Недавно опубликованное исследование генома в журнале Nature Ecology and Evolution представляет собой первый систематический обзор эволюционной истории кальмаров и каракатиц, «декабрахиоцефалоподов», показывая, что они возникли в глубоком море, быстро диверсифицировались около 100 миллионов лет назад и завершили взрыв диверсификации по модели «длинного опережения» в течение длительного периода восстановления после вымирания динозавров.
Кальмары и каракатицы известны своими причудливыми способностями, такими как мгновенное изменение цвета, камуфляж и реактивное движение, но в течение долгого времени учёным было трудно восстановить их эволюционное происхождение из-за скудных записей окаменелостей и разрозненных данных о геноме. Новое исследование, проведенное Окинавским институтом науки и технологий (OIST), объединило существующие базы данных и впервые добавило три недавно секвенированных генома кальмаров, чтобы составить наиболее полное на сегодняшний день эволюционное древо геномов декабрахиоголовоногих.
Густаво Санчес, первый автор статьи и исследователь из отдела молекулярной генетики OIST, сказал, что происхождение кальмаров и каракатиц обсуждается на протяжении десятилетий, при этом различные исследования предлагают противоречивые гипотезы, основанные на морфологических характеристиках или ограниченных молекулярных данных. Полногеномные данные высокого разрешения значительно уменьшили сигналы предвзятости, позволяя выявить истинные генетические связи. Исследования показывают, что большинство брахиопод имеют внутренние структуры панциря, но формы сильно различаются: у каракатиц круглые известковые каракатицы, у многих кальмаров тонкие, мечевидные «перьевые панцири» и спиральный панцирь «маленького спирального кальмара», а некоторые мелководные виды даже полностью утратили эту структуру.
Крупномасштабное полногеномное секвенирование технически очень сложно, поскольку размер генома кальмаров и каракатиц может быть вдвое больше, чем у человека. Это не только требует мощных платформ для секвенирования и вычислительных ресурсов, но также требует получения свежих образцов, что непросто для видов, распространенных на тропических коралловых рифах и даже в глубоких морях. Санчес отметил, что некоторые линии чрезвычайно многочисленны в районах тропических рифов, таких как острова Рюкю, в то время как другие существуют только в загадочных формах в глубоком море. Это исследование смогло опираться на местные ресурсы Окинавы и международное сотрудничество для сбора образцов ключевых видов.
Исследование является одним из ключевых результатов пятилетнего международного сотрудничества в рамках проекта «Геном водного симбиоза», поддерживаемого Институтом Wellcome Sanger в Великобритании. Исследовательская группа использовала геном декабрахиоцефалопод, охватывающий почти все основные линии, чтобы построить первое эволюционное дерево с высоким разрешением, заполнив многие предыдущие ключевые пробелы. Соавтор Фернандо Фернандес-Альварес из Испанского института морских исследований занимается изучением «спирулы спирулы». Эта уникальная внутренняя структура панциря однажды заставила некоторых учёных ошибочно полагать, что он более тесно связан с кальмарами. Однако геномные данные исправили эту неправильную классификацию и дали новые ключи к разгадке общей эволюции всех головоногих моллюсков.
Объединив геномную информацию с ограниченной летописью окаменелостей, команда реконструировала хронологию эволюции кальмаров и каракатиц. Результаты показывают, что эта группа произошла из глубоководной среды, и такие виды, как колючий кальмар, которые до сих пор живут в глубоком море, вероятно, сохранят характеристики, близкие к своим ранним формам. Исследования показывают, что основные ветви десятибрахиоцефалопод быстро разошлись в середине мела мезозойской эры около 100 миллионов лет назад. После этого, около 66 миллионов лет назад, разразилось мел-палеогеновое (К-Пг) массовое вымирание, в результате которого вместе с нептичьими динозаврами исчезло около трёх четвертей видов животных и растений на Земле.
Исследовательская группа предположила, что основная причина, по которой ранние декабрахиоподы смогли пережить эту катастрофу, заключалась в том, что они отступили в несколько богатых кислородом убежищ в глубоком море. Санчес объяснил, что среда морской поверхности в то время была чрезвычайно суровой для головоногих моллюсков, и на мелководных прибрежных водах было очень мало богатых кислородом мест обитания для дыхания. В то же время сильное закисление океана ускорит растворение и разрушение раковин мелководных видов. В этом контексте тот факт, что декабрахиоцефалоподы на протяжении всей своей эволюционной истории все еще сохраняли некоторую форму внутренней оболочки, рассматривается как важное свидетельство глубоководного происхождения.
Со временем глобальные экосистемы постепенно восстановились, и прибрежные коралловые рифы были восстановлены, создав новые богатые экологические ниши для декабрахиоцефалопод и побудив многие виды снова распространиться в мелководные моря. Эволюционное древо показывает, что после появления ранних ветвей дифференциация линий была очень ограниченной в течение десятков миллионов лет. Однако в период восстановления после K-Pg количество ветвей внезапно резко возросло, показывая, что виды развивались в разных направлениях, чтобы адаптироваться к быстро меняющейся экосистеме. Это типичная модель «длинного лидерства»: после длительного инкубационного периода происходит взрыв диверсификации.
На микроскопическом уровне исследование также использовало транскриптомику для анализа спиральных раковин размером с нежные ногти колючего кальмара и обнаружило, что они обладают специфическими характеристиками экспрессии генов при биоминерализации и регенерации панциря. По сравнению с другими видами головоногих моллюсков, структура панциря этого типа не претерпела существенных деградаций за долгое геологическое время.
Исследователи полагают, что эта новая геномная структура закладывает основу для понимания механизма эволюции уникальных признаков кальмаров и каракатиц. Профессор Дэниел Роксал, руководитель отдела молекулярной генетики OIST, отметил, что по сравнению с другими группами животных декабрахиоподы обладают большим количеством уникальных органов и моделей поведения, от динамического камуфляжа до сложных нервных систем, которые являются источником постоянного вдохновения для ученых. Теперь, благодаря высококачественным геномам и четким генетическим связям, исследователи могут более целенаправленно сравнивать молекулярные изменения, лежащие в основе этих инноваций.
Соответствующая статья называется «Быстрая диверсификация кальмаров и каракатиц в середине мелового периода предшествовала их распространению в прибрежные ниши», написанная Густаво Санчесом и другими и опубликованная в Интернете 30 марта 2026 года. Исследование поддерживалось Окинавским институтом науки и технологий, Высшим университетом, Японским обществом содействия науке, Биохабом Чана Цукерберга и несколькими агентствами по финансированию научных исследований в Испании.