Как дышали трилобиты и что об этом рассказали современные крабы

Исследование под руководством Сары Р. Лоссо, научного сотрудника кафедры эволюционной биологии Гарвардского университета, доказало, что трилобиты дышали с помощью перистых структур на конечностях, которые функционировали как сложные жабры. Ученые использовали методы 3D-моделирования и сравнение с современными членистоногими, чтобы подтвердить достаточную площадь поверхности этих органов для газообмена. Результаты опубликованы в журнале Biology Letters.

На протяжении более 270 миллионов лет трилобиты оставались одной из самых успешных групп живых существ на Земле: известно более 22 тысяч их видов, они населяли все континенты и оставили богатую палеонтологическую летопись. Однако один из ключевых вопросов их биологии – как именно они дышали, долгое время оставался предметом острых научных споров. Новое исследование, проведенное международной командой ученых под руководством Сары Р. Лоссо из Гарвардского университета, предлагает наиболее убедительные на сегодняшний день доказательства того, что перистые выросты на конечностях трилобитов служили полноценными жабрами.

Трилобиты обладали двуветвистыми конечностями, где внутренняя ветвь (эндоподит) использовалась для ходьбы и питания, а внешняя (экзоподит) несла тонкие нитевидные структуры – ламеллы. Одни исследователи считали, что экзоподиты помогали при плавании или создавали токи воды для вентиляции, другие видели в них органы дыхания.

Основная трудность заключалась в том, чтобы выяснить, обеспечивают ли эти структуры достаточную площадь поверхности для удовлетворения кислородных потребностей животных. Предыдущие работы давали противоречивые результаты: например, у кембрийского Olenoides serratus площадь поверхности казалась слишком малой по сравнению с современными членистоногими, тогда как у ордовикского Triarthrus eatoni она соответствовала таковой у ныне живущих видов.

Чтобы разрешить этот спор, ученые создали анатомически точные трехмерные модели экзоподитов двух хорошо сохранившихся видов – Olenoides serratus и Triarthrus eatoni. С помощью программного обеспечения Shapr3D и Ansys они рассчитали точную площадь поверхности ламелл и соотнесли ее с общей биомассой каждого животного.

У крупного O. serratus длиной 67,8 миллиметра общая площадь поверхности пластинок составила 16 589 квадратных миллиметров, а у более мелкого T. eatoni (36,3 миллиметра) – 2159 квадратных миллиметров. Затем исследователи расширили выборку, включив еще девять видов трилобитов разного размера и возраста, от кембрийского до силурийского периодов. Они обнаружили, что площадь поверхности ламелл увеличивается экспоненциально с ростом размеров тела, что полностью соответствует закономерностям, наблюдаемым у современных водных животных.

Особенно интересным оказался механизм этого увеличения. Как пояснили ученые, оно достигалось не за счет увеличения количества нитей или конечностей: число ламелл и ног не коррелировало с длиной тела. Вместо этого у более крупных трилобитов вырастали значительно более длинные нити, что позволяло удовлетворять повышенные энергетические потребности.

Например, у гигантского Redlichia rex длина отдельных ламелл достигала 11,02 миллиметра – заметно больше, чем у его мелких родственников. Чтобы оценить полученные цифры, авторы сравнили трилобитов с современными водными членистоногими, в том числе с атлантическим мечехвостом Limulus polyphemus и креветками-талассинидами. Соотношение площади поверхности к биомассе у трилобитов варьировалось от 174,62 до 759,48 квадратных миллиметров на грамм – эти показатели практически полностью перекрываются с диапазоном современных ракообразных (256–1043 мм²/г). Следовательно, трилобиты были не менее способны извлекать кислород из морской воды, чем многие ныне живущие крабы, креветки или мечехвосты.

Анализ также позволил заглянуть в экологические особенности разных видов. Triarthrus eatoni, обитавший в условиях низкого содержания кислорода, максимально увеличил площадь своей пластинчатой поверхности, чтобы выжить. Напротив, у гигантского Redlichia rex площадь жабр оказалась меньше относительно размеров тела, что может указывать на более низкие метаболические потребности или на использование дополнительных участков для газообмена, например нижней стороны экзоскелета.

Таким образом, изучение морфологии жабр дает не только ответ на фундаментальный вопрос о дыхании трилобитов, но и позволяет реконструировать их образ жизни, энергетику и эволюционные адаптации на протяжении сотен миллионов лет. Как отметил соавтор исследования профессор Хавьер Ортега-Эрнандес, это замечательный пример того, как настоящее служит ключом к пониманию прошлого: несмотря на огромные различия во внешнем строении жабр у вымерших и современных членистоногих, они подчиняются единым предсказуемым закономерностям роста и функционирования.

Работа подтвердила, что внешние ветви конечностей трилобитов (экзоподиты с ламеллами) были полноценными жабрами, обеспечивающими достаточную площадь поверхности для дыхания. Соотношение площади жабр к массе тела у трилобитов совпадает с показателями современных ракообразных и мечехвостов, что окончательно разрешает давний научный спор об их дыхательной системе.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях