Кубанский государственный технологический университет

Древнейшие эмбрионы: чьи же они?

11-02-2012
Загадочный древний эмбрион из формации Доушаньтуо (фото с сайта www.uwm.edu)

Внушительная команда ученых из шести стран собралась, чтобы понять, каким животным принадлежат древнейшие ископаемые эмбрионы из Доушаньтуо (Китай). В знаменитом местонахождении Доушаньтуо (Doushantuo) найдены яйца и эмбрионы поразительной сохранности, но нет взрослых форм. Обсудив внешние и внутренние детали их строения, специалисты склонны теперь приписывать эти эмбрионы неким примитивным многоклеточным животным — общим предкам губок и кишечнополостных.

Международная группа ученых из 10 научных учреждений нескольких стран собралась для изучения знаменитых ископаемых эмбрионов Доушаньтуо.

Формация Доушаньтуо хранит остатки животных и водорослей возрастом от 650 до 550 млн лет. Этот период относится к докембрийскому времени, после которого в палеонтологической летописи появляются записи о всех ныне живущих типах животных. Столь внезапное (конечно, в геологическом масштабе!) появление всех типов разом (так называемый кембрийский взрыв, или кембрийская радиация, произошедший примерно 520–540 млн лет назад) — факт удивительный и пока, к сожалению, совершенно загадочный.

Наиболее вероятное объяснение наблюдаемого в начале кембрия «взрыва», видимо, следует искать в гидрохимических условиях докембрийских морей, препятствовавших и сохранению остатков организмов, и развитию у животных твердого скелета. Отсутствие массовых свидетельств докембрийской жизни тем более болезненно для науки, что это единственное фактическое доказательство ранних этапов эволюции многоклеточных. С этой точки зрения изучение древнейших докембрийских ископаемых имеет огромную ценность.

Так журналы Nature и Paleontology приветствовали исследования эмбрионов Доушаньтуо. Фото с сайта проф. Shuhai Xiao www.geol.vt.edu

Ископаемые Доушаньтуо знамениты не только свой древностью и феноменальной сохранностью, но еще и тем, что вместо взрослых животных там сохранились только яйца и эмбрионы. С одной стороны, здорово иметь в своем распоряжении эмбрионов, потому что закон повторения филогенеза в онтогенезе пока еще никто не отменил и он худо-бедно выполняется. По эмбриональным остаткам родственные связи различных групп животных восстанавливаются даже лучше, чем по признакам взрослых. Но что же это были за животные, которые оставили в наследство ученым своих эмбрионов? Неизвестно!

На страницах статьи в журнале Science ученые обсуждают, каким животным могли принадлежать найденные эмбрионы. Это шаровидные образования от двух клеток и более, верхний предел около 1000 клеток. Все клетки в эмбрионе одинаковы по форме и размерам. В отличие от водорослевых клеток, клетки эмбрионов не имеют толстой стенки и плотно примыкают друг к другу. Внутренней полости (бластоцеля) нет, эпителиального слоя тоже не найдено. Бластопора (эмбрионального рта) нет даже у эмбрионов из тысячи клеток.

Вот так выглядят изнутри эмбрионы из Доушаньтуо. А — двухклеточный эмбрион. Розовой линией на А1 показана плоскость сканирования томографом, результат сканирования — это А2. Хорошо видны темные гранулы, включения желтка или липидов. Они увеличены для наглядности на А3. Для сравнения такие же липидные включения у двухклеточных эмбрионов морского ежа показаны на В1 и В2. С — это эмбриональная клетка с включениями, некоторые из которых не повреждены, другие сплющены (белая стрелка), третьи — с разрушенной оболочкой (черная стрелка. Эмбрионы из четырех клеток — D, E и F — интересны тем, что в них видны включения второго типа: относительно крупные, с характерным показателем поглощения рентгеновских лучей, на Е1 стрелочки показывают симметричные включения в одной из клеток. Фото из статьи в Science

С помощью томографии и рентгеноскопии были обнаружены клеточные включения двух типов. Первый тип гранул, по-видимому, это желтковые и жировые капли. Гранулы другого типа — предположительно клеточные ядра или другие органеллы, которые перед делением клетки дуплицировались (в некоторых клетках эти гранулы двойные и зеркально отраженные).

Нужно учитывать, что морфология эмбрионов могла быть изменена в результате долгого и «неаккуратного» хранения. Часть тканей перед фоссилизацией могла разложиться. Более того, эмбрионы еще при жизни могли попасть в неблагоприятные (токсические, бескислородные и т. д.) условия, где начинается патологическое дробление. В общем, вариантов множество. Однако признано маловероятным, что клеточные включения, отсутствие внешней оболочки и эпителия — это результат посмертного разрушения тканей.

Здесь замечу, что не так давно, еще в этом году, специалисты утверждали, что внешняя оболочка у этих эмбрионов имеется (об этом см. Эксперименты 600-миллионолетней давности, «Элементы», 04.04.2006). Сейчас эта псевдооболочка признана обманкой — похожим на оболочку минеральным образованием. Форма эмбрионов и строение клеток напоминают ранних эмбрионов членистоногих, губок и медуз. Однако у губок довольно рано появляется бластопор, поверхностный слой состоит из мелких клеток, а внутренний из крупных. У кишечнополостных ранние эмбрионы тоже имеют шарообразную структуру, но у них имеется эпителиальный слой.

Авторы статьи приходят к заключению, что эмбрионы Доушаньтуо принадлежат каким-то очень примитивным многоклеточным животным, которые были предками и губок, и кишечнополостных. Поэтому у них имелись некоторые общие черты и тех, и других, но еще не появились специфические черты обоих типов животных. Впрочем, хорошо бы при этом не забывать, как мало нам известно о докембрийских животных вообще и об их зародышах в частности!

На сайте участника исследований формации Доушаньтуо профессора Шухай Сяо (Shuhai Xiao) можно прочитать много интересного и увидеть картинки окаменелостей. Из отложений того же возраста, что и формация Доушаньтуо, но в других районах мира, известны отпечатки причудливых мягкотелых многоклеточных животных — так называемая эдиакарская фауна (см. Эдиакарская биота, Вендские жители земли). Предположение о том, что эмбрионы из Доушаньтуо принадлежат животным «эдиакарского типа», напрашивается само собой, однако никаких доказательств этому (кроме совпадения во времени) пока нет.

Источник: James W. Hagadorn, Shuhai Xiao, Philip C. J. Donoghue, Stefan Bengtson, Neil J. Gostling, Мaria Pawlowska, Elizabeth C. Raff, Rudolf A. Raff, F. Rudolf Turner, Yin Chongyu, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan, Matthew B. McFeely, Marco Stampanoni, Kenneth H. Nealson. Cellular and Subcellular Structure of Neoproterozoic Animal Embryos // Science. 2006. V. 314. P. 291–294.

Елена Наймарк

‹‹