Секрет мягкого тела: эволюция губок оказалась «невидимой» для науки

Губки (тип Porifera) — одни из самых древних многоклеточных животных на Земле. Внешне они напоминают неподвижные пористые наросты на камнях, кораллах или затонувших предметах. Несмотря на простую организацию и отсутствие органов, губки играют важную роль в морских экосистемах: прокачивая через своё тело огромные объёмы воды, они фильтруют её, удаляя взвешенные частицы и микроорганизмы. Сегодня известно более 8 000 видов губок, населяющих как мелководья, так и глубины океана.

Происхождение губок (тип Porifera) долгое время оставалось предметом споров между палеонтологами и молекулярными биологами. Молекулярные часы указывали на их появление ещё в тонийском или криогеновом периоде (около 800–650 миллионов лет назад), однако самые древние бесспорные ископаемые остатки губок представляют собой разрозненные кремнёвые спикулы (иглы) возрастом около 543 миллионов лет (поздний эдиакарий). Международная группа исследователей провела новый филогеномный анализ, чтобы разрешить это противоречие. Результаты работы, опубликованные в авторитетном научном журнале, предлагают пересмотр эволюционной истории этих ключевых для экосистем животных.

Эдиакарский, а не криогеновый след

Учёные собрали и проанализировали данные 70 геномов и транскриптомов, 12 из которых были получены специально для этого исследования. Используя современные методы молекулярного датирования и пересмотренные палеонтологические калибровки, команда пришла к выводу, что кроновый (общий для всех современных линий) предок губок появился в раннем эдиакарии, около 608 миллионов лет назад. Это значительно «омолаживает» группу по сравнению с более ранними молекулярными оценками, сокращая разрыв с палеонтологической летописью с 150 до примерно 38–75 миллионов лет.

«Наши результаты предполагают, что самые ранние губки не обладали минерализованным скелетом», — комментируют авторы исследования. Такой вывод объясняет, почему в докембрийских отложениях практически нет их ископаемых остатков: мягкотелые организмы имеют крайне низкий потенциал фоссилизации.

Множественные пути к созданию скелета

Ключевым открытием стало подтверждение того, что способность к биоминерализации возникала у губок неоднократно и независимо в разных эволюционных линиях. Это касается как кремнёвых, так и известковых скелетных элементов. Анализ предковых состояний с использованием структурированных марковских моделей показал, что общий предок губок, а также предки клады, объединяющей известковых губок и гомосклероморф, с высокой долей вероятности (более 92 %) не имели минерального скелета.

Кремнёвая биоминерализация, согласно результатам, возникала независимо как минимум у стеклянных губок (Hexactinellida), гомосклероморф (Homoscleromorpha) и в нескольких линиях обыкновенных губок (Demospongiae), включая предков современных Heteroscleromorpha и рода Chondrilla. Даже внутри обыкновенных губок пути создания спикул различаются: демоспонгии используют ферменты силикатеины, тогда как стеклянные губки — другие белки (глассин, перисилин), что указывает на конвергентную эволюцию этих структур.

Известковый скелет и разнообразие

Аналогичная ситуация наблюдается и с карбонатом кальция. Несмотря на то что все губки используют для его осаждения паралоги карбоангидразы (ферменты, выполняющие и другие важные функции в клетке), сам механизм, по‑видимому, рекрутировался в процессы биокальцификации независимо. Исследование показывает, что известковый скелет возникал отдельно у современных известковых губок (Calcarea), у обыкновенной губки Vaceletia, а в эволюционной истории — также у вымерших биминеральных (имеющих и кремнёвые, и известковые элементы) форм, таких как Eiffelia и Protospongia.

Интересно, что появление кремнёвых спикул, вопреки распространённому мнению, не стало триггером для взрывной диверсификации обыкновенных губок, составляющих основу современного разнообразия типа. Анализ темпов видообразования показал, что значимые сдвиги в темпах диверсификации произошли внутри групп, уже обладавших спикулами (например, в кладе Axinellida + Bubarida или у Poecilosclerida), но не совпали с моментом первого появления самой способности к их формированию.

Таким образом, новая филогения и датировки позволяют согласовать палеонтологические и молекулярные данные. Докембрийская история губок, хотя и оказалась короче, чем предполагалось ранее, всё же существовала, но была «криптической» — скрытой от палеонтологической летописи из‑за отсутствия у ранних представителей типа твёрдого скелета. Самые древние ископаемые спикулы (около 543 млн лет) следует рассматривать как остатки уже кроновых групп губок, обретших способность к биоминерализации лишь незадолго до кембрийского взрыва.