В XXI веке палеонтология переживает период бурного развития, постоянно удивляя новыми находками и уточняя сведения о жизни уже известных доисторических существ. Прошедший год не стал исключением и ознаменовался обилием палеонтологических открытий. Издание Naked Science подготовило обзор наиболее значимых, неожиданных и интересных открытий, связанных с древней жизнью, сделанных в 2024 году.
Более ста лет прошло с момента открытия тираннозавра рекса ( Tyrannosaurus rex) продолжает оставаться звездой палеонтологии и «окаменелостью номер один». Новые сведения о жизни динозавра не перестают привлекать внимание ученых, в том числе сведения о его кожных покровах, метаболизм, характеристики и семейные отношения. Ему постоянно назначают нового родню или даже пытаются ее «создать», разделив вид на части.
Умен как тираннозавр
Палеонтологи недавно сосредоточились на изучении мозга тираннозавра, используя компьютерную томографию для исследования внутреннего строения окаменевшего черепа. В частности, они изучают слепок мозга, от которого сохранилась лишь форма, теперь заполненная горными породами. Исследования позволили установить, что динозавр обладал развитым обонятельный центр мозга — а значит, отличный нюх. Затем они занялись интеллектуальными способностями ти-рекса и, что называется, разошлись во мнениях.
Опубликованная в начале 2024 года статья обстоятельно разбирает ошибки предшествующей, авторы которой приписали T. rex примерно три миллиарда нейронов в переднем мозге (это прежде всего большие полушария) и, как следствие, интеллект как у приматов вроде макаки или бабуина. Похоже, теперь от идеи о интеллектуальном суперхищнике мезозоя придется отказаться.
Новая статья опровергла предыдущие оценки и показала, что в мозге тираннозавра могло быть всего около двух миллиардов нейронов. Исследователи также подчеркнули, что не существует доказательств того, что строение мозга динозавра аналогично строению мозга современных птиц, что ранее предполагала одна из авторов статьи). Вероятнее всего, центральная нервная система тираннозавра была схожа с таковой у современных рептилий, которые не отличаются высоким интеллектом, как, например, крокодилы).
Даже точное количество нервных клеток не позволяет определить уровень интеллекта животного. Это подтверждается примерами современных врановых или, к примеру, дельфинов (которые, согласно этой логике, должны превосходить человека по уму). Кроме того, палеонтологи подчеркивают, что для решения таких сложных задач требуется комплексный анализ. Нельзя руководствоваться смелыми догадками, экстраполировать знания, полученные об одних видах животных, на другие, чтобы получить сенсационные результаты.
Необходимо учитывать происхождение исследуемой систематической группы, ее эволюционное развитие и уровень метаболизма (что сейчас становится возможным), индивидуальное развитие организма и так далее.
Вопрос об интеллекте тиранозавра вновь оказался без ответа. Вряд ли он обладал умом, сопоставимым с интеллектом макаки, скорее его когнитивные способности были схожи с таковыми у крокодила, однако пока мы не располагаем достаточными данными для окончательных выводов.
Хромосомы из мамонта
Новость, которую мы сейчас рассматриваем, касается мамонтов, останки которых часто обнаруживаются в вечной мерзлоте Сибири. Это не совсем сфера деятельности палеонтологов, поскольку туши и мумии, относящиеся к недавним оледенениям, не считаются окаменелостями и, следовательно, не входят в их компетенцию. Однако, это значительный прогресс в биологии и научных исследованиях древней жизни. Является важным этапом в развитии отрасли.
В центре сенсации оказалась самка шерстистого мамонта Mammuthus primigenius, обнаруженная в Якутии в 2018 году. Благодаря природному «консервированию» в вечной мерзлоте, напоминающему технологию вяления и сушки мяса, туша сохранилась в превосходном состоянии. Недавно люди даже не брезговали готовить и есть мясо таких мерзлых туш, что красноречиво говорит о сохранности.
Ранее казалось невозможным извлечь из останков мамонта возрастом около 52 тысячи лет полные хромосомы. Сохранность экземпляра, получившего прозвище Того, оказалась настолько хорошей, что ученым удалось не только определить количество хромосом (28 пар), но и реконструировать их трехмерную структуру (конформацию) с помощью разработанной недавно методики Hi-C. В ходе исследования было установлено, что отдельные петли хроматина, состоящие из белка и упакованной в него ДНК, имеют размеры около 50 нанометров.
