Шестиногий жаброкрыл без головы и его сухопутные современники

Могут ли крылья «вырасти» из жабр, почему третий конкурент в борьбе за право называться первым насекомым потерял голову, кто такие «фрины зари» и как палеонтолог опубликовал в Nature статью о жизни после смерти, читайте в рубрике «История науки».

Палеонтологам часто требуется не только обширный багаж знаний, но и интуиция: попробуй восстанови по небольшим разрозненным фрагментам облик существа, которого ни один человек никогда не видел. Но иногда интуиция их здорово подводит: Indicator.Ru уже рассказывал о «войнах» палеонтологов и «ракообразном» птеродактиле, а также злоключениях игуанодона. И если даже огромные динозавры вызывают множество споров, теряя голову и заново обнаруживая ее где-нибудь на кончике хвоста, чего уж говорить о перевернутой вверх ногами и вынужденной много лет «ходить на шипах» галлюцигении, и уж тем более о крохотных насекомых. Их не то что верно определить, он и снять с полки десятками лет никто не удосуживается.

И бездна посмотрит в тебя

11 ноября 1988 года в одном из самых престижных научных журналов, Science, вышла статья о самом древнем найденном насекомом. Автор работы, Конрад Лабандейра из Чикагского университета, описал канадское ископаемое, которое на момент открытие стало древнейшим известным науке насекомым – и даже одним из первых известных наземных животных вообще.

На первый взгляд в находке нет ничего примечательного. И даже не только на первый: кусок отвердевшего ила сантиметровой толщины с побережья бухты Гаспе в провинции Квебек, в котором сохранился драгоценный образец с головой 0,7 миллиметров в ширину, пять лет пылился на полке. Но в какой-то момент он показался интересным нашедшему его коллеге Лабандейры, Фрэнсису Хьюберу, который занимался поиском ископаемых растений. Потом палеоботаник решил показать фрагмент арахнологу Бретту Биллу, который и принес его Лабандейре. И тут в глаза искателя древних насекомых словно заглянула бездна ушедших веков: Конрад увидел непропорционально огромные глаза древнего существа и часть ротового аппарата.

Втроем палеонтологи заключили, что перед ними древнейшее насекомое на планете, которое примерно на 80 миллионов лет старше предыдущего почти полностью сохранившегося «рекордсмена». Еще один нью-йоркский родственник древнечелюстного из Гаспе был «моложе» его на 15 миллионов лет, но оставил потомкам лишь участок глаза и маленький кусочек тела. Новая находка была не плоским отпечатком и не расплющенным остатком, а двумя трехмерными фрагментами. Первый представлял собой голову, второй – тело. Для такой древней находки сохранность была просто поразительной. При этом обе части находились в одном небольшом куске породы и отлично подходили друг к другу, что доказывало их принадлежность к одному организму при жизни. Жил он в раннем девоне, точнее, примерно 392 миллиона лет назад.

«Он изящен, – говорил Конрад Лабандейра корреспонденту New York Times. – Мы можем сказать, что у насекомого были огромные выпуклые глаза с многочисленными фасетками. Сохранилось 70% головы, включая части ротового аппарата. Можно увидеть углубления, откуда росли антенны, и дырочки, в которых были волоски. Даже выступы внутри головы, где крепились мускулы. Вот о какой сохранности идет речь».

Прочту все по зубам

Челюсти для классификации членистоногих – один из ключевых признаков, да и для многих ископаемых позвоночных тоже важны, потому что зубы сохраняются очень хорошо. Существо отнесли к отряду древнечелюстных (Archaeognatha) и группе первичнобескрылых насекомых, не потерявших крылья в процессе эволюции, а даже не развивших их. Однако даже древнечелюстным титул самых древних насекомых оказался «не по зубам». Первенство они обидно «проиграли» гораздо более ранней находке.

Но сделаем отступление. Первые насекомые вовсе не заняли пустую и никому не нужную сушу, а встроились в уже существующую экосистему. Они обосновались там, где уже обитали хищные членистоногие тригонотарбы (а поскольку те были хищниками, очевидно, существовали и жертвы – например, различные черви). Тригонотарбы (Trigonotarbida) были далекими родственниками ныне здравствующих паукообразных, правда, паутину плести они, скорее всего, не умели (хотя есть и сообщения о находках с отпечатками чего-то похожего на паутинный орган).

Открыл их в 1837 году британский палеонтолог и геолог Уильям Баклэнд – тот самый, что за двадцать два года до этого случайно купил неподалеку от Оксфорда окаменевший фрагмент внушительной челюсти неизвестной рептилии. После этого (не без участия Кювье, потому что тогда ничто в палеонтологии не проходило мимо Кювье) наука узнала о существовании динозавров. Первым из них стал мегалозавр, обладатель таинственной челюсти, а Баклэнд обрел славу и почет.

