Челюсти: как африканская лучепёрая рыба помогает переосмыслить основы эволюции

Семейство рыб цихлид из озера Малави в Африке помогает исследователям из Массачусетского университета в Амхерсте уточнить наше понимание того, как работает эволюция.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, авторы Эндрю Дж. Конит, постдокторский исследователь кафедры биологии, и Крейг Альбертсон, профессор биологии, сосредоточились на челюстях цихлид. Они примечательны тем, что у этих рыб два набора челюстей.

Цихлиды, к счастью, не едят людей, но благодаря двум парам челюстей они являются феноменально успешной группой рыб с эволюционной точки зрения. Только в озере Малави за последние 1–2 миллиона лет эволюционировало более 1000 различных видов цихлид. Один набор челюстей, ротовой, похож на наш и служит для захвата пищи. Но у цихлид, как и у ксеноморфа из «Чужого», есть второй набор челюстей, глубже в глотке, предназначенный для переработки пищи после её захвата первой парой. Наличие двух пар челюстей означает, что каждая может специализироваться на определённой роли, что повышает эффективность питания и эволюционный успех.

Учитывая успех цихлид, понимание эволюции этих двух челюстей стало важным направлением исследований. Ранее считалось, что два набора челюстей эволюционно разобщены и могут развиваться независимо друг от друга. Однако Конит и Альбертсон показали, что для цихлид это, по-видимому, не так, что бросает вызов предположению четвертьвековой давности. «Мы обнаружили, что эволюция двух наборов челюстей не просто связана, но связана на нескольких уровнях — от генетического до эволюционного», — говорит Альбертсон.

Эти выводы — значительный шаг вперёд в понимании работы эволюции. Например, многие модели эволюции предполагают, что организмы состоят из повторяющихся модулей (например, пальцы на руке или зубы во рту), и что эти отдельные модули эволюционируют независимо. Считается, что именно эта «модульность» облегчает эволюционный процесс.

Связанные системы обычно считаются лишёнными эволюционного потенциала. «Они просто не могут эволюционировать во стольких измерениях», — говорит Конит. Это называется эволюционным ограничением, и оно играет важную роль в формировании биоразнообразия, определяя возможные структуры тела.

Удивительно, но это ограничение, по-видимому, является ключом к успеху цихлид, способствуя быстрым изменениям формы челюстей и экологии питания. Вероятно, это преимущество в динамичной и изменчивой среде, такой как Восточно-Африканская рифтовая долина, где расположено озеро Малави. «Ограничение фактически способствует эволюции цихлид, а не препятствует ей», — говорит Конит.

«Это говорит нам о том, что нам необходимо переосмыслить основы эволюционных механизмов, — заключает Альбертсон. — Возможно, ограничения играют более широкую роль в эволюционном успехе видов по всему миру».