Как такое могло произойти, и чем это отличается от сохранности других «ледяных мумий», о существовании которых известно множество, и которые в лучшем случае сохранили лишь небольшие фрагменты ДНК? В ходе эксперимента был активирован особый механизм, обеспечивший «остекленение» хромосом. В условиях низких температур они стали жесткими и неподвижными, что позволило сохранить их первоначальную форму. Важно отметить, что древние хромосомы не трансформировались в кристаллические структуры. Автор исследования назвал такое состояние «хромостеклом», намекая на обычное оконные стекло, молекулы которого ведут себя примерно также.
Изучение генома позволило ученым определить активность отдельных генов, отвечающих за формирование шерстистого мамонта, и понять, как он функционировал. Это наводит на мысль, что следующим этапом может стать долгожданное «воскрешение» вымершего вида. В настоящее время это выглядит как фантастика — такая же, которой ранее считалось изучение «окаменевших хромосом».
Во-о-от такая рыба?
Крупнейшие вымершие существа, особенно хищные, вызывают наибольший интерес. Долгое время одним из таких гигантских существ прошлого считался дунклеостий Dunkleosteus terrelli — древняя рыба, относящаяся к палеозойской группе плакодерм, характеризующаяся наличием массивных костных пластин, предохранявших голову и переднюю часть тела.
Дунклеостей входит в отряд артродир (уникальное строение скелета позволяло ему функционировать как «живые кусачки»: челюсти синхронно размыкались и смыкались вверх и вниз, быстро формируя область пониженного давления в полости рта. Вода вместе с добычей устремлялась внутрь, где дунклеостей тут же перекусывал мощными челюстями.
Проблема заключается в том, что от этих и других артродир, как правило, сохраняются лишь челюсти и массивная передняя часть, напоминающая «шлем». Поэтому строение остальной части тела и его размеры палеонтологи могли лишь предполагать, опираясь на сходство с другими рыбами. Неудивительно, что к внушительной голове дунклеостея в итоге «пририсовывали» тело, достигавшее примерно 10 метров в длину.
Однако в последнее время дунклеостея утрачивает репутацию одного из первых действительно гигантских суперхищников. Недавние исследования показали, что у него была непропорционально большая голова и общие размеры колебались от пяти до восьми метров. А в 2024 году палеонтологи использовали новый признак, который очень надежно предсказывает общую длину рыбы, — расстояние от переднего края глаза до заднего конца жаберной крышки. Или до последней жаберной дуги у хрящевых рыб, жабры которых открываются на поверхности тела.
По данным недавнего исследования, длина дунклеостея составляла около четырех метров или меньше. Это говорит о том, что его хорошо адаптированная для охоты голова занимала значительную долю тела, в отличие от современных и известных вымерших акул.
Тем временем мегалодон (Otodus megalodon) — еще один грозный обитатель морей (уже кайнозойской эпохи), — и в этом году также изменил имидж. Ранее палеонтологи усомнились, что он был близким родичем большой белой акулы (Carcharodon carcharias) в отличие от дунклеостея, мегалодон, по мнению современных палеонтологов, обладал большей длиной, достигавшей 10 метров, и имел более стройное, вытянутое телосложение, что позволяет представить его облик как увеличенную копию современного хищника.
А был ли позвоночник
В этом году радостью стали и находки, относящиеся к раннему кембрию — периоду формирования животных, подобных современным. В кембрийских отложениях обнаруживают удивительные вещи: разнообразных членистоногих (включая экземпляры с неожиданными особенностями) и других предков непохожих друг на друга современных животных и порой что-то совсем уж загадочное. Является довольно странным явлением, сложно вписывающимся в картину эволюционного развития.
С кембрийскими хордовыми, предками позвоночных, палеонтологам повезло меньше. В настоящее время к ним с большей уверенностью относят юньнанозоона, хайкоуихту, метасприггину и ряд других организмов. Тем ценнее показалось статья, которая вышла летом 2024 года и описала нуучихта ( Nuucichthys rhynchocephalus).
Описанное существо авторами представляется как небольшое позвоночное, достигающее трех сантиметров в длину и имеющее торпедообразную форму тела. Характерной чертой являются крупные, расположенные близко друг к другу глаза. Тело пересечено многочисленными поперечными мышечными блоками. В отличие от других хордовых, включая современников нуучихта, оно не обладает косым расположением относительно оси тела.
Согласно статье, у животного была крупная голова, и оно плохо плавало, что указывает на его образ жизни, связанный с планктоном, и питание посредством фильтрации. Таким образом, перед нами, вероятно, одно из самых ранних позвоночных — возможно, наш предок.
