Древние акулы освоили всасывающую кормёжку задолго до костных рыб
Исследователи из Чикагского университета впервые применили инструменты, разработанные для изучения 3D-механики челюстей современных рыб, для анализа ископаемой рыбы. Комбинация с КТ-сканированием, позволяющим получать изображения окаменелости, всё ещё заключённой в породе, показала, что 335-миллионолетняя акула обладала сложными челюстями, способными к всасывающей кормёжке. Этот способ питания характерен для костистых рыб (окунь, карп) и современных акул-нянек.
Примечательно, что такие челюсти у древних акул появились примерно на 50 миллионов лет раньше, чем самые ранние свидетельства аналогичных адаптаций у костных рыб. Это демонстрирует как эволюционную гибкость акул, так и их быструю реакцию на новые экологические возможности после одного из пяти крупнейших вымираний в истории Земли.
"Среди современных водных позвоночных всасывающая кормёжка широко распространена и часто считается ключевым фактором эволюционного успеха лучепёрых рыб, — говорит Майкл Коутс, старший автор исследования. — Но мы показываем, что высокоэффективное всасывание впервые появилось у одной из самых ранних известных акул".
Виртуальный конструктор для сборки акулы
Исследование, опубликованное в Science Advances, описывает окаменелость акулы Tristychius arcuatus длиной около 60 см. Эти акулы девонского периода находят в железорудных конкрециях на берегах залива Ферт-оф-Форт в Шотландии.
Ископаемые акулы редки, так как их хрящевой скелет обычно разлагается. Исследователи часто ограничены изолированными зубами или шипами плавников. Даже при находке более полного скелета он обычно сплющен или разрушается при извлечении из породы.
Лаборатория Коутса применяет современные методы КТ-сканирования и программное обеспечение для создания 3D-изображений окаменелого хряща и его отпечатков прямо в камне. Используя моделирующее ПО, разработанное для изучения современных рыб, они могут воссоздать полный скелет, его подвижность и функциональность.
"Эти новые КТ-методы открывают доступ к массиву ранее недоступных данных", — отмечает Коутс.
Изучая как ранее исследованные, так и новые образцы, команда получила полный "конструктор" для виртуальной 3D-реконструкции акулы.
Преодоление подводной физики
Виртуальная модель позволила создать 3D-печатные копии хрящевых элементов черепа акулы. Это дало возможность смоделировать движения и соединения, чтобы понять работу черепа.
При всасывающей кормёжке рыба затягивает воду в рот, чтобы поймать добычу (червей, ракообразных). Ключевая задача — втянуть воду при открытии рта и не вытолкнуть её обратно при закрытии.
Это достигается за счёт отвода воды через жабры. Сила всасывания усиливается гибкими дугами и суставами, расширяющими щёки и объём ротовой полости (эффект, похожий на разведение ладоней под водой).
Современные рыбы усовершенствовали этот процесс, но у Tristychius был аналогичный аппарат, расширявшийся при открытии и закрытии рта для контроля потока воды. Критически важным элементом был набор хрящей вокруг рта, ограничивавший размер отверстия для контроля силы всасывания. Круглый рот был выдвинут вперёд на конце морды, как у современных ковровых акул или акул-нянек, а не представлял собой широкую зубастую пасть, как у большой белой акулы.
В то время как другие акулы того периода имели типичные хватательные челюсти, комбинация расширяющихся щёк и контролируемого ротового отверстия дала Tristychius доступ к новым пищевым ресурсам. Это могли быть организмы, прячущиеся в норах, или труднодоступные стаи креветок и мальков — и всё это за 50 миллионов лет до того, как костные рыбы освоили ту же технику.
"Комбинация физических и вычислительных моделей позволила нам изучить биомеханику палеозойской акулы беспрецедентным способом, — заключает Коутс. — Эти конкретные акулы делали что-то сложное и новое. Здесь мы видим самое раннее свидетельство этой ключевой инновации, столь важной для многих групп рыб и развивавшейся неоднократно".