У ископаемой водной рыбы нашли позвоночник, похожий на человеческий

Учёные десятилетиями считали, что позвоночник, разделённый на несколько сегментов, — исключительная черта наземных животных. Однако обнаружение такой же анатомической особенности у 345-миллионолетнего угря говорит о том, что эта сложная анатомия возникла отдельно от первых видов, ходивших по суше, и, возможно, даже раньше них.

Tarrasius problematicus — угреобразная рыба, жившая в мелководных водоёмах на территории современной Шотландии в каменноугольный период (от 359 до 318 млн лет назад). Как и у многих рыб, считалось, что её позвоночный столб просто делится на туловищный и хвостовой отделы. Но в новом описании Tarrasius, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B, Лорен Саллан описывает позвоночник из пяти сегментов, гораздо более похожий на анатомию позвоночника наземных четвероногих (тетрапод), включая человека.

Это неожиданное открытие ставит под сомнение распространённое среди палеонтологов предположение, используемое для определения по ископаемым остаткам, обитал ли древний вид на суше или в воде.

«Это последний признак, который пал, — говорит Саллан, аспирантка Программы интегративной биологии Чикагского университета. — Сначала считалось, что конечности указывают на то, что вид обитал на суше и ходил, а теперь и морфология позвонков не означает этого. Так что многие черты, которые мы связываем с тетраподами, на самом деле впервые возникли у рыб, и это ещё один пример».

Позвонки тетрапод (к которым относятся первые наземные виды, а также все современные млекопитающие, рептилии, птицы и люди) организованы в пять различных сегментов. От головы к хвосту их можно разделить на шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой отделы, каждый со своей характерной анатомией.

Напротив, позвонки рыб обычно делятся на два отдела: хвостовой и предхвостовой. Однако позвоночный столб Tarrasius демонстрирует сложность, больше похожую на таковую у тетрапод, с пятью сегментами, разделёнными резкими переходами.

«Морфология просто полностью отличается в каждой серии позвонков, — говорит Саллан. — Как у тетрапода, вы можете определить, на какой сегмент смотрите, по базовой морфологии».

Изначально Саллан изучала Tarrasius, чтобы понять его эволюционное положение среди других ранних лучепёрых рыб, а не в поисках необычного позвоночника. Однако, изучая неописанные ископаемые в Национальных музеях Шотландии в Эдинбурге, она обнаружила неожиданные особенности. Вместо гибкой хорды, характерной для большинства древних рыб, у Tarrasius были массивные костные позвонки, организованные в пять анатомически различных отделов.

Обладая этой новой информацией, Саллан повторно изучила многие другие окаменелости этого вида и обнаружила признаки сложного строения позвоночника, которые ранее упускали из виду.

«Это было в другом музее, не там, где хранится большинство образцов, и предыдущие исследователи просто снова и снова смотрели на одни и те же окаменелости, — объясняет Саллан. — Это, в сущности, проблема поиска того, что ты ожидаешь увидеть, вместо того, что есть на самом деле».

Появление тетраподоподобной организации позвоночника у лучепёрой рыбы разрушает предполагаемую связь между сложной анатомией позвонков, хождением и наземным образом жизни. Угреобразный Tarrasius не имел задних плавников, но обладал длинным спинным плавником, что указывает на использование сложного позвоночника для плавания, а не ходьбы. И хотя Tarrasius жил на несколько миллионов лет позже первых тетрапод с руками и ногами, открытие этих особенностей позвоночника у рыбы подтверждает, что такая анатомия могла эволюционировать отдельно от эволюции ходьбы.

«Вы не можете использовать этот признак, чтобы утверждать, что что-то определённо обитало на суше или идентифицировать тетрапода, как это делается в этой области сейчас», — говорит Саллан.

Вместо этого общие черты предполагают, что сходная среда или другие факторы естественного отбора могли привести к конвергентной эволюции этой сложной организации позвоночника. Это также ставит под вопрос, является ли тетраподоподобная экспрессия семейства факторов, ответственных за формирование тела — Hox-генов — предковой как для позвоночных, так и для рыб, или же она действительно необходима для развития этих спинных сегментов. Поскольку большая часть знаний о связи Hox-генов и развития тела основана на генетических исследованиях современных тетрапод, новое открытие подчёркивает необходимость большего количества исследований на видах рыб.

«Часть проблемы в том, что данные об экспрессии Hox-генов доступны лишь для нескольких модельных организмов, — говорит Саллан. — Что действительно нужно, так это данные об экспрессии от других лучепёрых рыб и тетрапод, не только мыши, цыплёнка и данио-рерио. Нам нужно попытаться получить полное разнообразие экспрессии Hox».

Также остаётся неясным, как Tarrasius использовал свой неожиданно сложный позвоночник в повседневной жизни. Саллан предполагает, что костные позвонки могли быть полезны для продвижения тела рыбы при быстром плавании, подобно жёстким позвонкам современных марлинов.

«Думаю, это должно помогать укреплять тело, потому что хвост такой гибкий, — говорит Саллан. — Если посмотреть на общую форму, она больше похожа на головастика или раннего тетрапода, так что, возможно, это просто помогает удерживать тело в устойчивом положении, пока хвост хлопает».