Однако эти смелые заявления вызвали значительные возражения вопросы. Нуучихт имеет весьма необычная структура, однако его описание получилось недостаточно подробным. Это неудивительно, поскольку его основа – единственный найденный экземпляр, который не был соотнесен с конкретным геологическим разрезом и не подвергался современному физическому анализу.
Существует точка зрения, согласно которой отнесение кембрийского животного к позвоночным, а тем более к хордовым, является преждевременным. Нуучихту можно рассматривать как раннего членистоногого, возможно, родственного ракообразным. В таком случае, у него отсутствовали жаберные щели и поперечные мышечные перемычки (миомеры), характерные для настоящих хордовых.
Ранее уже случались ситуации, когда спорные находки впоследствии переоценивались и переносились в другие систематические группы. Возможно, подобная судьба постигнет и нуучихту: для прояснения вопроса палеонтологам необходимо будет обнаружить дополнительные окаменелости и более детально изучить единственный известный экземпляр.
Дерево-ершик
Палеоботанические исследования часто остаются незамеченными в публикациях, посвященных вымершим животным. Однако, они также могут предоставлять интересные открытия. Ярким примером является Sanfordiacaulis densifolia — уникальное «дерево-ершик», существовавшее в каменноугольный период.
Восстановить облик древних растений — воссоздание картины первых лесов, сформированных этими растениями, представляет собой сложную задачу. Как правило, от них до нас доходят лишь окаменевшие стволы, находящиеся в разложившемся состоянии, а ветки и листья обнаруживаются гораздо реже.
В случае нового вида палеонтологам повезло. Пять экземпляров санфордиакаулиса из Канады были «законсервированы» благодаря стечению обстоятельств во время землетрясения. Оно спровоцировало оползень на берегу озера, в результате чего деревья оказались на дне, в слое отложений, где отсутствовал доступ кислорода.
Специалисты предоставили детальное описание уникальных листьев и формы дерева S. densifolia. Это невысокое деревце, достигающее чуть более 2,5 метра в высоту, характеризовалось тонким стволом и раскидистой вершиной, что придавало ему сходство с ершиком. Его крона формировалась из более чем 200 очень длинных и узких листьев, прикрепленных к стволу черешками. Длина каждого листа превышала два, а иногда и три метра. Точную величину определить сложно, так как концы листьев оказались оторваны. Таким образом, санфордиакаулис обладал густой и объемной кроной, способной эффективно поглощать свет.
Уникальность этого строения не встречается ни у других растений, включая ископаемых, что подчеркивает исключительность нового дерева. По всей видимости, в тот период эволюционные процессы протекали весьма интенсивно экспериментировала с жизненными формами деревьев и далеко не все дошли до наших дней.
Авторы пришли к выводу, что S. densifolia был приспособлен к росту в подлеске каменноугольного леса, в тени более высоких деревьев вроде питуса ( Pitus sp.) и калликсилона (Callixylon sp.), эти деревья достигали в высоту от 10 до 30 метров, что свидетельствует о сложной структуре и ярусности даже самых ранних лесов на Земле.
В то же время таксономическое положение «дерева-ершика» остается невыясненным: оно могло относиться как споровым, так и семенным растением. Однако сосредоточенные на верхней части ствола сложные листья намекают на родство с современными древовидными папоротниками.
Болотный суперхищник
На протяжении долгой эволюции различные позвоночные животные неоднократно занимали позицию суперхищников — высших звеньев пищевой цепи, способных поглощать практически любого. Это были не только рыбы и амфибии, рептилии, в эту группу входят не только млекопитающие и птицы, но и представители вымерших стволовых групп — тех, которые, в отличие от кроновых, не имеют современных потомков.
Необычным примером стала обнаруженная в Намибии гайазия Gaiasia jennyae. Это примитивное четвероногое (тетрапод), характеризующееся конечностями с пальцами, но не являющееся амфибией или представителем других современных классов. Оно родственно группе колостеид, — ископаемые тетраподы, останки которых преимущественно обнаруживаются в Северном полушарии.
В то же время гайазии обитали в южных широтах, заселяя пресные водоемы древнего континента Гондвана в начале пермского периода. Однако этот юг не отличался теплотой: 270 миллионов лет назад Намибия располагалась в умеренных широтах Южного полушария. В то время на Земле продолжалось оледенение, которое началось в каменноугольном периоде.
Тем более удивительны габариты животного. G. jennyae была размером с крокодила — от 2,5 до четырех метров, один череп достигал в длину 60 сантиметров. Выходит, это один из самых крупных хищников того времени, который к тому же намного больше родственников-колостеид.
