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

Новое применение старой раковины

Наблюдая рост животного от оплодотворенного яйца до многоклеточного существа, от простого к сложному, практически невозможно не проводить параллелей с общим ходом эволюции. В свое время ученым казалось, что если наблюдать животное на протяжении его жизни с самого зачатия, то можно разобраться в эволюции данного вида в геологических масштабах времени. Человеческий зародыш вначале и в самом деле напоминает рыбу, потом ящерицу… Однако теперь мы знаем, что связь эволюции и индивидуального развития организма гораздо тоньше и сложнее. Современные люди, ящерицы и рыбы произошли от одного общего предка, а не друг от друга. Но понять, как это происходило, можно в том числе и сравнивая развитие эмбрионов разных видов.

Эмбрионы современных наутилусов и кальмаров тоже похожи друг на друга, причем гораздо больше, чем взрослые особи. И те и другие растут, прикрепившись, как зародыш цыпленка, к большому шарику желтка, словно маленькая плоская шапочка. На макушке этой шапочки находится часть мантии, из которой образуется раковина; ниже, вокруг протораковины, располагается остальная часть животного, в том числе кольцо очаровательных зачатков рук. Эти эмбрионы еще не выглядят ни наутилусами, ни кальмарами, но они похожи на другой вид моллюсков — странную маленькую группу не-совсем-улиток под названием моноплакофоры (в переводе с греческого «несущие одну раковину»[42]), а их раковины колпачковидной формы напоминают шапочки эмбрионов головоногих.

Моноплакофоры так редко встречаются в наши дни, что у них нет обиходного названия (типа «улитки» или «клемы»). До 1952 г. они были известны только в виде окаменелостей, пока участники глубоководной исследовательской экспедиции не подняли на борт живых представителей «одной из зоологических сенсаций ХХ в»., как выразился эксперт по моллюскам[43]. Не стоит воспринимать это как драматическое преувеличение: вы только представьте себе восторг от открытия настоящего живого ископаемого (ведь мы-то думали, что эти существа вымерли 400 млн лет назад!), а кроме того, обратите внимание на то, что живые моноплакофоры оказались совсем не похожими на улиток, в одну кучу с которыми ошибочно свалили их ископаемых предков. У моноплакофор, единственных среди моллюсков, обнаружились многочисленные повторяющиеся наборы мышц, прикрепленных к раковине, а также почек и жабр. Такая повторяемость органов может быть приспособлением к низкому уровню кислорода; она характерна и для трилобитов. Наверное, неслучайно в ранней кембрийской фауне преобладали как раз моноплакофоры и трилобиты.

Учитывая изобилие моноплакофор в те времена, неудивительно, что кто-то из них мог стать предком головоногих. Предположение, сделанное на основании эмбриологических исследований, было подтверждено данными палеонтологической летописи. Самое вероятное связующее звено между моноплакофорами и головоногими — ископаемый моллюск Knightoconus (сам он, скорее всего, не был головоногим, но головоногими могли стать его потомки), чья раковина вместо плоского колпачка превратилась в высокий конус. И что самое главное, раковина оказалась достаточного размера, чтобы ее можно было разделить на камеры.

По предположениям ученых, это произошло в три простых этапа. Первый этап: некоторые моноплакофоры начали выделять в раковины жидкость менее соленую, чем морская вода. Если нагреть воздух в воздушном шаре, он становится легче окружающего воздуха, а если опреснить воду в раковине, она становится легче окружающей воды. Возможно, от этого животным (все еще ползавшим по дну) стало легче таскать на себе тяжелые раковины. Второй этап: некоторые потомки первых моллюсков с облегченными раковинами стали чередовать выделение жидкости с выделением строительного вещества раковины. В результате периодически выделяемый материал раковины запечатывал отдельные камеры и не давал жидкости вытечь. Третий этап: потомки их потомков начали использовать тонкую трубочку из плоти, которая тянулась сквозь все камеры раковины, чтобы извлечь жидкость и заменить ее газом. Полученная дополнительная плавучесть позволяла и раковине, и самому животному подняться в толщу воды.

Дело в том, что главный изъян раковины — ее вес: он ограничивает и размеры, и мобильность. Как известно, улитки не отличаются скоростью передвижения, а самый крупный неголовоногий моллюск — гигантская тридакна — и вовсе ведет оседлый образ жизни. Главным нововведением головоногих стала плавучая раковина. Она привела к полной перестройке плана тела моллюска, превратив ползающих слизняков в легких, способных парить в толще воды существ. Из всех блестящих изобретений головоногих такая раковина появилась первой — еще до реактивного движения, мгновенной смены маскировочной окраски и сложно устроенных глаз, но сегодня об этом практически забыли. Чтобы восстановить историческую справедливость, стоит прислушаться к палеонтологам. Бьорн Крёгер из Музея естественной истории Берлина называет плавучую раковину «эволюционным прорывом, сравнимым по значимости с развитием крыльев у насекомых»[44].

