Как челюсти двигали эволюцию рыб
Рыбы были первыми животными, у которых развились челюсти. Эти челюсти использовались не только для питания, но и для защиты, в качестве инструментов (например, для рытья или раскалывания твёрдой пищи) и даже для заботы о потомстве. Учёные считают, что именно челюсти стали ключевым признаком, подстегнувшим эволюцию позвоночных.
Исследование Мичиганского университета показало, что группа рыб, называемая лопастепёрыми, пережила взрыв разнообразия между 423 и 359 миллионами лет назад. В этот период у них наблюдалась быстрая эволюция челюстей и появление новых способов питания. В то же время у другой крупной группы — лучепёрых рыб — эволюция челюстей шла гораздо медленнее.
Это удивительно, поскольку позже эволюция лопастепёрых «застопорилась». Сегодня учёные признают всего 8 видов лопастепёрых рыб (включая знаменитую латимерию, или целаканта). Для сравнения, лучепёрые рыбы сегодня представлены около 33 000 видов.
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, подчёркивает важность изучения древних окаменелостей для понимания эволюционных процессов. Без палеонтологической летописи силурийского и девонского периодов (начиная с ~443 млн лет назад) эту «инверсию ролей» обнаружить бы не удалось.
Век рыб
Авторы проанализировали 3D-модели челюстей 86 видов рыб силура и девона. Они обнаружили, что у лопастепёрых рыб, особенно у двоякодышащих и целакантов, наблюдались самые высокие темпы изменений и наибольшие инновации в форме и функции челюстей.
«Если мы посмотрим назад на 400 или около того миллионов лет, мы увидим эту поразительную инверсию. В девоне у [лопастепёрых] было гораздо больше видов и гораздо больше инноваций в их челюстях», — говорит ведущий автор Эмили Тройер.
Исследователи изучили как форму челюстей, так и их функцию, определив механическое преимущество (силу укуса). Они обнаружили, что форма челюстей двоякодышащих рыб резко изменилась в раннем девоне. Их челюсти стали большими, толстыми и мускулистыми, что, вероятно, позволяло им питаться твёрдой добычей, такой как ранние моллюски и ракообразные.
«Мы думаем, что эти новые стратегии питания могли заставлять челюсти приобретать такую форму, и что некоторые из этих крупных инноваций связаны с их экосистемами того времени», — отмечает Тройер.
Соавтор Рафаэль Риверо-Вега, изучивший окаменелости челюстей почти всех доступных полных экземпляров лопастепёрых рыб, отмечает, что каждая группа рыб переживала «уникальный эволюционный момент в своём древнем прошлом».
«Это отличный пример того, как инновации в форме и функции могут осваиваться разными группами рыб в своём собственном темпе, если они испытывают соответствующие эволюционные давления. И всё это произошло за сотни миллионов лет до динозавров. Рыбы потрясающие».