Тело животного было вытянутым, лапки – короткими, а морда – широкой, плоской и подковообразной. На челюстях располагалось множество острых зубов, некоторые из которых выступали наружу. Судя по всему, гайазия не охотилась на берегу, однако в пределах своего озера или болота могла употреблять в пищу разнообразных других рыб и тетрапод. Остатки были найдены вблизи места обитания крупного хищника.
По мнению исследователей, именно прохладные водоемы Гондваны предоставили убежище для исчезающих реликтовых четвероногих. Колостеи, как правило, вымерли за 30 миллионов лет до этого, и им не удалось освоить более теплые регионы. В каменноугольный период самыми грозными хищниками были рыбы, а в пермский период их место заняли амфибии.
«Лицо» двухметровой многоножки
Артоплевра (Arthropleura sp.) это существо было впервые описано в XIX веке и с тех пор привлекает внимание палеонтологов. Многоножка стала известна как самое крупное членистое животное, когда-либо существовавшее на Земле — ее длина могла достигать 2,5 метра, а ширина — полметра.
Высокое содержание кислорода в атмосфере каменноугольного периода позволило многоножкам, обычно небольших по размеру, достичь гигантских пропорций. Это стало возможным, поскольку значительное количество растительного материала преобразовалось в уголь, что не позволило кислороду полностью окислить эти остатки.
Артроплевра встречается в различных учебниках и других изданиях, где её изображение нередко демонстрирует, как она обитает среди гниющих бревен в окружении крупных насекомых. Меганевры — это стрекозы, у которых размах крыльев достигает 60 сантиметров. На этих изображениях артроплевра кажется, будто смущенно отворачивается в сторону. Ранее ученым было неизвестно, каким образом была сформирована голова гигантской многоножки. Однако теперь им удалось восстановить ее «лицо».
Осенью вышла статья, описавшая очередную окаменелость Arthropleura sp. из Франции. Палеонтологи использовали компьютерную томографию и детально изучили переднюю часть ее тела, в том числе ротовой аппарат. Оказалось, у артроплевры были глаза на стебельках, — черта, которая совершенно не характерна для современных многоножек.
На протяжении длительного периода исследователи пытались определить, какие современные животные являются ближайшими родственниками артроплевры. Существовала гипотеза о ее родстве либо с хищными костяночными членистоногими, либо с кивсяками, питающимися останками. Для ответа на этот вопрос ученые сопоставили артроплевру с большим количеством ныне существующих многоножек, проанализировав ряд их морфологических характеристик.
Они также восстановили последовательность развития этих членистоногих, проведя анализ геномов современных животных. В результате сделан вывод, что гигантская многоножка сочетала в себе признаки обеих современных крупных групп. При этом ее челюсти совершенно не годятся для диеты хищника. Поэтому артроплевра скорее всего поедала остатки растений, которых в каменноугольных лесах было предостаточно.
Кожа по моде палеозоя
На территории штата Оклахома (США) расположено одно из наиболее значительных и содержательных мест обнаружения первых позвоночных, обитавших на суше. Возраст останков этих живых существ составляет 286–289 миллионов лет, при этом они сохранили фрагменты мягких тканей. Сохранение этих тканей стало возможным благодаря специфическим условиям пещеры, где присутствовало обилие глины, просачивающейся нефти и недостаток кислорода.
В пещере были обнаружены одни из древнейших представителей амниот, к ним относятся позвоночные животные, имеющие зародышевые оболочки. Благодаря этому их яйца надежно защищены от высыхания и прекрасно приспособлены для существования в наземно-воздушной среде.
Для достижения полной независимости от водоемов амниотам также была необходима подходящая кожа, характеризующаяся ороговевшим слоем и водонепроницаемостью. Но какими были первые защитные покровы наземных позвоночных?
На вопрос помогли ответить находки из пещеры «палеонтологических сокровищ» в Оклахоме, сделанные в уходящем году. Это остатки кожи древних животных — не просто окаменелости, а слепки и переработанные нефтью «законсервированные» образцы.
Палеонтологи обнаружили кости капторинуса Captorhinus aguti — небольшого животного из числа самых первых, к ним относились и несомненные рептилии. Вместе с костями были найдены фрагменты кожи, которые позволили с уверенностью установить, кому они принадлежали.
Вокруг капторинуса было обнаружено еще семь отпечатков кожи. Определение их происхождения представляет собой непростую задачу. Вероятно, они принадлежат представителям других видов, и кожа отражает различные участки их тела. Однако, можно с уверенностью сказать, что все они были амниотами, поскольку строение образцов тканей имеет поразительное сходство.
