Происхождение уникального дыхательного аппарата черепах

Исследование современных и древних ископаемых черепах позволило лучше понять механизм их дыхания и эволюционные процессы, сформировавшие уникальный дыхательный аппарат и панцирь. Результаты, опубликованные в статье «Origin of the unique ventilatory apparatus of turtles» в научном журнале Nature Communications 7 ноября 2014 года, помогают определить, когда и как эволюционировал этот аппарат.

Ведущий автор доктор Тайлер Лайсон отметил: «Черепахи имеют причудливый план строения тела. Один из самых загадочных его аспектов — то, что черепахи «заперли» свои рёбра в знаменитом панцире. Ни одно другое животное так не делает, вероятно, потому, что рёбра играют ключевую роль в дыхании у большинства животных, включая млекопитающих, птиц, крокодилов и ящериц».

Вместо этого черепахи развили уникальный абдоминальный мышечный пояс, охватывающий лёгкие и органы, который помогает им дышать. Время и способ эволюции этого механизма оставались неизвестными.

«Было довольно ясно, что панцирь и дыхательный механизм эволюционировали в тандеме, но что появилось первым? Это своего рода дилемма курицы и яйца», — сказал Лайсон. Изучая анатомию и тонкие срезы (гистологию), Лайсон и его коллеги показали, что современный дыхательный аппарат черепах уже присутствовал у самого раннего ископаемого предка — животного, известного как Eunotosaurus africanus.

Это животное жило в Южной Африке 260 миллионов лет назад и имеет много уникальных черт с современными черепахами, но у него не было панциря. Узнаваемый черепаший панцирь появляется лишь на 50 миллионов лет позже.

Лайсон заявил, что Eunotosaurus заполняет морфологический пробел между ранним планом строения рептилий и сильно изменённым планом строения современных черепах, являясь «Археоптериксом» черепах.

«Eunotosaurus, описанный в 1892 году, — один из самых ранних предков черепах, известный по ранним породам близ Бофорт-Уэста», — сказал соавтор работы профессор Брюс Рубидж. — Породы Кару примечательны разнообразием ископаемых ранних черепах. Тот факт, что мы находим Eunotosaurus в основании разреза Кару, strongly suggest, что в Кару предстоит открыть ещё более древние формы предков черепах».

Исследование предполагает, что на раннем этапе эволюции плана строения черепах постепенное увеличение жёсткости стенки тела привело к разделению функций между рёбрами и брюшными дыхательными мышцами. По мере того как рёбра расширялись и укрепляли торс, они становились менее эффективными для дыхания. Это заставило брюшные мышцы специализироваться для дыхания, что, в свою очередь, высвободило рёбра для их eventual — примерно через 50 миллионов лет — полной интеграции в характерный черепаший панцирь.

Лайсон и его коллеги теперь планируют исследовать причины, по которым рёбра ранних черепах начали расширяться. «Расширенные рёбра — это первый шаг к общему увеличению жёсткости стенки тела у ранних базальных черепах, что в конечном итоге привело как к эволюции панциря, так и к этому уникальному способу дыхания. Мы планируем изучить этот ключевой аспект, чтобы лучше понять, почему рёбра начали расширяться».