По кусочкам: как челюсти способствовали эволюции рыб

от

Если вы читаете это предложение, возможно, вам стоит поблагодарить рыб. Рыбы были первыми животными, у которых появились челюсти. Они используют челюсти в первую очередь для еды, но также для защиты, в качестве инструментов — например, для рытья нор или раскалывания твёрдой пищи — и даже в качестве формы родительской заботы: некоторые рыбы носят икру или мальков во рту.

Учёные считают, что челюсти — это признак, который способствовал эволюции позвоночных, включая нас.

Исследование Мичиганского университета показало

Исследование Мичиганского университета показало, что около 359–423 миллионов лет назад у редкой группы рыб, называемых лопастепёрыми, произошёл взрыв разнообразия. Это была особенно разнообразная группа, включавшая множество видов с быстро эволюционирующими челюстями и новыми инновациями в способах питания. В то же время другая крупная группа рыб того времени — лучепёрые — имела челюсти, которые эволюционировали гораздо медленнее.

Это удивительно, потому что спустя несколько миллионов лет их эволюция застопорилась. Наиболее известным из этих «живых ископаемых», вероятно, является латимерия, которую когда-то считали вымершей, но в 1938 году обнаружили живущей в глубоком океане. Сегодня учёные признают всего восемь видов лопастепёрых рыб. Для сравнения, лучепёрые рыбы включают в себя около 33 000 видов и включают практически любую рыбу, которую вы можете себе представить: от золотых рыбок до окуня и морских коньков.

Исследование, проведённое под руководством постдокторанта Мичиганского университета Эмили Тройер, опубликовано в журнале Current Biology.

Тройер сказала, что исследование подчёркивает важность изучения древних окаменелостей, чтобы узнать новую информацию о процессе эволюции. Они не ожидали увидеть такое несоответствие в эволюционной мощи между лопастепёрыми и лучепёрыми рыбами — этого нельзя было бы узнать, если бы не ископаемые записи силурийских и девонских рыб.

«Когда вы изучаете эволюцию, вы можете узнать очень много, если посмотрите в прошлое», — сказала Тройер. «Без ископаемых записей мы не имели бы представления об этом инвертированном изменении ролей».

Роль челюстей в эволюции позвоночных

Хотя учёные давно подозревали роль челюстей в эволюции позвоночных, работ, сравнивающих эволюцию челюстей у ранних рыб, было немного. Авторы исследования изучили трёхмерные модели на основе данных компьютерной томографии 86 различных видов рыб из силурийского и девонского периодов, начиная примерно с 443 миллионов лет назад — ещё до появления деревьев. Они обнаружили, что лопастепёрые рыбы, двоякодышащие и латимерия, в частности, демонстрировали самые высокие темпы изменений и наиболее новаторские формы челюстей.

«Это действительно поразительный результат, прежде всего потому, что двоякодышащие и латимерия сегодня представлены всего восемью живыми видами, и разнообразие челюстей у них невелико. Однако, если мы посмотрим в прошлое на 400 миллионов лет назад, мы увидим эту поразительную инверсию. В девоне у нас было гораздо больше видов и гораздо больше инноваций в их челюстях», — сказала Тройер.

Чтобы определить это, исследовательская группа создала цифровые карты каждой трёхмерной модели, чтобы изучить как форму челюсти, так и функцию, определив механическое преимущество челюсти, или насколько большую силу рыба могла приложить, когда кусала.

«По сути, чем выше механическое преимущество челюсти, тем сильнее сила укуса», — сказала Тройер.

Исследовательская группа обнаружила, что форма челюстей двоякодышащих рыб особенно изменилась в раннем девонском периоде. Их челюсти стали большими и толстыми, с тяжёлыми мышцами. Это, вероятно, дало им возможность есть добычу с твёрдой оболочкой, такую как ранние моллюски и ракообразные.

«Благодаря своим здоровенным челюстям они могли есть твёрдую пищу», — сказала Тройер. «Мы думаем, что эти новые стратегии питания могли привести к тому, что челюсти стали такими, какие они есть, и что некоторые из этих крупных инноваций связаны с их экосистемами в то время».

Рафаэль Риверо-Вега, соавтор исследования и недавний выпускник докторантуры Мичиганского университета, собрал данные компьютерной томографии и посетил музеи, чтобы создать дополнительные трёхмерные сканы почти всех доступных полных окаменелостей челюстей лопастепёрых рыб для своей диссертации. Затем он сопоставил важные характеристики челюстей, чтобы проверить «адаптивную радиацию» или быстрое разнообразие животных из-за изменений в их среде.

Риверо-Вега был поражён открытием исследования, что каждая группа рыб переживала «уникальный эволюционный момент в своём древнем прошлом».

«Некоторые рыбы быстро диверсифицировали свои челюсти по форме и размеру, чтобы позже оставаться по существу неизменными после того, как они заняли специализированную нишу, у других были схожие характеристики, но более широкий спектр форм и размеров, а третьи имели схожую форму, но не менялись, пока не перешли на сушу», — сказал он.

«Это отличный пример того, как инновации в форме, форме и функции могут быть исследованы разными группами рыб в своём собственном темпе, пока они испытывают соответствующие эволюционные давления. И всё это произошло за сотни миллионов лет до динозавров. Рыбы — это потрясающе».

Предоставлено Мичиганским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте