«Скорпионы выходят на сушу»

Исследуя окаменевшие останки древнего скорпиона возрастом 437 миллионов лет, палеонтологи обнаружили у него следы дыхательной системы, приспособленной к жизни на суше. Если их выводы верны, скорпион становится древнейшим животным, перешедшим от жизни в воде к жизни на поверхности земли.

Находки, ставшие предметом исследования, были сделаны еще в 1980-х годах вблизи города Ваукеша в штате Висконсин, в геологической формации Брендон-Бридж, относящейся к лландоверийскому отделу силурского периода. В течение тридцати с лишним лет два найденных экземпляра хранились в запасниках геологического музея Висконсинского университета и не были изучены. «Мы даже не знали, что у нас есть древние скорпионы», — признает один из авторов исследования Эндрю Вендраф (Andrew J. Wendruff), палеонтолог из Университета Оттербейна. Лишь в 2016 году Вендраф и его коллеги, приступив к разбору старых находок, обнаружили эти образцы.

Длина скорпиона, получившего название Parioscorpio venator, составляет 2,5 сантиметра. Описание находки опубликовано в журнале Scientific Reports. Как и у современных скорпионов, у Parioscorpio venator имеются две крупные клешни и длинный узкий задний отдел тела (так называемый «хвост»). Свидетельством его древности служат семь сегментов среднего отдела тела (месосомы): более поздние скорпионы силурского и девонского периодов сохранили лишь шесть таких сегментов, у ныне существующих скорпионов их пять.

Но наиболее интересным для исследователей оказалось его внутреннее строение. Отдельные детали пищеварительной, дыхательной и кровеносной систем Parioscorpio venator можно установить по окаменевшему образцу. Ученые смогли разглядеть черты дыхательной системы, аналогичной той, что есть у нынешних скорпионов, и, соответственно, предназначенной для дыхания воздухом.

Предки скорпионов, жившие в водной среде, дышали с помощью брюшных жаберных ножек. В ходе перехода к наземному образу жизни на месте этих ножек возникли отверстия («стигмы»), которые ведут в расположенные внутри тела «легочные мешки». Стенки мешков образуют множество складок, похожих на страницы книги и богатых кровеносными сосудами. Именно в них происходит насыщение крови кислородом. Оттуда кровь по венам направляется в сердце, которое у скорпионов имеет вид длинной трубки, разделенной на восемь камер. Сердце, сокращаясь, гонит кровь в артерии, из которых она распределяется по телу скорпиона. Отдав кислород, кровь собирается в так называемых «брюшных синусах», откуда вновь направляется в легочные мешки. Фрагменты этой системы, включая сердце и некоторые сосуды, отчетливо видны на окаменевшем отпечатке.

Схема строения примитивного легкого паукообразных (в том числе и скорпионов). Отверстие ведет в воздушный мешок, в «книжке» происходит газообмен

«У этого скорпиона были дыхательные структуры, которые указывают, что он мог жить на суше. Это самое раннее свидетельство способности к этому у животных», — говорит один из авторов исследования Эндрю Вендраф. Исследователи указывают, что дыхательная система Parioscorpio venator имеет общие черты с органами дыхания мечехвостов, которые живут на морских мелководьях, а для спаривания даже выходят на сушу. «Окаменелость была обнаружена на мелководье, и поэтому вполне вероятно, что это животное было способно жить в двух средах», — поясняет Вендраф. Но ученый признает, что невозможно уверенно определить, где был захоронен исследуемый образец Parioscorpio venator: на суше или в воде. Находки были сделаны вблизи древней береговой линии мелководного моря и соседствуют с окаменелостями водных животных. Косвенным признаком того, что скорпион жил на суше, исследователи называют отсутствие у него каких-либо признаков жабр.

Детали внутреннего строения в сравнении с современными скорпионами Centruroides exilicauda (под растровым электронным микроскопом) и Hadogenes troglodytes (фотография)

Появление наземных животных ученые и ранее относили к концу ордовикского — силурскому периоду, а в качестве первых обитателей суши рассматривали представителей членистоногих. Возникновение наземных растений происходило приблизительно в ту же эпоху, разве что с небольшим опережением. Криптоспоры потенциально наземных низших растений находят в отложениях с середины ордовика (около 470 млн лет). Растения эти были небольшими мхами, но к концу силура уже возникают и становятся распространенными более продвинутые эволюционные формы растений, например, род куксония.

Древнейшим следом существования наземных животных считались следы нор (ихнород Scoyenia) возрастом около 447 млн лет, найденные в Пенсильвании. Предположительно, в этих норах в мягком грунте обитали примитивные многоножки. Однако по поводу этих образцов до сих пор не утихли споры: были ли эти норы в морском или наземном грунте, и многоножки ли их проделали.

Имеются также следы, найденные на территории графства Камбрия в Великобритании. Судя по их виду, они оставлены ранними многоножками и сформировались на воздухе. Эти следы относятся даже не к силуру, а к позднему ордовику.

Находки непосредственно окаменевших останков животных встречаются только в силурских отложениях. Среди самых древних, например, многоножки Pneumodesmus newmani возрастом около 428 млн лет (три года назад вышла работа, в которой эти находки относят к немного более позднему времени — около 417 млн лет). Единственный экземпляр был найден в 2004 году у шотландского города Стоунхейвен в известняках геологической формации Коуи и получил название в честь обнаружившего его Майкла Ньюмана — водителя автобуса и палеонтолога-любителя. Сейчас Pneumodesmus newmani хранится в Национальном музее Шотландии в Эдинбурге. Хотя от животного уцелел лишь фрагмент длиной около сантиметра, под микроскопом палеонтологи разглядели отверстия в покрове тела многоножки — признак дыхательной системы, которая работает на воздухе.

Фотография песчаника с образцом Pneumodesmus newmani

Реконструкция Pneumodesmus newmani

В той же формации Коуи был найден и еще один экземпляр многоножек, сохранившийся признак жизни на суше. Он известен под названием Cowiedesmus eroticopodus. Палеонтологи обратили внимание на увеличенную пару ножек на одном из члеников этой многоножки и предположили, что у этого вида уже возникли «совокупительные конечности» (гоноподии), которые имеются у многих видов современных многоножек. При помощи гоноподий самцы переносят комочек с семенной жидкостью (сперматофор) к половому отверстию самки, такой способ оплодотворения свидетельствует о наземном образе жизни.

Отпечаток и прорисовка Cowiedesmus eroticopodus

Гоноподии у современной многоножки из Desmoxytes lingulata из отряда многосвязов (Polydesmida)

Некоторые находки силурского периода сделаны с помощью кислотной мацерации горных пород. Метод основан на том, что при растворении образца в соляной, уксусной или плавиковой кислоте сохраняются мелкие фосфатные окаменелости — например, детали хитинового покрова животных. При помощи мацерации в образцах возрастом 417 млн лет из Ладфорд-Лейн в Шропшире были найдены остатки как паукообразных, так и многоножек.

Найденный теперь Parioscorpio venator старше всех перечисленных выше существ, следовательно, он теперь получает титул древнейшего наземного животного. Также Parioscorpio venator становится и самым древним известным науке скорпионом. Конкурент в этой номинации — скорпион Dolichophonus loudonensis, найденный в горах Пентланд-хиллз в Шотландии и описанный палеонтологами еще 1899 году, имеет возраст от 436 до 428,2 млн лет и был водным видом.