Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Цветная хроника эволюции

Кандидат биологических наук Андраник Манукян (Калининградский музей янтаря).

Пятьдесят миллионов лет назад «янтарные» леса не только стали кульминацией эволюционной борьбы между насекомыми и деревьями, но и оставили палеонтологам беспрецедентно информативные «видеоматериалы» в объёмном, цветном и даже отчасти динамическом виде.

Сказывают также, что и янтарь есть сок растений, отвердевший в камень. И такое мнение подтверждают примечаемые в янтаре травинки и мелкие животные, которые, будучи захвачены, когда сок был ещё мягкий, остаются в нём.            Шестоднев. Василий Великий, византийский церковный писатель (329—378)

Каменные страницы

Самое далёкое прошлое дошло до нас плоским и бесцветным. В горных породах, насчитывающих около 4,5 млрд лет, уже имеются следы органических молекул, предположительно оставленные древнейшими одноклеточными организмами. Такая исключительно одноклеточная форма жизни существовала до конца Лапландского оледенения, которое длилось около 50 млн лет и завершилось 620 млн лет назад.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

По окончании ледниковой эпохи возвращающиеся на мелководья сообщества состояли уже из крупных колоний одноклеточных и примитивных многоклеточных организмов. Присутствие многоклеточных палеонтологическая летопись хранит в виде «ряби» на поверхности горных пород непосредственно под слоем окаменевших бактериальных матов. Многослойные ископаемые «коврики»-маты — строматолиты образованы в основном цианобактериями. Обычно они имеют контрастно окрашенные участки, но это не истинный цвет цианобактерий, а результат окисления железа в процессе окаменения.

Более сложно устроенная многоклеточная жизнь появляется на Земле в венд-эдиакарский период (около 600 млн лет назад). Вендские организмы, населявшие древние моря, были многочисленны и разнообразны. Среди них встречались гиганты, достигавшие в длину полутора метров, и небольшие, до 2—3 мм. Одни плавали или парили в толще воды, другие жили на дне: прикреплялись к нему, свободно лежали или ползали. Но главная черта новорождённого животного мира этой эпохи — его «мягкотелость»: животные вендского периода ещё не умели строить раковины и панцири. Механизм образования ископаемых был приблизительно таким: во время шторма животное сносило на более низкий уровень дна и засыпало песком; под слоем песка на подошве глинистого песчаника образовывался слепок, который отражал строение животного, но, разумеется, не передавал цвета.

В Кембрийский период (570 млн лет назад) жизнь ещё не вышла на сушу, но в море уже обитали почти все типы существующих сегодня беспозвоночных: членистоногие, моллюски и т.д. Как эволюционный ответ на возникновение хищников у кембрийских животных появился твёрдый панцирь. Это сразу увеличило сохранность их останков, поэтому палеонтологи встречают много кембрийских ископаемых, но про их цвет мы по-прежнему ничего не знаем.

Первыми — очень скудными — данными о цвете палеонтология обязана насекомым. Они появились в девонский период (около 400 млн лет назад) и были похожи на современных щетинохвосток: бескрылые, мелкие и беззащитные перед более крупными паукообразными хищниками. Разница размеров не оставляла им шансов на земле, поэтому как эволюционный ответ возникла способность к полёту. Ответ оказался таким эффективным, что крылатые насекомые стали самыми процветающими в животном царстве.

Ископаемые насекомые того периода сохранились в виде отпечатков на горных породах. В редких случаях на этих отпечатках различимы отдельные контрастно окрашенные участки тела. Известны крайне редкие находки личинок стрекоз возрастом около 130 млн лет с розовой окраской глаз. Возможно, что сохраняется зрительный пигмент родопсин, который разрушается при дневном свете, поэтому цвет исчезает вскоре после извлечения отпечатка из слоя. В Забайкалье и Якутии находили отпечатки жуков, надкрылья которых имели пятна жёлтого цвета, — окраска исчезла через несколько месяцев.

Но это исключительные, единичные случаи. Об истинной окраске древних насекомых можно только строить догадки. Настоящую «цветопередачу» и объём можно увидеть только в янтаре.

Оружие эволюционной войны

В середине мелового периода (145—65 млн лет назад) среди активно эволюционирующих групп насекомых образовались виды, способные смертельно поражать хвойные деревья. Деревья «ответили» появлением защитного вещества — смолы. Смола плотно закупоривала личиночные ходы, препятствуя выплоду, а взрослые жуки при попытке внедриться в дерево липли к смоле и погибали от её паров. У насекомых в свою очередь развивались механизмы преодоления смоляной защиты. В ходе острого эволюционного противостояния возникали виды, способные к более агрессивным способам атаки, устойчивые к ядам, содержащимся в смоле. Появлялись группы насекомых, специализированных на поиске наиболее благоприятных (то есть уязвимых) стадий развития дерева, самых незащищённых участков ствола и т.д. Противостояние продолжалось на протяжении всего мелового периода. Кульминация наступила приблизительно 50 млн лет назад, уже в кайнозое.

Защитный потенциал деревьев и атакующий — жуков был исчерпан. Среди насекомых сформировалась большая группа так называемых ксилофагов: организмов, питающихся древесиной на всех стадиях развития дерева, от первых ростков до мёртвых стволов, и в борьбе наступило относительное затишье. На своих ранних этапах эволюционное противостояние протекает очень остро, но, когда затягивается надолго, приобретает более мягкие формы, а иногда даже превращается в сотрудничество. В современных лесах ксилофаги уже стали необходимым звеном круговорота веществ и энергии: они способствуют минерализации мёртвой древесины и ускоряют процесс обновления древостоя. Это «перемирие» время от времени нарушается — короеды и другие ксилофаги атакуют и уничтожают значительные площади хвойных лесов. Однако, говоря современным языком, это, скорее, «локальные конфликты», которые не имеют «глобального характера», эпизоды, характерные для других стабильных отношений, таких как хищник — жертва или паразит — хозяин.