Правда, гениального умения определять животных по палеонтологическим останкам Баклэнд так и не обрел: уже купаясь в славе, он назовет открытого Гидеоном Мантеллом игуанодона рыбой. Рядом с этим промахом коготь, ставший рогом на носу в реконструкции Мантелла, кажется несущественным. Ну а первого тригонотарба (а ведь они населяли сушу на протяжении более 140 миллионов лет – почти так же долго, как динозавры) он просто принял за жука и назвал Curculoides prestvicii. 34 года несчастный тригонотарб прощеголял под этим именем, но оно того стоило: в конце концов его поставили на эволюционно-систематическое место и наградили прекрасным родовым названием Eophrynus, что расшифровывается как «фрина зари» (фрины – это тоже отряд паукообразных).

Изгнанники класса насекомых

Другие членистоногие современники древнечелюстных, делившие с ними сушу – это ногохвостки, они же коллемболы (Collembola) или подуры. Скоро вы поймете, зачем они нужны в этом повествовании.

Коллемболы здравствуют и поныне, причем встречаются в завидном многообразии – сейчас известно более восьми тысяч видов, а ископаемых – больше двух десятков. Неудивительно, что таких распространенных животных впервые описал еще Карл Линней. Название «коллембола» пришло в латынь из греческого языка, и переводится оно как «колышек с клеем». У большинства коллембол такой «прибор» имеется на брюшке, и называется он коллофором.

Нужен он вот зачем: коллемболы слишком легкие, поэтому когда им хочется от кого-то упрыгать, приземляться неудобно – то ветром сдует, то от листа отскакивают. Поэтому для «мягкой посадки» у них есть такая трубочка с каплей клея на конце. А чтобы хорошо прыгать, у многих видов также есть и вилка, которая резко распрямляется при прыжке, чтобы животное отскакивало, как из катапульты.

Самих ногохвосток можно поделить на две большие группы. Слитнобрюхие коллемболы почти шарообразные и напоминают маленьких мультяшных осликов, а членистобрюхие могут похвастаться вытянутой формой тела. Ногохвостки очень малы и, как и насекомые, имеют шесть конечностей, поэтому изначально их приняли за примитивных насекомых, сделав отрядом внутри группы первичнобескрылых (тех самых, к которым относятся уже упомянутые древнечелюстные).

Но после статьи в Science 2003 года о митохондриальном геноме коллембол вокруг них разгорелись жаркие споры. Отголоски их слышны уже почти пятнадцать лет. Из класса насекомых ногохвосток изгнали ничтоже сумняшеся – вместе с еще двумя подгруппами скрыточелюстных. Но на этом согласие в рядах ученых закончилось. Что делать дальше, они так и не решили. Объединять ли их с насекомыми в большую группу шестиногих? Сделать ли скрыточелюстных самостоятельным классом, а коллембол – подклассом?

Для ответа придется разобраться с систематикой насекомых и их родичей, но это уже вопрос не только прошлого науки, а самого что ни на есть настоящего. Даже сейчас их латинское название –Insecta – используется в трех или четырех значениях, а если копнуть в историю, можно обнаружить и того больше вариантов (к счастью, уже устаревших). Например, Аристотель объединял под аналогичной, по сути, группой Entomon всех членистоногих, кроме ракообразных (с тех пор и повелось в рамках «науки о насекомых» энтомологии изучать и насекомых, и многоножек с пауками). Французский естествоиспытатель Рене Реомюр (на Indicator.Ru есть рассказ и об этом чрезвычайно разностороннем ученом) пошел и того дальше, сделав из насекомых «свалку» для всех животных, кроме млекопитающих, птиц и рыб. Жан-Батист Ламарк же удостоил чести быть причисленными к этой группе только некоторых крылатых насекомых и дискриминировал всех остальных существ.

Ногохвостка теряет голову, становясь предтечей из чертов

Читатель должен нас извинить: мы так подробно обсуждали систематические перипетии вокруг коллембол исключительно чтобы понять, на чьей стороне эти существа. Все-таки одним из древнейших известных науке представителей сухопутных членистоногих в глазах потомков остается коллембола. И вот как это получилось.

В 1910-1913 годах картограф Уильям Маки исследовал окрестности шотландской деревни Райни и открыл там окаменевшие болота. Их назвали Райниевыми чертами – не из-за ассоциаций с нечистью, а потому, что chert по-английски означает «кремень». В этих отложениях, датированных ранним девоном, оказалось множество ископаемых остатков: грибов, сосудистых растений, водорослей, лишайников и членистоногих. Изучая образцы из Райниевых чертов на рубеже двадцатых годов, пожилой на тот момент шотландский палеонтолог Роберт Кидстон перед смертью успел обогатить палеомикологию ценнейшей информацией о древних грибах.

