650 миллионов лет назад жизнь на Земле была представлена в основном обитавшими в воде организмами с примитивным (асимметричным или радиально-симметричным) строением тела, у которых нервной системы либо вообще не было (как у губок), либо она в лучшем случае была примитивной (как у стрекающих и гребневиков). Но 630 миллионов лет назад появилось тело нового строения – двусторонне-симметричное. У двусторонне-симметричных живых существ сформировалась мощная нервная система с сосредоточением нейронов в голове – мозгом, способным оценивать окружающую обстановку и формировать гораздо более сложное поведение, чем можно было наблюдать когда-либо раньше. Во время Кембрийского взрыва, в промежутке между 543 и 480 миллионами лет назад, смышленые билатерии, населявшие океаны, стремительно размножились и обрели тела самого разного строения. Примерно 400 миллионов лет назад некоторые из этих двусторонне-симметричных беспозвоночных (в частности, многоножки) населили сушу, а 350 миллионов лет назад к ним присоединились земноводные – первые позвоночные, способные дышать атмосферным кислородом. Эволюция шла своим чередом как под водой, так и над ней, в результате чего мы получили огромное разнообразие современных животных. Очевидно, в строении двусторонне-симметричных живых существ было нечто особенное, что, возникнув однажды, позволило этому строению тела стать доминантным, причем это положение сохраняется и по сей день. Вот почему материал, который предоставляют те немногие виды водных билатерий, которые с древности практически не изменились, столь ценен для понимания путешествия, проделанного клеткой от LUCA до нас с вами.

Мы уже говорили о том, что тело стрекающих имеет двусторонне-симметричное строение, а его центральная ось проходит от единственного пищеварительного отверстия (устья) до противоположного конца внутренней полости. У полипов это отверстие располагается сверху, а у медуз – снизу. В любом случае оси от передней части до задней у них нет, да и по строению они скорее представляют собой трубку (рисунок 28.1). Такое строение тела вполне соответствует их малоподвижному образу жизни. Щупальца неподвижных полипов захватывают то, что проплывает мимо в любую сторону по горизонтали, и передают добычу к направленному вверх рту. По аналогии могут питаться и медузы, в то время как поток воды тянет их за собой; их рот ориентирован вниз, и они захватывают пищу во всех направлениях. Хотя во время охоты медузы могут медленно плыть, а также быстро удирать от опасности, бо́льшую часть своей жизни они довольно пассивны.

Рисунок 28.1. Радиально-симметричное строение тел стрекающих

Двусторонне-симметричные животные, напротив, стремятся к высокой мобильности и имеют предпочтительное направление движения. Начав движение, они перемещаются вперед, а не в стороны или назад. Но что же значит «вперед»? Вперед – это направление, которое непосредственно следует из формы двусторонне-симметричного тела.

Помните, что у двусторонне-симметричных существ имеются две основные оси строения – спереди назад и сверху вниз, формально называемые передне-задней и верхне-нижней осями (рисунок 28.2). У большинства животных длинная ось тела – передне-задняя – расположена горизонтально (параллельно земле), а передний конец тела является головой. С другой стороны, верхне-нижняя ось определяется относительно живота и спины: живот – снизу (ближе к земле), а спина – сверху (ближе к небу). Прямоходящие животные (люди) являются исключением: как показано на рисунке 28.2, оси у них несколько изменены и называются по-другому.

Рисунок 28.2. Обозначение осей тела у горизонтальных и прямоходящих организмов

Билатеральные были первыми живыми существами, у которых появилась голова, и направление, к которому она обращена, называется «вперед» – для большинства двусторонне-симметричных существ это направление движения основное. Кроме того, голова является местом расположения многих органов чувств (глаз, ушей, носа), поэтому она направляет движущееся вперед тело в поисках пищи, воды, убежища или партнера, а также контролирует его поведение при приближении к этим объектам и удалении от опасности. Особенно сложными у животных с двусторонне-симметричными телами стали отношения хищника и жертвы: такое строение позволяет одним преследовать добычу, а другим – спасаться от преследователей.

В голове у билатерий также находится мозг, принимающий и обрабатывающий сенсорную информацию и отвечающий за координацию поведенческих реакций их вытянутых тел. Учитывая, что рот тоже расположен в передней части головы, потребление пищи и еды не требует смены положения. Мозг может контролировать сокращение мышц отдельных частей тела, поскольку соединен с продольным позвоночным столбом, который проходит через верхне-нижнюю ось, и ветвящимися нервами по всему своему пути. Мозг и нервный ствол примитивных двусторонне-симметричных животных изображен на рисунке 28.3.

Рисунок 28.3. Мозг и нервный ствол у примитивного двусторонне-симметричного животного

Согласно популярной теории о формировании двусторонне-симметричных тел, с точки зрения выживания у смотрящего вперед организма появлялись преимущества в движении. Хотя существуют и другие теории, объясняющие появление билатеральных тел, большинство ученых согласны с тем, что у такого строения есть значительные преимущества для движения, лежащего в основе многих видов деятельности, которые обеспечивают выживание. Это объясняет, почему двусторонне-симметричное строение тела получило повсеместное распространение и так долго сохраняет позицию данного животным по умолчанию.

Учитывая, что двусторонне-симметричные животные произошли от радиально-симметричных, возникает основной вопрос: как из животных, тела которых имели всего одну ось, получились животные с двумя осями тела? Ключевым звеном в конструкции тела высших многоклеточных была организация генов в последовательности гомеобокс. Для двусторонне-симметричных животных особую важность имеет группа генов, называемых гомеозисными, или hox-генами (хокс-генами). У небилатеральных животных таких генов немного; у билатеральных же десятки таких генов определяют симметрию тела и управляют ростом частей тела относительно передне-задней оси. Этот процесс называется «передне-заднее осевое моделирование». К теме гомеозисных генов мы вернемся, когда будем говорить об эволюции позвоночных.