Но 50 миллионов лет назад эволюционная война хвойных деревьев с ксилофагами позволила запечатлеть детали своего мира в цвете, объёме и даже, отчасти, в движении.

До последнего вздоха

Обитатели «янтарного» леса попадали в смолу самыми разными путями.

Смола, заполнявшая внутренние полости дерева, консервировала малочисленных, но крупноразмерных личинок насекомых — обитателей дерева. В неё также попадали обитающие в древесных полостях пауки и многоножки, а к стволам деревьев липли мелкие летающие насекомые, так называемый воздушный планктон.

Вещества, из которых состояла смола, обладали способностью к полимеризации: короткие молекулы соединялись в длинные цепи, между которыми со временем образовывались поперечные перемычки. Так получался твёрдый и химически стойкий материал — янтарь. Главная «насекомоносная» фракция — «слоистый» янтарь — образовалась из наружных выделений янтареносной сосны.

Чтобы оценить, насколько правильно цвет животных и растений в янтаре передаёт реальную окраску, надо понять, как и когда объекты попали в смолу. Части растений в большинстве случаев попадали в смолу уже обесцвеченными, например после листопада. Но когда в смоле оказывались свежие, зелёные части растений, их окраска сохранялась. В Калининградском музее янтаря есть уникальный экспонат: живой лист растения, который, уже попав в смолу, некоторое время продолжал вырабатывать кислород. Его «последний выдох» в буквальном смысле слова сохранился в виде пузырька на поверхности.

«Скульптурная» окраска беспозвоночных, обусловленная объёмным строением их покровной ткани, хорошо сохраняется в янтаре, поэтому мы можем наблюдать всю цветовую гамму отливающих металлическим блеском жуков, перепончатокрылых и других насекомых.Но самое ценное — смола фиксировала свои жертвы в динамике их поведенческих реакций.

Поведение современных животных — результат очень долгого развития. Оно эволюционировало, его сценарии усложнялись; иногда даже говорят о некой эволюционной лестнице или шкале сложности, вдоль которой можно расположить все организмы, живущие и жившие на Земле. Эволюцию строения тела животного можно изучать по ископаемым остаткам. Но материала для изучения архаичных форм поведения у нас нет: ископаемые себя уже никак не ведут. Янтарь приходит на помощь и здесь.

Смертельный контакт со свежей смолой вызывал у насекомых стрессовые поведенческие реакции. Некоторые ответные рефлексы, например устрашающая поза или неподвижность (каталепсия), только усугубляли ситуацию и не позволяли насекомому освободиться из смертельной ловушки. Другие активные защитные реакции, например самопроизвольное отбрасывание конечностей или иных частей тела (автотомия), часто помогали вырваться из смолы. Гусенице, обитавшей в «домике» из свёрнутых листьев, не повезло: в смолу она попала, вероятно, с порывом ветра и безуспешно пыталась покинуть «домик», чтобы вырваться из ловушки.

У крупных, активно летающих насекомых шансов спастись было значительно больше, чем у мелких. Но иногда даже стрекозы или слепни застревали в липкой смоле.

В янтаре можно наблюдать и другие поведенческие акты: роение самцов, спаривание, яйцекладку. Сохранились в нём хищники, атакующие жертву, паразиты, использующие другие организмы для питания, а также интересные случаи форезии (от греческого форео — носить), когда один организм использует другой в качестве транспорта: для передвижения, расселения или освоения новых территорий. Следы жизнедеятельности насекомых — различные ходы и погрызы, которые сохранил янтарь, — дают представление об архаичных формах их пищевого поведения.

В конце палеогенового периода, приблизительно 36 млн лет назад, в результате похолодания, «янтарные» леса исчезли, уступив место другим и их новым обитателям, но осколки этого древнего мира сохранились в янтаре.

***

Окраску насекомым придают пигменты, которые вырабатываются в их организме. Молекулы пигментов содержат хромофорные группы, избирательно поглощающие свет в видимой части солнечного спектра. Хорошо знакомая всем голубая, зелёная и жёлтая раскраска тела стрекоз вскоре после смерти насекомого начинает темнеть вследствие разрушения пигмента. Коллекции насекомых с известными датами сбора позволяют проследить, с какой скоростью происходит обесцвечивание: ярко окрашенные насекомые уже через несколько лет тускнеют, а через 15—20 лет пигмент разрушается полностью. Пигментная окраска может быть очень яркой, но она всегда матовая, не блестит. Другая форма окраски, «скульптурная», обусловлена оптическими эффектами, возникающими благодаря особому строению наружных покровов насекомого — наличию тонкой пунктировки, ямок, микроморщин, волосков.

Фото Андраника Манукяна, Александра Королёва, Станислава Покровского, Вольфганга Вайшата, Акселя Нигелоха.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Музей»

Детальное описание иллюстрации

Реконструкция «янтарного» леса по О. Фрелло (Otto Frello). На севере Европы «янтарные» леса охватывали территории современной Скандинавии, Балтийского моря, севера России, на западе — Северную Атлантику, Исландию, часть Гренландии. Произрастали янтареносные леса и на Британских островах, в Северной Франции, в южных прибалтийских районах. Реконструкция этих лесов показывает, что гигантских размеров сосны были покрыты сплошными потоками смолы.