Большое сердце и обострённые чувства — ключ к взрывному распространению древних рыб, указывает цифровая реконструкция

от

Международная группа учёных под руководством специалистов из Канадского музея природы и Чикагского университета восстановила мозг, сердце и плавники вымершей рыбы под названием Norselaspis glacialis по крошечному ископаемому размером с ноготь и обнаружила свидетельства изменений в сторону быстроплавающего образа жизни, настроенного на восприятие окружающей среды, задолго до появления челюстей и зубов. Это позволило лучше захватывать пищу.

«Это подготовительные акты для ключевого эпизода в нашей глубокой эволюционной истории», — сказал Тетсуто Мияшита, научный сотрудник музея и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature.

Рыбы существуют уже полмиллиарда лет

Самые ранние виды жили у морского дна, но когда у них появились челюсти и зубы, всё изменилось: к 400 миллионам лет назад челюстные рыбы доминировали в водной толще. В конечном итоге от этого излучения позвоночных произошли животные с конечностями, включая людей.

Однако долгое время оставалось загадкой, как произошло это ключевое событие. Стандартная теория утверждает, что сначала появились челюсти, а другие части тела изменились, чтобы поддержать новый хищный образ жизни.

«Но под этой трансформацией существует большой пробел в данных», — сказал Майкл Коутс, профессор и заведующий кафедрой биологии организмов и анатомии в Чикагском университете и старший автор исследования.

Новое исследование опровергает идею о том, что сначала появились челюсти. «Мы обнаружили у бесчелюстной рыбы Norselaspis черты, которые, как мы думали, были уникальны для челюстных форм», — сказал Мияшита, который ранее был докторантом в лаборатории Коутса в Чикаго.

«Эта окаменелость из девонского периода, более 400 миллионов лет назад, показывает, что обострённые чувства и мощное сердце появились задолго до челюстей и зубов», — добавил он.

Ископаемое Norselaspis, изученное командой, настолько хорошо сохранилось в фрагменте породы, что учёные смогли просканировать его и увидеть отпечатки сердца, кровеносных сосудов, мозга, нервов, внутреннего уха и даже крошечных мышц, которые двигали глазное яблоко.

Ископаемое было спрятано в одном из тысяч блоков песчаника, собранных во время французской палеонтологической экспедиции на архипелаг Шпицберген, арктический архипелаг Норвегии, в 1969 году.

Сорок лет спустя соавторы исследования Филипп Жанвье и Пьер Герье раскололи один из блоков, обнаружив идеально сохранившийся череп Norselaspis длиной чуть более половины дюйма. Команду исследователей отвезли в Институт Пауля Шеррера в Швейцарии, чтобы просканировать его с помощью пучков рентгеновских лучей высокой энергии.

Результат поразил. Послойно рентгеновские изображения выявили тонкие плёнки костей, которые с поразительной точностью охватывали органы рыбы. Кости толщиной в сотую долю миллиметра запечатлели призраки органов, которые раньше удерживал скелет.

В Чикаго специалист по цифровой визуализации Кристен Тиетен (ныне сотрудник Института биоразнообразия Канзасского университета) работала с Мияшитой и Коутсом, чтобы в цифровом формате препарировать анатомию рыбы и сшить её воедино.

«С помощью этого изысканного цифрового атласа мы теперь знаем Norselaspis в большей анатомической детализации, чем многих живых рыб», — сказал Мияшита. Например, у рыбы было семь крошечных мышц для движения глазных яблок, тогда как у человека их шесть. У неё были увеличенные внутренние уши, огромное сердце и сосуды, расположенные как объездные пути на шоссе, чтобы пропускать больше крови. Мияшита проводит параллели с фруктами.

«Если бы Norselaspis была нашего масштаба, её внутреннее ухо было бы размером с авокадо, а сердце — как дыня канталупа», — сказал он.

У рыбы также были пара наклонных, похожих на весла плавников за жабрами, которые, по словам Коутса, были бы полезны для резких остановок, рывков и поворотов. Эти анатомические новшества сделали Norselaspis своего рода спортивным автомобилем среди обычно вялых бесчелюстных рыб своего времени.

Такая «насыщенная действиями» анатомия, вероятно, развилась для того, чтобы избегать хищников, а не для преследования добычи. Но то, что вызывает быстрые ответные реакции у бесчелюстных рыб, в свою очередь, давало челюстным рыбам преимущество в обнаружении и захвате пищи.

«Когда челюсти эволюционировали на этом фоне, это привело к появлению ключевой комбинации сенсорных, плавательных и пищевых систем, что в итоге привело к необычайному разнообразию и обилию девонских рыб», — сказал Коутс.

Ранние челюсти, вероятно, были лучше приспособлены для всасывания пищи вместе с водой и грязью, чем для хватания за проплывающую добычу. «Это было не так просто, как перейти прямо от донного питателя к хищнику высшего уровня», — сказал Мияшита.

Новое исследование также опровергает идею о том, что плечи и руки у современных четвероногих произошли от модифицированных жаберных структур. Команда проследила нерв, идущий к плечу Norselaspis, и увидела, что он был отделён от нервов, идущих к жабрам, — явное доказательство того, что одно не происходило от другого.

Вместо этого команда утверждает, что плечо развилось как совершенно новая структура с новой областью — шеей, отделяющей голову от туловища. «Многие из этих эволюционных изменений связаны с тем, как голова прикреплена к туловищу», — сказал Мияшита.

В примитивных бесчелюстных рыбах голова непрерывна с туловищем, в то время как у челюстных позвоночных есть шея и горло, разделяющие две области. Norselaspis находится посередине; её голова напрямую прикреплена к плечу без шеи, почти как если бы наши руки торчали за щёки. Но органы на этом стыке, такие как внутреннее ухо, плечи и сердце, улучшены или реорганизованы для большей способности ориентироваться в окружающей среде.

Палеонтологи всё ещё выясняют, что вызвало эту трансформацию. Некоторые, например Кристиан Клуг из Цюрихского университета в Швейцарии, который не участвовал в исследовании, считают, что линия Norselaspis возникла во время так называемой Нектонной революции, когда морские организмы начали подниматься в толще воды. «Для исторического события мы часто подчёркиваем один или два символических момента до степени банальности. В этом смысле эволюция челюстей подобна выстрелу в Сараево, положившему начало Первой мировой войне в 1914 году», — сказал Мияшита. «Но крайне важно понимать контекст. С Norselaspis мы действительно можем найти это в его сердце».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте