Часть V
…А потом животные изобрели нейроны

Официальное название царства животных – многоклеточные, или настоящие животные. С биологической точки зрения животных определяют исходя из их отличий от организмов двух других многоклеточных царств. Другими словами, животное – это многоклеточный организм, который не является ни растением, ни грибом. Как отмечалось ранее, каждая из этих групп эволюционировала из своего собственного одноклеточного простейшего предка, выживала по-своему и передала своим потомкам несколько разные гены, которые, в свою очередь, породили уникальные тела, абсолютно по-разному решающие проблему выживания и воспроизводства. Многие различия между представителями этих царств появились в результате того, что эволюция каждого из них шла по своему уникальному пути, и эти пути разделили типы многоклеточных организмов, однако все три имеют исключительную важность.

Во-первых, каждая из этих групп отличается от двух других способом управления энергией. Как уже отмечалось, животные получают энергию, потребляя и переваривая другие организмы, включая грибы, растения или даже других животных, тогда как у грибов переваривание других организмов вынесено за пределы их собственного тела. Грибы потребляют переваренный продукт; растения по большей части никого не едят и не потребляют в переваренном виде, справляясь с этой задачей самостоятельно: посредством фотосинтеза они вырабатывают собственную энергию. Второе яркое отличие представителей царства животных от представителей других царств – это их подвижность: в своем мире они постоянно перемещаются с одного места на другое. Многие животные с высокой степенью точности отвечают на внезапные изменения условий окружающей среды, и эта способность очень пригодилась им для добывания пищи; подвижные животные могут ловить подвижных жертв, а также спасаться от охотящихся на них хищников – теперь понятно, как отношения «хищник – жертва» способствовали многим аспектам эволюции животных. Способность совершать быстрые и точные движения породило третье отличие: только у животных в ходе эволюции появилась нервная система, и это значительно расширило их поведенческий диапазон.

Эволюционный путь от простейших к многоклеточным животным изображен на рисунке 23.1. Чем больше у организма клеток, тем больше энергии ему требуется, а для выработки энергии нужен кислород. В связи с этим интересно отметить, что возраст самых древних ископаемых животных совпадает с произошедшим примерно 800 миллионов лет назад существенным повышением концентрации кислорода в атмосфере.

Рисунок 23.1. Переход от одноклеточных к животным (многоклеточным)

Но какое же существо было первым животным? Латинское название простейших – protozoa – в буквальном переводе означает «первые животные», но этот термин сохранился с тех пор, когда животных еще не описывали с позиции их многоклеточности. Я разделяю общепринятое сегодня представление, согласно которому первыми животными были губки (лат. Porifera). Хотя самым старым ископаемым представителям этого типа животных примерно 650 миллионов лет, согласно данным молекулярного анализа, на Земле они появились, вероятно, около 800 миллионов лет назад. Отсутствие ископаемых, подтверждающих первые 150 миллионов лет их существования, объясняется двумя факторами. Один из них заключается в том, что геологические и атмосферные условия того времени в целом не способствовали фоссилизации, но даже если бы они были более благоприятными, не все губки смогли бы фоссилизоваться, потому что у них были мягкие тела, которые плохо сохранились бы в виде ископаемых.

Хотя губки состоят из множества клеток, у них нет тканей, поэтому изначально частью царства животных их не считали. Они обладали, скажем так, промежуточным статусом: находились выше простейших, но ниже настоящих животных. Место в царстве многоклеточных животных за ними закрепилось, когда было доказано, что у губок есть гены, которые до этого находили только у зверей, но из-за отсутствия тканей их по-прежнему считают чем-то средним между простейшими и настоящими животными. Именно поэтому, как станет ясно из следующей главы, губки являются важным связующим звеном между одноклеточными простейшими и всеми остальными представителями царства животных.

Губки входят в подцарство многоклеточной формы жизни под названием «паразои» (лат. Parazoa), что в буквальном переводе означает «рядом с животными». Это подцарство включает всего две группы; вторая его группа – пластинчатые (лат. Placazoa), такие же многоклеточные, не имеющие тканей животные, как и губки. Разновидностей губок на сегодняшний день существует много, а вот пластинчатые представлены одним-единственным видом, и называется он «трихоплакс» (лат. Trichoplax adhaerens).

Все животные, у которых есть ткани, образующие органы и системы, относятся к подцарству эуметазоев (лат. Eumetazoa), то есть «настоящих животных» (таблица 23.1). Первыми типами эуметазоев были гребневики (лат. Ctenophora) и стрекающие (лат. Cnidaria) – гидры, медузы, морские анемоны и кораллы. Вместе с гребневиками и стрекающими паразои считаются низшими многоклеточными – животными, находящимися у основания древа жизни животных (рисунок 23.2).

