Используя передовые методы визуализации, международная группа исследователей реконструировала сердце, мозг и плавники древней вымершей рыбы по детально проработанному фрагменту ископаемого размером с ноготь.
🦑 Результаты исследования: смесь головастика, подковообразного краба и улитки Гэри из «Губки Боба Квадратные штаны». Но, помимо сходства с мультфильмами, это существо может помочь переписать одну из самых ранних глав в эволюции животных.
Подробности описаны в исследовании, опубликованном 6 августа в журнале Nature.
Хронология эволюции рыб
Первые рыбы на Земле появились около полумиллиарда лет назад, но не у поверхности океана. Они начали свой эволюционный путь гораздо ближе ко дну моря, где могли всасывать пищу, прежде чем у них появились челюсти и зубы.
Принято считать, что эти анатомические изменения возникли у рыб по мере их подъёма в толще воды. К 400 миллионам лет назад рыбы с челюстями уже доминировали в океанах. Затем эволюция постепенно привела к появлению позвоночных с конечностями, наземных существ и, в конце концов, людей.
Однако, хотя гипотеза «сначала челюсти, потом конечности» имеет под собой основания, есть и нерешённые вопросы.
«Существует большой пробел в данных под этой трансформацией, — объяснил в заявлении биолог из Университета Чикаго и старший автор исследования Майкл Коутс. — Нам не хватало снимков из палеонтологических архивов, которые помогли бы нам упорядочить ключевые события и реконструировать характер и направление изменений».
Открытие, которое ждали десятилетия
Потенциально ключевой снимок оставался похороненным в палеонтологическом архиве в течение десятилетий. Экспедиция 1969 года на норвежский арктический архипелаг Шпицберген дала тысячи камней с окаменелостями, вмурованных в песчаник, но потребовалось ещё 40 лет, прежде чем исследователи смогли посвятить достаточно времени их сортировке.
Среди всех расколов песчаника соавторы исследования были удивлены, обнаружив прекрасно сохранившийся череп норселасписа длиной в полдюйма, датируемый 410–407 миллионами лет назад.
Ископаемое было обнаружено в камне из песчаника, первоначально извлечённом в 1969 году.
Команда вскоре отправила своё открытие в Швейцарский институт Пауля Шеррера, где эксперты использовали синхротронную рентгеновскую микротомографию для сканирования образца слой за слоем. Результаты ошеломили их. После тысяч часов цифровой реконструкции трёхмерные сканы чётко изобразили тонкие, как ткань, кости, окружающие органы и мускулатуру, сохранившиеся с беспрецедентной детализацией.
«С помощью этого изысканного цифрового атласа мы теперь знаем норселасписа в более подробных анатомических деталях, чем многие ныне живущие рыбы», — сказал ведущий автор и палеобиолог Тецуто Мияшита.
Хотя норселаспис был бесчелюстным, у него были анатомические особенности, которые биологи ранее считали присущими только видам с челюстями. В частности, у древней рыбы уже было развито чрезвычайно мощное сердце и расширенные сосуды, облегчающие больший кровоток.
«Можно даже сказать, что у норселасписа было сердце акулы под кожей миноги», — пояснил Мияшита.
Уши авокадо и сердца дыни
Сенсорные органы норселасписа также были впечатляющими. Семь небольших мышц управляли его глазными яблоками — на одну больше, чем у человека, — в то время как его внутренние уши были сравнительно гигантскими.
«Если бы норселаспис был в нашем масштабе, его внутренние уши были бы размером с авокадо, а его сердце — как дыня», — добавил Мияшита.
Эволюционные преимущества были не только внутренними. Норселаспис также плавал с помощью наклонённых, похожих на весла плавников, расположенных за жабрами, что позволяло ему быстро поворачивать, останавливаться и ускоряться по мере необходимости. Однако всё это, скорее всего, не использовалось для ловли добычи.
Учитывая отсутствие у него челюстей и зубов, рыба, возможно, использовала свою неожиданную анатомию, чтобы уклоняться от хищников, у которых развивались челюсти. Это взаимодействие между видами привело к взрыву океанического разнообразия.
«Когда в этих условиях развились челюсти, это привело к появлению ключевой комбинации сенсорных, плавательных и пищевых систем, что в итоге привело к необычайному разнообразию и изобилию девонских рыб», — сказал Коутс.
Голова и плечи
Норселаспис не только ставит под сомнение хронологию эволюции рыб с челюстями. Исследователи также отметили, что нерв, связанный с его плечом, был отделён от нервов, идущих к жабрам. Из-за этого они теперь предполагают, что плечи, видимые у четвероногих (четвероногих позвоночных), развились как новая структура, соединённая с шеей, которая отделяла туловище от головы.
Хотя до сих пор неясно, что именно спровоцировало формирование челюстей, норселаспис показывает, что эволюционный путь позвоночных не был единым.
«Это было не так просто, как идти прямо от донного питателя к хищнику высшего уровня», — сказал Мияшита.