Эволюция головоногих: как глубоководная среда спасла кальмаров от вымирания

Глубоководный кальмар с биолюминесцентным свечением плывет в темной толще воды океана на фоне каменистого морского дна.

Международная группа исследователей на основе полногеномного секвенирования реконструировала эволюционную историю десятируких головоногих моллюсков, к которым относятся кальмары и каракатицы. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology & Evolution специалистами Окинавского института науки и технологий, разрешены многолетние научные споры о происхождении этих морских обитателей. Ранее анализ затруднялся скудностью палеонтологических находок и масштабом геномов этих животных, размер которых вдвое превышает человеческий. Для построения точного филогенетического древа ученым потребовалось объединить существующие генетические базы данных с новыми образцами, сбор которых осложнялся труднодоступностью глубоководных сред.

Анализ генетического материала показал, что эволюция кальмаров и каракатиц развивалась по модели «длинного фитиля». Разделение основных линий современных десятируких началось около ста миллионов лет назад в середине мелового периода. Установлено, что первоначально эти виды формировались в глубинных слоях океана. Именно глубоководная среда стала ключевым фактором их выживания во время мел-палеогенового массового вымирания, произошедшего 66 миллионов лет назад и уничтожившего три четверти всех видов на планете.

Поверхностные воды океана в период глобальной катастрофы представляли собой крайне агрессивную среду из-за интенсивного закисления и падения уровня кислорода. Подобные условия неизбежно привели бы к разрушению известковых раковин, характерных для древних головоногих. Биологи пришли к выводу, что предки современных десятируких моллюсков спаслись в изолированных глубоководных нишах с достаточным содержанием кислорода. Сохранение различных форм внутренних раковин у современных видов – от гладкой кости каракатиц до спиралевидной раковины редкого глубоководного кальмара-бараньего рога – служит прямым физиологическим доказательством их происхождения из глубин океана.

После окончания периода массового вымирания на мелководьях начался процесс восстановления прибрежных экосистем, в частности коралловых рифов. Древние глубоководные головоногие постепенно мигрировали в эти обновленные и стабилизировавшиеся зоны. Смена среды обитания спровоцировала взрывную диверсификацию видов после десятков миллионов лет эволюционной стагнации. Животные стремительно адаптировались к новым экологическим нишам, сформировав то разнообразие кальмаров и каракатиц, которое сейчас наблюдается от абиссальных глубин до тропических рифов архипелага Рюкю.

Составление первого полного эволюционного древа десятируких моллюсков формирует фундаментальную базу для дальнейших исследований в области морской биологии и генетики. Доступ к полным геномам редких видов позволяет ученым детально анализировать молекулярные механизмы, стоящие за уникальными адаптациями головоногих. В их числе – развитие сложной нервной системы, формирование нестандартных внутренних органов и способность к динамическому изменению цвета кожных покровов, что имеет высокое значение для изучения биологических инноваций и биоинженерии.

Точка зрения