Обратная инженерия загадочных 500-миллионолетних окаменелостей, не вписывающихся в древо жизни

Ископаемые эдиакарского периода (635–541 млн лет назад), известные как эдиакарская биота, представляют собой мягкотелые организмы с уникальными формами. Несмотря на 70 лет изучения, их место в эволюционной истории и связь с современными животными остаются неясными.

Загадочные окаменелости

Эдиакарские организмы радикально отличаются от известных животных. Например:

  • Рангеоморфы — листовидные или матовидные организмы с фрактальной архитектурой из ветвящихся «листков».
  • Tribrachidium — небольшой полусферический организм с тремя изогнутыми ветвями.

Их невозможно разместить на эволюционном древе. Поэтому палеонтологи перешли к изучению фундаментальных вопросов: как они двигались, питались и размножались, — применяя метод обратной инженерии.

Моделирование гидродинамики для обратной инженерии окаменелостей

Ключевой метод — вычислительная гидродинамика (CFD), позволяющая моделировать потоки жидкости вокруг цифровых 3D-моделей ископаемых.

Логика подхода: современные морские организмы имеют адаптации для взаимодействия с течениями (чтобы удерживаться или питаться). Изучая поведение вымерших организмов в виртуальных потоках, можно понять их биологию и экологию.

Исследование Parvancorina

Parvancorina — щитовидный организм длиной 1–2 см с якороподобными гребнями. Считалось, что он вел прикрепленный (сидячий) образ жизни.

Ученые создали 3D-модели двух известных видов Parvancorina и с помощью CFD изучили потоки воды вокруг них в разных ориентациях. Результаты:

  1. Питание: Если бы Parvancorina был фильтратором, он эффективно захватывал пищу из воды только в одной конкретной ориентации к течению. Для сидячего организма это неэффективно, так как направление течения может меняться.
  2. Сопротивление: Лобовое сопротивление было значительно ниже, когда организм был повернут «щитом» (условно «передом») к потоку, по сравнению с боковой ориентацией. Для прикрепленного организма это риск быть сорванным сильным течением.

Вывод: Parvancorina был лучше приспособлен к подвижному, а не сидячему образу жизни.

Новое понимание образа жизни Parvancorina и эдиакарской биоты

Это открытие имеет важные последствия:

  1. Любая новая информация о Parvancorina (в данном случае — о подвижности) критически важна для определения его места на древе жизни.
  2. Факт подвижности Parvancorina при отсутствии следов движения означает, что многие другие эдиакарские организмы, считавшиеся сидячими, также могли быть подвижными. Это заставляет пересматривать экосистемы эдиакария как более динамичные и сложные.

Использование методов вроде вычислительной гидродинамики для обратной инженерии эдиакарской биоты приближает нас к пониманию того, кем были эти организмы и как они жили за 15 миллионов лет до кембрийского взрыва.