Российские ученые с помощью современной брахиоподы Lingula anatina реконструировали жизненные циклы древних представителей этой группы. Исследование опубликовано в журнале Paleobiology.
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали эволюцию брахиопод, входящих в группу лофофорных животных, которых часто называют потенциальным общим предком всех многоклеточных живых существ. Они возникли около 540 миллионов лет назад, а расцвет пришелся на палеозойскую эру. Эти существа ведут малоподвижный образ жизни. Они сидят, прочно прикрепившись к субстрату ножкой, или закапываются в грунт, формируя характерные норки. Но в жизненном цикле брахиопод есть подвижная стадия, когда они расселяются. Одна часть видов на этой стадии представляют собой покрытую ресничками мягкотелую личинку, а другая — молодую особь с маленькой легкой раковиной. Но какой из типа личинок первичен и как происходило превращение личинки во взрослое животное оставалось ученым неизвестно.
Чтобы это выяснить исследователи проследили развитие современной брахиоподы Lingula anatina. Они рождаются с маленькой и легкой раковиной, после чего около 30 дней особь свободно плавает и питается при помощи первых щупалец лофофора, пока растет ее раковина. Затем она оседает на дно и закапывается в грунт, где будет оставаться всю жизнь. Исследователей заинтересовали изменения, которые происходят с раковиной молодой особи от момента её вылупления из яйца до оседания на дно.
Ученые применили методы световой и электронной микроскопии, чтобы рассмотреть микроскульптуру раковинок молодых лингул. Они выяснили, что она стадийно изменяется и состоит из трех зон, имеющих разные морфологические признаки. Это позволило ученым выделить три этапа развития раковины: с тонким органическим протегулюмом при рождении, затем в тоще воды начинает расти гладкая брефическая раковинка, имеющая лишь линии роста на поверхности, а после оседания на дно у личинки формируется рельефная и тяжёлая взрослая раковина. «Таким образом, современные методы исследования строения раковины ныне живущих лингулид позволили нам предложить критерии, по которым можно реконструировать жизненный цикл ископаемых брахиопод, которые чрезвычайно многочисленны и разнообразны в палеонтологической летописи. Но какие же признаки строения раковины могут служить для определения жизненных циклов брахиопод с мягкотелой планктонной личинкой? Как определить питалась эта личинка или же росла за счет запасенного в ней желтка?» — отметила одна из авторов исследования, старший научный сотрудник Палеонтологического института РАН Анна Мадисон.
Чтобы это выяснить, ученые сравнили строение раковин в разных группах ископаемых и современных брахиопод. Они выяснили, что гладкая и нерельефная брефическая раковина, формировалась в толще воды и у предков, и у современных существ. В то время как бугорчатый рельеф на протегулюме и брефической раковине указывает на то, что эти отделы раковины сформировались после оседания и такие брахиоподы имели мягкотелую личинку. На наличие планктонной личинки без раковинки также указывает, что четкой границы между разными участками раковины взрослых форм нет, поскольку все они формируются уже на дне. Исследователи также выяснили, что размер протегулюма и брефической раковины может характеризовать рацион питания планктонной стадии. Крупный размер указывает на быстрый рост за счет активного питания, мелкие размер — на медленный незначительный рост за счет использования запасов желтка.
«Применение изложенных критериев привело нас к интересному выводу: в раннем кембрии, около 540 миллионов лет назад, у первых брахиопод в планктоне обитала лишь ресничная личинка без раковины, которая питалась и плавала при помощи работы ресничных шнуров. А молодая особь, выходящая из яйца уже с раковиной, как у современных лингулид, — эволюционное изобретение брахиопод. Оно появилось лишь в ордовике (около 450 миллионов лет назад) и позволило некоторым плеченогим более эффективно расселяться: личинка, защищенная раковиной, пусть и не слишком прочной, всё же лучше защищена от хищников и имеет больше шансов стать прикреплённой взрослой особью и дать плодовитое потомство. Естественный отбор всячески поддерживает подобные обретения, Важно отметить, что сходным образом происходила эволюция жизненных циклов других малоподвижных животных – моллюсков, у базальных групп которых, например, у хитонов, сохранилась ресничная личинка — трохофора, в то время как у брюхоногих и двустворчатых представителей типа из яйца вылупляется велигер, который представляет собой молодую особь с раковиной и наиболее эффективно выполняет расселительную функцию, как и у брахиопод», — рассказала другой соавтор исследования, старший научный сотрудник биологического факультета МГУ Татьяна Кузьмина.
Таким образом, за сто миллионов лет эволюционного пути некоторые плеченогие перешли от развития с метаморфозом к прямому развитию. А распространенная гипотеза о том, что жизненный цикл современных лингул был предковым для всех брахиопод, должна быть пересмотрена. «Благодаря этой работе мы, зная морфологию раковинки современной брахиоподы и её вымерших родственников, смогли реконструировать их жизненный цикл и наполнить биологическим смыслом глубины далекого прошлого. По сути, мы изобрели “машину времени”, которая позволяет путешествовать в прошлое и выяснять, как жили вымершие животные», — резюмировала профессор МГУ Елена Темерева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
