После четырех лет раскопок окаменелостей на церковном дворе в Йорке, штат Пенсильвания, палеонтолог-любитель Крис Хефнер сделал интригующую находку. "Я знал, что это стоит сохранить", - сказал он. Он опубликовал свою находку на Facebook.
Я заметил его пост и понял, что это важное открытие: Я изучаю ископаемых беспозвоночных в Испанском исследовательском совете. Когда я связался с Хефнером, он согласился передать окаменелость в лондонский Музей естественной истории.
Работая с коллегами из США и Великобритании, мы определили, что это 510-миллионнолетний родственник современных морских звезд и морских ежей. Это очень уникальный, новый для науки вид, имеющий лишь частичный скелет. Мы назвали его Yorkicystis haefneri, в честь его находки.
Yorkicystis раскрыл новую информацию о том, как развивалась ранняя жизнь на Земле в то время, когда впервые появилось большинство современных групп животных.
Морские ежи относятся к Кембрийский взрыв
Йоркицистис жил во время "кембрийского взрыва", 539-485 миллионов лет назад. До этого времени бактерии и другие простые микроскопические организмы жили рядом с эдиакарской фауной - загадочными, мягкотелыми существами, о которых ученым мало что известно.
Кембрийский период принес огромное количество видов, появившихся в морях. Среди них были группы организмов, которые со временем стали доминировать на планете, и представители большинства современных групп животных.
Через несколько миллионов лет появились сложные животные со скелетом и твердым панцирем. Почему это произошло, остается неясным, но, скорее всего, ключевую роль сыграло значительное изменение химического состава океана, в котором повысилась концентрация карбоната кальция.
Ихинодермы не были первыми из них, найденными в геологической летописи. Их преследовали брахиоподы - морские животные, которые жили под защитой раковин. Членистоногие - группа, имеющая хорошо сформированный кальцитовый экзоскелет, включая трилобитов.
Для сравнения, динозавры появились через 294 миллиона лет после рассвета кембрия.
Первые иглокожие
Существует более 30 000 вымерших видов иглокожих, но они очень редки в местах с исключительной сохранностью кембрия, таких как сланцы Берджесс в Канаде и Чэнцзян в Китае.
Некоторые из первых примитивных иглокожих сильно отличались от своих современных родственников, которые имеют пять рук, простирающихся от центра тела, - структура, называемая "пентамерной симметрией".
Больше фактов о ктеноцистоиде для детей: Они являются ключом к пониманию эволюции иглокожих, поскольку находятся в основании эволюционного древа иглокожих. Это дерево показывает, как иглокожие эволюционировали из червеобразных организмов в звездообразных существ, которых мы видим сегодня! #FossilFriday pic.twitter.com/zLpGT3GNdB- Oxford University Museum of Natural History (@morethanadodo) June 8, 2018
Кембрийские иглокожие имели широкий спектр строения тела. Эокриноиды имели вазообразное тело, защищенное геометрически узорчатыми пластинами и рядом рукоподобных структур. Геликоплакоиды, по форме напоминающие толстые сигары, были покрыты кальцитовой броней с "ртом", который спиралью закручивался вокруг тела. Бластоиды имели различные формы, часто напоминающие экзотические цветы.
Отряд Edrioasteroidea был похож на современную морскую звезду, а пять рук, исходящих изо рта, - это организм, на который больше всего похож Yorkicystis haefneri. Поэтому мы отнесли его к этой группе на эволюционном древе.
Йоркицистис, иглокожие без скелета
В то время как многие кембрийские организмы формировали сложные скелеты и защитные структуры для защиты от хищников, Yorkicystis поступил наоборот. Он "деминерализовал" свой скелет. Это было частично мягкое животное, не имевшее защиты на большей части своего тела.
Чтобы понять анатомию этого организма, мы сотрудничали с палеоиллюстратором, чтобы визуализировать это существо на основе имеющихся у нас ископаемых свидетельств. Хьюго Сале сначала смоделировал каждую часть скелета в 3D, а затем использовал это для создания реконструкции - копии с высоким разрешением.
По этой копии мы заметили, что только руки, или амбулакры, были кальцинированы, защищая его "пищевые канавки" - его кормовые части, которые на окаменелости желтого цвета. Ряд пластин покрывал щупальца, которые открывались и закрывались во время кормления. Остальная часть тела была мягкой, представленной в окаменелости темной, обогащенной углеродом пленкой.
Большинство современных иглокожих, которые встречаются от береговой линии до темных абиссальных глубин океана, имеют внутренний скелет. Исключение составляют морские огурцы и некоторые виды, живущие под морским дном. Их скелет, как у Yorkicystis, образован пористыми кальцитовыми пластинами.
Представители кембрийских иглокожих с минерализованным кальцитовым скелетом. A. Ктеноцистоид. B. Цинкта. C. Геликоплакоид. D. Солютоид. E. Эокриноид. F. Эдриоастероид. Самуэль Замора, Оживление йоркицистиса
Как палеонтологи, мы стремимся понять вымершие организмы. Йоркицистис представляет собой серьезную проблему, поскольку не известно ни одного похожего животного, ни живого, ни вымершего.
Очень мало известно о том, почему и как некоторые иглокожие потеряли части своего скелета. Но достижения молекулярной биологии показали, что существует определенный набор генов, отвечающих за формирование скелета у иглокожих. Все ныне живущие иглокожие несут эти гены; мы предполагаем, что и вымершие группы тоже.
Но у Yorkicystis существует заметная разница между кальцификацией его лучей, или рук, и отсутствием таковой на остальной части тела. Возникает гипотеза, что гены, участвующие в формировании скелета, могли действовать независимо в разных частях тела Yorkicystis. Это загадка, которую смогут разгадать только молекулярные биологи.
Наши исследования позволили нам сформировать некоторые гипотезы об этом животном, хотя многие вопросы остаются. Мы полагаем, что, не имея скелета в важной части тела, Yorkicystis мог сохранять энергию для других метаболических процессов, таких как питание или дыхание. Это также повышало гибкость, позволяя более активно дышать с помощью насоса.
Есть и другая интригующая возможность: Отсутствие скелета может быть связано с какой-то системой защиты от жала, подобной той, которую используют современные анемоны, парализующие добычу с помощью стрекательных клеток на щупальцах, окружающих их рот. Однако на этот и многие другие вопросы нельзя ответить, опираясь только на окаменелости.
Но удивительное открытие Yorkicystis позволило лучше понять период дивергентной эволюционной истории на заре кембрийского взрыва, когда одни организмы обзавелись скелетами, чтобы избежать хищников, а другие приспосабливались совсем по-другому.
Самуэль Замора - ведущий научный сотрудник отдела палеонтологии в Институте геолого-минералогических исследований Испании (IGME - CSIC). Раскрытие информации: Самуэль Замора получает финансирование от Министерства науки, инноваций и университетов Испании (грант № CGL2017-87631), софинансируемый Европейским фондом регионального развития и проектом "Арагозавр: Recursos Geológicos y Paleoambientales" (E18_17R), финансируемый правительством Арагона.