Если, по вашему мнению, это звучит недостаточно весомо, попробуйте представить себе мир без пчел, жуков, мух, бабочек, комаров, мошек, кузнечиков, цикад.

Как и полет, плавучесть — сложный навык: головоногие не могли просто заглянуть в цветочный магазин и подключиться к баллону для надувания воздушных шариков. Хотя бы потому, что цветы появились только через 300 млн лет. Первым необходимым шагом было развитие разделенной на камеры раковины, такой как, например, у Knightoconus. Стенки между камерами называются септами, они позволяют головоногому запечатать газосодержащую часть и отделить ее от жилой части, чтобы газ не вытек через дверь дома. Газосодержащая часть называется фрагмокон{3}, от греческого «фрагмос» — «ограда» (поскольку она огорожена). А жилая часть (тут наука удивительным образом отступила от своего пристрастия к мертвым языкам) попросту называется жилой камерой. По мере роста головоногий моллюск, обладающий раковиной, строит новую жилую камеру побольше и запечатывает старую. То есть фрагмокон на самом деле состоит из ряда десятков камер и септ.

Рис. 2.1a. Принято считать, что моллюск Plectronoceras cambria первый из ископаемых головоногих обзавелся раковиной, разделенной на камеры, и тонкой трубочкой, которая позволяла регулировать содержание жидкости.

Художественная реконструкция того, как выглядел плектроноцерас при жизни

Реконструкция: B. T. Roach

Рис. 2.1б. Два ископаемых плектроноцераса (масштаб 3 мм)

Ископаемое: Jakob Vinther

Когда я впервые узнала о плавучести наутилусов, я предположила, что они активно накачивают газ в раковины, как пилот воздушного шара, когда готовится к полету. Если бы я жила в XIX в., эта гипотеза соответствовала бы существовавшим тогда научным представлениям. Но десятки лет тщательных наблюдений в ХХ в. показали, что наутилус занимается лишь тем, что выкачивает воду из раковины. На освободившееся место медленно просачивается газ, но это всего лишь случайность, которая демонстрирует, что природа не терпит пустоты.

Бóльшая часть тела животного находится в жилой камере, но, чтобы регулировать соотношение газа и жидкости, оно частично присутствует и во фрагмоконе. Небольшая трубочка из плоти, которая называется сифункул{4}, проходит через все запечатанные камеры[45]. Замечательно, что животное может регулировать соленость крови в этой трубке и таким образом обращать себе на пользу осмос — стремление воды проникать через мембрану в сторону большей концентрации соли. Сильносоленая жидкость в сифункуле естественным образом вбирает в себя воду из камер фрагмокона, а освободившееся пространство заполняется газами, выделяющимися из крови животного.

Способность постоянно прибавлять новые плавучие камеры к фрагмоконам позволила древним головоногим достигать поистине колоссальных размеров. Конечно, по мере увеличения раковина становилась тяжелее, но головоногие всегда могли облегчить свою ношу, увеличив количество выделяемого газа. Похоже, эволюция научилась выращивать гигантских головоногих именно благодаря первым разделенным на камеры раковинам, которые сначала были крошечными.

Первый потенциально плавучий моллюск, которого обнаружили в виде окаменелости, вместе с трубкой для извлечения жидкости был размером меньше 2 см. Полное имя этого миниатюрного создания — плектроноцерас (Plectronoceras cambria). Первая часть имени «плектрон» описывает форму его раковины, похожую на гитарный медиатор, а вторая часть «церас» — это весьма распространенное «второе имя» для древних раковинных головоногих. Оно означает «рог»: раковины и в самом деле напоминают рога — прямые, изогнутые или закрученные, в зависимости от вида. («Церас» встречается в названиях так часто, что палеонтологи стали иногда сокращать его до одной буквы и пишут, например, Plectronoc.). А видовое название cambria, конечно, отсылает к периоду, в котором появился этот моллюск.

Казалось очевидным, что все последующие головоногие произошли либо от кембрийского плектроноцераса, либо от кого-то очень похожего. До тех пор, пока кто-то не предположил, что главным изобретением головоногих была не плавучесть, а реактивное движение.