Все эти животные были покрыты чешуей, что характерно для рептилий. При этом чешуйки имели многоугольную форму и не перекрывали друг друга, в отличие от змей или ящериц), а были разделены промежутками равной ширины. Более того, слепок кожи помог узнать ее строение: какими слоями она была образована и какую те имели толщину.
Палеонтологам впервые удалось получить кожные покровы древнейших наземных позвоночных в неповрежденном виде. Это дало возможность реконструировать их последующую эволюцию и понять, как менялись внешние покровы у различных групп позвоночных.
Трилобитовы Помпеи
Несмотря на свою некогда огромную численность и процветание, многие группы животных в конечном итоге исчезли. Ярким примером являются трилобиты — обширная группа членистоногих, являющихся дальними родственниками ракообразных, паукообразных и насекомых.
Трилобиты доминировали в морях сотни миллионов лет, начиная с кембрийского периода. Затем их разнообразие резко упало, а последних трилобитов прикончило величайшее вымирание в истории Земли — пермское.
Они оставили огромное количество окаменелостей. Учёным известно более 20 тысяч видов этих животных. Это дало возможность детально изучить строение и образ жизни трилобитов, включая особенности брачного поведения и рацион питания. Палеонтологи в основном находят окаменелости их панцирей, которые были очень прочными при жизни. О строении мягких тканей трилобитов пока что можно только предполагать.
Исключение описала новая статья, рассказавшая о находках в Марокко, получивших название «Помпеи трилобитов». В кембрийский период там располагалось неглубокое море, где обитали трилобиты — представители определенного рода Protolenus и Gigoutella mauretanica, — 509 миллионов лет назад в нем крупно не повезло.
Горячая смесь ядовитых газов, обломков и пепла, известная как пирокластический поток, обрушилась на них во время извержения вулкана. Эти потоки двигались по морскому дну с высокой скоростью и накрыли несчастных, превратив их в слепки в застывшей горной породе.
Трилобиты оставили после себя окаменелости, сохранившие мельчайшие детали, включая щетинки длиной в доли миллиметра. На них даже можно различить многие мягкие ткани. Подобная сохранность наблюдалась и у жителей древних Помпей, погибших в 79 году нашей эры. Отличие лишь в том, что последние жили и умерли на суше.
Изучение «Помпеев трилобитов» предоставило нам исчерпывающие сведения об их строении пищеварительной системы. А некоторые животные имеют на поверхности панциря следы прикрепленных симбионтов — брахиопод.
Благодаря отличной сохранности удалось выделить жабры в верхней части ног трилобитов, что подтверждает роль конечностей в процессе дыхания этих существ. Кроме того, у них был зафиксирован придаток ротового аппарата, выполняющий функцию губы (labrum) и помогающий им заглатывать пищу. В отличие от трилобитов, другие ранние членистоногие, такие как аномалокарис, не обладали подобной структурой.
Саблезубый котенок
Ученые сделали удивительное открытие в конце 2024 года описали мерзлую мумию детеныша саблезубой кошки гомотерия ( Homotherium latidens), этот экземпляр, извлеченный из вечной мерзлоты Якутии, имеет возраст 35,5-37 тысяч лет. На момент гибели котенку было приблизительно три недели.
Компьютерная томография позволила получить детальное описание внутреннего строения животного. По форме зубов, черепа и скелета в целом его с уверенностью отнесли к подсемейству саблезубых кошек (Machairodontinae), что является неоспоримым гомотерий.
Гомотерии представляют собой кладу, включающую в себя всех современных кошачьих. Их эволюционные пути разошлись более 22 миллионов лет назад. Гомотерии исходно были многочисленными и населяли Евразию, Северную Америку и Африку, однако затем начали исчезать. Последний вид вымер в Северной Америке 10 тысяч лет назад. О причинах догадаться нетрудно: все эти континенты в то время постепенно заселяли древние люди.
В ходе исследования ученые сопоставили останки древнего котенка с пропорциями трехнедельного львенка. Были отмечены значительные расхождения в размерах глаз, ушей, толщине шеи, длине передних конечностей, а также в окрасе (шерсть гомотерии имела темно-коричневый цвет).
Авторы назвали это приспособлением к гипертрофированным клыкам, которые у взрослого гомотерия торчали изо рта. Детеныш также имел характерные адаптации к жизни в холодном климате: короткие округлые лапки (видимо, для передвижения по снегу) и маленькие уши — чтобы не отморозить.