В 1919 году коллекцию образцов в Райниевых чертах собрал палеонтолог Реверенд Кран, передавший ее коллегам, Хирсту и Маулику. Те добрались до публикации результатов лишь через семь лет (видимо, образов было немало), и нашли в них части членистоногого, которое они назвали Rhyniella praecursor, что переводится как «маленький предшественник из Райни». Возраст этой риниеллы, хитиновый скелет которой собрали по кусочкам, составил примерно 410 миллионов лет, поэтому для названия было в целом не очень важно, чьим конкретно предшественником считать находку. Поначалу ученые решили, что это какая-то личиночная форма насекомого. Голову, найденную рядом, они отнесли к тому же организму.

Поставить голову на место через два года смог энтомолог и геолог Роберт Тилльярд. Сам он, кстати, был личностью весьма разносторонней. Перед тем, как навести порядок в истории этих обитателей Райниевых чертов, он успел изучить биологию стрекоз, и поработать борцом с насекомыми-вредителями в Австралии, с помощью осы-наездника сдержав натиск бурно размножающихся тлей. Потом Тилльярд написал учебник о насекомых этого континента, который еще полвека сохранит актуальность. От непропорционально большой (!) по сравнению с коллегами зарплаты в Государственном объединении научных и прикладных исследований, куда его устроили в 1928 году, он так измучился, что его здоровье пошатнулось. Кстати, в этот период его интересы начали смещаться в сторону геологии и физики, а потом и вовсе увлекся спиритуализмом, начав посещать сеансы медиума мины Крандон в Бостоне. Итогом этого увлечения стала публикация в журнале Nature, якобы научно доказывающая жизнь после смерти. На самом деле ничего он не доказал, зато убедил редактора, своего знакомого сэра Ричарда Грегори, напечатать этот материал.

Как бы то ни было, все это не помешало Роберту Тилльярду, что фрагменты ротового аппарата и головы совсем не принадлежат риниелле. Он воссоздал из них (и нескольких других частей корпуса) отдельное существо, назвав его в честь первооткрывателя Rhyniognatha hirsti («хирстовы челюсти из Райни»). Новообретенное насекомое подарили Лондонскому Музею естественной истории. И только в 2004 году, после семидесятилетнего прозябания в тени (и, кстати, публикации в том же Nature), оно получило заслуженный титул «древнейшего насекомого».

В 1940 году были описаны новые образцы и части риниеллы – со временем ученые поняли, что это все-таки коллембола. Так что, будь коллембола насекомым, «самых древних насекомых» было бы два. Но есть небольшая вероятность, что Archaeognatha из коллекции Лабандейры так и не утратила первенства: некоторые ученые до сих пор считают Rhyniognatha hirsti многоножкой.

Где твои крылья, которые нравились мне?

Еще один интересный вопрос, который хотелось бы задать обитателю окаменевших райниевых болот, касается его крыльев. Их найти не удалось, но они могли просто не сохраниться. С другой стороны, найденная окаменелость могла быть личиночной формой, у которой крылья еще не развились.

Кстати, с происхождением крыльев у насекомых в целом тоже все не так гладко. Понятно, что они возникли давно (но не у всех), а у тех же коллембол не возникли. Но насчет того, откуда крылья взялись, тоже существует с полдюжины гипотез. Наш старый знакомый Конрад Лабандейра, например, предполагает, что крылья – это… видоизмененные трахейные жабры (такие, как бывают у личинок поденок или стрекоз). Другие гипотезы несколько скучнее – например, что крылья образовались из выростов грудного сегмента, – но тоже имеют право на существование.

Конечно, палеонтологу эта «гонка за первое место» и титул «самого-самого» не покажется такой же увлекательной, как читателю. Ученые знают, что попавшие в их руки образцы – лишь тысячная, а то миллионная доля всего разнообразия видов в прошлом. Открыть их все совершенно невозможно. Поэтому найденные в раннедевонских отложениях коллемболы, древнечелюстные или другие существа почти точно не будут представителями самого древнего вида своей группы, и уж тем более самыми древними членистоногими. Несмотря на это, такие животные позволяют нам приблизиться к их предкам и родственникам и реконструировать кусочек эволюции.

Да и следить за самой гонкой вовсе не так бесполезно, как кажется на первый взгляд. Болея за своих фаворитов, можно увидеть проносящиеся мимо эпохи палеонтологии. И речь здесь не об эпохах в геологическом смысле, а о коротких, близких к длине человеческой жизни, периодах, на протяжении которых палеонтологи придерживались определенных идей. Здесь и история жизни на Земле, и история науки развивается с такой поразительной быстротой, что даже за промежуток времени между 1991 и 2009 годами лишь 10% семейств ископаемых шестиногих остались без изменений. 60% семейств пришлось «подвинуться» на своей стратиграфической шкале, а о 30% и вовсе стало известно впервые.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.