо больше.

Эти преимущества привлекли американского палеонтолога Пег Якобуччи, на сегодняшний день ведущего специалиста в области ископаемых головоногих. Она охотно признает: «Конечно, в детстве я была без ума от динозавров!»[29] В 1980-е гг. старшеклассница-«ботаник» увлеклась новой захватывающей гипотезой вымирания динозавров в результате падения астероида. Якобуччи вспоминает, что, когда неподалеку от ее дома читал лекцию знаменитый палеонтолог Джек Сепкоски, «я заставила мою бедную маму отвезти меня в музей науки, чтобы послушать его доклад. Она там крепко заснула».

Сепкоски изучал не динозавров, а массовые вымирания. Чтобы разобраться в закономерностях вымираний, он исследовал морских ископаемых животных, в том числе головоногих, а также более мелких моллюсков и еще менее привлекательных созданий, таких как планктон[30]. Они весьма разнообразны, встречаются в изобилии, и, в отличие от динозавров, от них осталось много окаменелостей. Несмотря на изобилие динозавров на книжных полках и в магазинах игрушек, в полевых условиях их окаменелые остатки встречаются очень редко.

В конце лекции Сепкоски пригласил слушателей прийти на следующий день, чтобы услышать рассказ о процессе, противоположном вымиранию, — об эволюции. Якобуччи уговорила маму свозить ее на лекцию еще раз и была еще больше очарована. Она вспоминает, что Сепкоски говорил, по сути, следующее: «Уничтожить кого-нибудь довольно просто, но как вы объясните стремительное возникновение новых групп?» Она продолжает: «Он рассказывал о кембрийском взрыве, а я о нем никогда даже не слышала, и это меня еще больше захватило. Тогда я и сформулировала вопрос для своих последующих исследований, на который до сих пор не нашла ответа: откуда берутся новые виды?»

Якобуччи поступила в Чикагский университет, потому что именно там работал Сепкоски. Сначала она изучала динозавров, но, по ее словам, быстро поняла: «…с динозаврами я, как ученый, не могу работать в том направлении, в котором хочу. Динозавры недостаточно распространены, чтобы проводить полноценные исследования эволюции». Делая выбор темы для дипломного проекта, она сказала себе: «Нужна группа животных, которые были бы не менее крутыми, чем динозавры. Замечательно, если бы они жили в одно время с динозаврами, а еще лучше — если бы вымерли одновременно с ними, но оставили после себя изобилие окаменелостей».

С такими оговорками ее выбор был очевиден.

В следующих главах мы проследим взлеты и падения головоногих в процессе их эволюции, от ползающих по дну моллюсков к медленно дрейфующим хищникам и далее, к существам, способным на головокружительные побеги, не менее впечатляющие, чем трюки Гудини. Мы увидим череду триумфальных побед аммоноидов, за которыми последовала катастрофа, но ее удивительным образом пережили, вернее переплыли, непритязательные и невзрачные наутилоиды. Мы увидим, как раковина головоногих претерпевает бесконечные изменения: изгибается, укорачивается, скручивается узлами, а в случае колеоидов — оказывается внутри и растворяется. И наконец, мы познакомимся с разнообразием современных головоногих, от гигантских кальмаров до эффектных каракатиц, и поразмышляем о том, что может ожидать их в будущем.