Основные типы эволюции личинок в океанах

Многие виды морских беспозвоночных, обитающие на морском дне, обладают свободноживущей личиночной стадией, которая служит для расселения и очень сильно отличается от взрослой особи морфологически и экологически. Большинство морских беспозвоночных использует одну из двух различающихся между собой стратегий личиночного развития, прежде чем осядет на дно и претерпит метаморфоз в ювенильную форму. При планктотрофии личинки питаются в толще воды на протяжении недель или месяцев. При альтернативной стратегии — не связанной с питанием лецитотрофии — личинки питаются желтком яйца в течение гораздо более короткого времени, которое они тратят на жизнь в толще воды. Как уже предсказало исследование распределения этих стратегий по эволюционным древам ныне живущих видов, в ходе эволюции между ними должны были происходить многократные смены, даже в пределах отдельно взятой группы. Вопрос, который заставляет проводить множество исследований различных беспозвоночных, состоит в том, чтобы понять, были ли эти изменения беспорядочно распределены, или же концентрировались в определённые периоды времени. В целом принято считать, что их движущими силами, вероятнее всего, были возникновение хищничества на океанском дне, когда в процессе эволюции появились новые группы или новые стратегии хищничества, или же изменения в окружающей среде. В дополнение к академическому интересу к этому аспекту эволюции, целью данных исследований также является изучение потоков питательных веществ и экологических взаимодействий в океане, которое в конечном счёте оказывает влияние на рыболовство.

Работа с ископаемыми остатками организмов может дать прямую информацию о крупных изменениях сообществ организмов в океанах прошлого, связанных с новыми стратегиями, появляющимися в истории жизни организма. Хороший пример этого — возникновение планктотрофии при переходе от кембрия к ордовику, примерно 490 миллионов лет назад. Этот период времени очень важен, поскольку в это время зарегистрировано резкое увеличение разнообразия жизни по всему миру и появление всех основных групп ныне живущих организмов.

Прямое свидетельство эволюции стратегии личиночного развития получено для ископаемых брюхоногих моллюсков. В древние времена, как и в наши дни, некоторые виды имели прямое развитие и, как в случае лецитотрофных личинок, большее количество желтка в их яйцах означало, что у них были более крупные оболочки. Сами оболочки яиц редко сохраняются в ископаемом состоянии, потому что они очень тонкие и мелкие (обычно менее 1 мм). Но их естественные слепки нередки. По-немецки их называют Steinkerne (ядровые камни), и они во многих случаях являются побочным продуктом работы палеонтологов, которые изучают конодонтов, возможно, находящихся в самом основании родословного древа позвоночных, растворяя породу химическими веществами и исследуя остаток. Поскольку размер Steinkerne отражает количество желтка, мы можем с уверенностью делать вывод о том, было ли животное планктотрофным. Александр Нутцель и его коллеги измерили сотни этих Steinkerne из позднего кембрия и раннего ордовика и напрямую зарегистрировали появление планктотрофных форм при переходе между этими периодами приблизительно 490 миллионов лет назад.

Для раннего ордовика характерно многообразие бентосных форм, кормившихся взвесью и прикреплявшихся к морскому дну. Некоторые исследователи предположили, что эта особенность запустила эволюцию планктотрофии как стратегии избегания хищничества. Очевидно, что этот вероятный сценарий подразумевает то, что снабжение питательными веществами в мировом океане было достаточным для поддержания существования плавающих личинок. Фактически, это стало результатом того эффекта, который оказали на динамику океанских вод тектонические события в раннем ордовике.

Биологи, имеющие дело с океанической жизнью, начинают уделять пристальное внимание работам палеонтологов в этой области, пробуя понять те условия, которые оказывали влияние на организмы в прошлом, и тем самым предугадать, какое воздействие могли бы оказать глобальные изменения окружающей среды на современные организмы. Поток информации движется в обе стороны, и итогом этого становится тщательное изучение истории жизни современных видов, которое даст самое подробное понимание эволюции стратегий личиночного развития в летописи окаменелостей.