Обнаружена новая ископаемая лучепёрая рыба возрастом 350 миллионов лет

В 2015 году два сотрудника Музея окаменелостей Блю-Бич в Новой Шотландии нашли длинную изогнутую окаменелую челюсть, усеянную зубами. Владелица музея Соня Вуд и его куратор Крис Мански обнаружили окаменелость в ручье по наитию Вуд.

Найденная окаменелость принадлежала рыбе, погибшей 350 миллионов лет назад, её костные останки достигали почти метра в длину на дне озера. Крупная рыба обитала в водах, кишащих другими рыбами, включая гигантов, в несколько раз превосходящих её по размеру. На кончике её длинной челюсти были крючковатые зубы для ловли неуловимой добычи, а в задней части — клыки, чтобы пронзать и разрывать её.

Последние восемь лет я входил в команду палеонтолога Джейсона Андерсона, который десятилетиями исследует район Блю-Бич в Новой Шотландии в сотрудничестве с Мански и другими коллегами. Большая часть этой работы посвящена тетраподам — группе, включающей первых позвоночных, вышедших на сушу, и всех их потомков. Моё же исследование сосредоточено на том, что окаменелости Блю-Бич могут рассказать о формировании современного мира позвоночных.

Рождение современного мира позвоночных

Современный мир позвоночных определяется доминированием трёх групп:

• Хрящевые рыбы (Chondrichthyes) — акулы, скаты, химеры.
• Лопастепёрые рыбы (Sarcopterygii) — тетраподы, а также редкие двоякодышащие рыбы и целаканты.
• Лучепёрые рыбы (Actinopterygii) — от осетровых до тунца.

Лишь несколько бесчелюстных рыб дополняют картину. Эта базовая группировка остаётся удивительно постоянной — по крайней мере, последние 350 миллионов лет.

До этого мир позвоночных был гораздо более многолюдным. Например, в древнем мире позвоночных в силурийский период (443.7–419.2 млн лет назад) предки современных позвоночных плавали рядом с колючими псевдоакулами (акантодами), рыбообразными саркоптеригиями, плакодермами и бесчелюстными рыбами с костным панцирем.

К позднему девонскому периоду (419.2–358.9 млн лет назад) бронированные бесчелюстные рыбы сократились, но остальные группы всё ещё были разнообразны. Лучепёрые рыбы по-прежнему были ограничены несколькими видами со схожей формой тела.

К началу следующего, раннекаменноугольного периода, всё изменилось. Плакодермы исчезли, количество видов рыбообразных саркоптеригий и акантод резко сократилось, а на их месте процветали лучепёрые и хрящевые рыбы. Современный мир позвоночных родился.

Коренной перелом

Блю-Бич помог понять, как это произошло. Исследования его тетраподов и лучепёрых рыб показали сохранение девонских форм в каменноугольном периоде.

В то время как резкое сокращение плакодерм, акантод и рыбообразных саркоптеригий в конце девона можно объяснить массовым вымиранием, теперь выясняется, что множество типов лучепёрых рыб и тетраподов выжили и сохранились в Блю-Бич. Это меняет общую картину: девонские тетраподы и лучепёрые рыбы выжили и внесли вклад в эволюцию этих групп в каменноугольном периоде.

Однако у палеонтологов остаются важные вопросы. Одна из дискуссий вращается вокруг того, как лучепёрые рыбы диверсифицировались при рождении современного мира позвоночных — освоили ли они сначала новые способы питания или плавания.

Окаменелость из Блю-Бич была лучепёрой рыбой, и мы задались вопросом, что она может рассказать об этой проблеме. Сравнение было затруднительным. Две лучепёрые рыбы с длинными челюстями и крупными клыками были известны из предшествующего девонского периода (Austelliscus ferox и Tegeolepis clarki), но у вновь найденной челюсти была более выраженная кривизна и иное расположение зубов. Её самые крупные клыки находятся в задней части челюсти, тогда как у Austelliscus и Tegeolepis они спереди.

Эти различия были настолько значительными, что мы создали новый род и вид: Sphyragnathus tyche. И, учитывая дебаты о диверсификации лучепёрых рыб, мы сделали прогноз: различия в анатомии между Sphyragnathus и девонскими лучепёрыми рыбами представляют собой разные адаптации к питанию.

Передние клыки

Чтобы проверить этот прогноз, мы сравнили Sphyragnathus, Austelliscus и Tegeolepis с современными лучепёрыми рыбами. У современных лучепёрых разница в анатомии отражает разницу в функции: рыбы с передними клыками захватывают добычу передними зубами и удерживают её задними, а рыбы с задними клыками используют для этого задние зубы.

Поскольку мы не могли наблюдать ископаемую рыбу в действии, мы проанализировали напряжение, которое испытывали бы её зубы при приложении силы. Задние зубы Sphyragnathus справлялись с силой при низком напряжении, что делало их пригодными для пронзания добычи. Однако задние зубы Austelliscus и Tegeolepis превращали небольшие силы в значительно более высокое напряжение, что делало их лучше всего подходящими для захвата.

Мы пришли к выводу, что Sphyragnathus был самой ранней лучепёрой рыбой, адаптированной для разрывания добычи путём пронзания, что также соответствует более широким предсказаниям гипотезы «сначала питание».

Значительная работа ещё впереди — у Sphyragnathus сохранилась только челюсть, поэтому гипотеза «сначала локомоция» осталась непроверенной. Но это представляет собой вызов и обещание палеонтологии: получив достаточно заманчивых проблесков прошлого, можно начать разворачивать историю.

Что касается лучепёрых рыб, текущие исследования указывают на то, что они впервые диверсифицировались в девонском периоде и перешли к новым ролям, когда родился современный мир позвоночных.