Дизайн челюстей позвоночных закрепился 400 миллионов лет назад

Более 99% современных позвоночных (животных с позвоночником, включая человека) имеют челюсти. Однако 420 миллионов лет назад моря, озёра и реки доминировали безчелюстные, беззубые, покрытые броней рыбы. На суше позвоночных ещё не было, а недавно появившиеся челюстные рыбы играли второстепенную роль. Некоторые из них имели необычную форму и структуру челюстей, мало похожие на современных животных.

Исследователи под руководством доктора Филипа Андерсона из Школы наук о Земле Бристоля применили концепции из физики и инженерии, чтобы понять потенциальные функции питания этих необычных ранних челюстных позвоночных, и сравнили эти данные с разнообразием как челюстных, так и безчелюстных рыб. Хотя давно предполагалось, что челюстные рыбы были лучше адаптированы и напрямую вытеснили своих безчелюстных соседей, это утверждение никогда не проверялось.

Ключевые выводы исследования:

• Ошибочность старой гипотезы: Результаты показывают, что давние представления о замене безчелюстных рыб новыми челюстными формами, вероятно, неверны. Разнообразие механизмов питания у ранних челюстных животных, по-видимому, мало или никак не повлияло на разнообразие безчелюстных рыб, которые делили экологическое пространство с челюстными рыбами как минимум 30 миллионов лет до начала заметного упадка.
• Стабильность дизайна челюстей: Челюстные позвоночные достигли стабильного разнообразия в своём питательном аппарате на раннем этапе эволюции и сохранили его, несмотря на серьёзные изменения окружающей среды в девонский период. Первый всплеск диверсификации челюстных позвоночных произошёл задолго до известного события оксигенации 400 миллионов лет назад, с которым его ранее связывали.
• Доминирование вымерших групп: Группы, составляющие основу современного разнообразия рыб (лучепёрые рыбы), а также наши собственные предки (ранние тетраподы), были ограничены лишь несколькими типами челюстей и экологией питания. В то же время причудливые вымершие группы (такие как плакодермы и удивительно большое количество вымерших двоякодышащих рыб) демонстрировали широкий спектр экологии питания и доминировали в мире челюстных позвоночных того времени.

Доктор Андерсон отметил: «Когда безчелюстные рыбы приходят в упадок, мы не видим никаких указаний на то, что их челюстные родственники взяли на себя новые функциональные роли, что ставит под сомнение старые идеи об экологической замене... Интересно поразмышлять, как могли бы выглядеть современные челюстные позвоночные, если бы эти разнообразные группы не были бы сильно сокращены (или вымерли, как плакодермы) после девона».

Исследователи надеются, что новые методы оценки вариаций в функциональных системах (таких как аппарат питания) будут применены к изучению других вымерших групп в периоды драматических переходов, таких как массовые вымирания и эволюционные радиации.