Таблица 23.1. Подцарства животных

Рисунок 23.2. Низшие многоклеточные

Выше уже упоминалось о том, что согласно общепринятой точке зрения первыми животными были губки. Несмотря на долгие дебаты о том, какой тип появился раньше – гребневики или губки (рисунок 23.3), – бо́льшая часть ученых придерживаются теории о первичности губок; мы продолжим наше исследование, предполагая, что все было именно так.

Часто говорят о том, что эти низшие многоклеточные за последние полмиллиона лет или около того почти не изменились. Однако строение тех относительно стабильных организмов, которыми этот тип представлен сегодня, скорее всего, претерпело довольно много изменений в период, который начался, когда эти группы изначально разошлись в своем развитии, и закончился, когда каждая из них стабилизировалась. Именно поэтому Аллен Коллинз, возглавляющий исследовательскую группу, которая изучает историю эволюции древних многоклеточных, предостерегает от использования современных примеров, когда речь идет о низших многоклеточных, потому что губки и медузы наших дней хоть и тесно связаны с их вымершими предками, но не идентичны. Незменным осталось лишь относительно простое базовое строение тел.

Животных группируют по принадлежности к виду, а виды объединяют в тип исходя из того, что строение тел у членов одного типа имеет между собой больше сходств по сравнению с животными из других групп. Для описания строения тел животных часто используют немецкое слово Bauplan. Существуют миллионы видов животных, у каждого из которых свой уникальный Bauplan, но все эти разнообразные строения тел распадаются на основные категории: асимметричные, радиально-симметричные и двусторонне-симметричные (таблица 23.2).

Рисунок 23.3. Два сценария происхождения низших многоклеточных и их нервных систем

Таблица 23.2. Строение тел представителей царства животных

Тела губок обладают неправильной формой, поэтому обычно их называют асимметричными. Тела стрекающих и гребневиков имеют четко определенную форму, их можно разделить на две равные части. Если тело медузы разрезать пополам по направлению сверху вниз, в отличие от губки, получится две симметричные половины, независимо от того, в каком месте ее круглой, похожей на зонтик шляпки вы сделаете разрез. Такие формы называются радиально-симметричными (то есть симметричными по радиусу круга; рисунок 23.4).

Рисунок 23.4. Асимметричное, радиально-симметричное и двусторонне-симметричное строение тела

Примерно 630 миллионов лет назад природа освоила третий способ построения тел: появился червь абсолютно новой «конструкции». Подобно медузе, у него были верхняя и нижняя части, но, помимо этого, у него были четко определены передняя и задняя части. Разрезать такой организм на симметричные половины можно было только по длинной оси по направлению спереди назад, в результате чего получались взаимодополняющие левая и правая стороны. Такие организмы называются двусторонне-симметричными; на сегодняшний день к ним относятся 99 % всех обитающих на Земле живых существ. Большинство из них (если не все) – это потомки червя, который получил название последнего общего двусторонне-симметричного (билатерального) предка LCBA (сокр. от англ. last common bilateral ancestor). Считается, что этим червем была турбеллярия – крошечное морское существо, похожее на плоского червя.

Вскоре после того, как появилась двусторонне-симметричная по строению турбеллярия, разнообразные билатеральные организмы превратились в основную группу живущих на Земле существ. Их бо́льшая часть зародилась 540 миллионов лет назад, а 480 миллионов лет назад процесс возникновения новых видов завершился. Этот период массового возникновения двусторонне-симметричных животных называется Кембрийским взрывом (см. рисунок 23.1), и к его окончанию на Земле присутствовало большинство современных видов (рисунок 23.5). Это не значит, что то разнообразие видов, которое мы наблюдаем сегодня, возникло в период Кембрийского взрыва (были определены типы, но многие современные виды животных появились позже). Все животные кембрийского периода были морскими обитателями, поскольку суши тогда просто не существовало; наземная суматоха начнется чуть позже.

1. Пикайя (лат. Pikaia, головохордовое). 2. Медуза (лат. Cnidaria, стрекающее). 3. Гидра (стрекающее). 4. Морские лилии, или криноидеи (лат. Crinoidea, иглокожее). 5. Гребневики (лат. Ctenophora). 6. Хайкоуэлла (лат. Haikouella, позвоночное). 7. Трилобиты (лат. Trilobita, членистоногое). 8. Губки (лат. Porifera). 9. Приапулиды (лат. Priapulida). 10. Конодонты (лат. Conodonta, позвоночные). 11. Аномалокарис (лат. Anomalocaris, членистоногое). 12. Наутилус (моллюск). 13. Анемон (членистоногое)

Рисунок 23.5. Кембрийский взрыв

Мы еще поговорим о двусторонне-симметричных животных и об их многочисленных разновидностях, однако пока наша цель – рассмотреть низших многоклеточных и, в частности, выяснить, как от одноклеточных простейших предков произошли асимметричные, не имеющие тканей губки, как они положили начало радиально-симметричным, имеющим ткани стрекающим и как те, в свою очередь, стали предшественниками двусторонне-симметричных животных.