Окаменелости камбалы заполнили эволюционный пробел

Недавно вновь обнаруженные окаменелости камбалы, более 100 лет хранившиеся в музеях, заполнили загадочный пробел в эволюционной истории и дали ответ на вопрос, который изначально поставил в тупик даже Чарльза Дарвина.

У всех взрослых камбалообразных — включая хорошо знакомых в гастрономическом плане камбалы, палтуса, морского языка и тюрбо — асимметричный череп, при этом оба глаза расположены на одной стороне головы. Поскольку эти рыбы лежат на боку на дне океана, такое строение улучшает их зрение: оба глаза постоянно находятся в работе, смотря вверх, в толщу воды.

Это замечательное строение возникает в юности каждой камбалы, когда симметричная личинка претерпевает метаморфоз, превращаясь в асимметричную молодую особь. Один глаз «мигрирует» вверх и через верхнюю часть головы, прежде чем занять окончательное положение на противоположной стороне черепа.

Однако противники эволюции настаивали, что такая любопытная анатомия не могла развиться постепенно путем естественного отбора, потому что у рыбы со слегка асимметричным черепом, но все еще с глазами на противоположных сторонах головы, не было бы очевидного эволюционного преимущества. Ни одной рыбы — ископаемой или ныне живущей — с таким промежуточным состоянием никогда не находили.

Но в выпуске журнала Nature от 10 июля 2008 года Мэтт Фридман, аспирант Комитета по эволюционной биологии Чикагского университета и сотрудник отдела геологии Филдовского музея, привлек внимание к нескольким примерам таких переходных форм, которые он обнаружил в музейных коллекциях окаменелых подводных существ эпохи эоцена — возрастом около 50 миллионов лет.

«Мы обязаны этим открытием, отчасти, европейской любви к известняку», — сказал Фридман. Окаменелости, которые он нашел в музеях Англии, Франции, Италии и Австрии, происходили из известняковых карьеров в Северной Италии и из-под современного Парижа.

Фридман исследовал несколько взрослых ископаемых останков двух примитивных камбалообразных: Amphistium и нового рода, который он назвал Heteronectes.

«Amphistium известен довольно давно, — сказал он. — Первый экземпляр был описан более 200 лет назад, но его место в эволюционном древе рыб с тех пор оставалось неопределенным. Тщательное изучение этих окаменелостей дает ключи к пониманию, что они действительно являются ранними камбалообразными».

Самые примитивные из известных камбалообразных, и Amphistium, и Heteronectes имеют много характеристик, которые больше не встречаются у современных камбалообразных. Но та, которая привлекла внимание Фридмана, — это частичное смещение одного глаза, заметное даже на первом ископаемом Amphistium, обнаруженном более двух столетий назад.

«Самое замечательное, — сказал он, — что орбитальная миграция, перемещение одного глаза с одной стороны черепа на другую во время личиночной стадии, присутствовала, но была неполной у обеих этих примитивных рыб». В обоих наборах окаменелостей глаз начал путешествие, но не пересек среднюю линию с одной стороны рыбы на другую.

«Мы обнаружили промежуточную стадию между ныне живущими камбалообразными и строением, встречающимся у других рыб», — сказал он. Эти две ископаемые рыбы «указывают на то, что эволюция глубокой черепной асимметрии современных камбалообразных происходила постепенно».

Окаменелости Amphistium были известны и ранее анализировались, но не были однозначно связаны с камбалообразными. Предыдущие исследования, основанные на обычных методах, не выявили черепа странной формы, но, проведя компьютерную томографию окаменелостей, Фридман «однозначно» продемонстрировал черепную асимметрию.

Тщательное изучение окаменелости Heteronectes chaneti показало, что она представляет собой новый род. Название рода происходит от греческих слов Heteros (разный) и nectri (пловец). Видовое название, chaneti, дано в честь Бруно Шане, пионера в изучении ископаемых камбалообразных.

Эти два набора окаменелостей «дают первую четкую картину происхождения камбалообразных», — сказал Фридман, — «вопрос, горячо обсуждаемый в дебатах о способе и темпе эволюции».

Чарльз Дарвин был озадачен тем, что он называл «замечательной особенностью» анатомии камбалы. «В ранней молодости, — отмечал он, — глаза расположены напротив друг друга… Вскоре глаз, принадлежащий нижней стороне, начинает медленно скользить вокруг головы к верхней стороне… Главные преимущества, полученные таким образом, по-видимому, заключаются в защите от врагов и удобстве питания на грунте».

Хотя преимущества для выживания такой асимметрии были очевидны, Дарвин, будучи поставленным в тупик, не смог объяснить механизм того, что казалось довольно внезапным и радикальным изменением морфологии, и предположил ламарковское приспособление, при котором рыба с помощью «мышечного действия» медленно подтягивала глаз с нижней стороны к верхней. Полученное искажение, предположил он, «несомненно, усиливалось бы по принципу наследования».

Объяснение Дарвина, основанное на наследовании приобретенных признаков, предшествовало открытию генов, но генетик Роберт Гольдшмидт, решая ту же проблему камбалы в 1930-х годах, предложил генетическое объяснение. Он утверждал, что такое внезапное резкое изменение могло быть вызвано единственной случайной мутацией, которая спровоцировала деформацию, которая в некоторых условиях оказалась бы полезной — а затем передавалась бы по наследству. Он назвал эти внезапные случайные эволюционные скачки «надежными монстрами» и сделал таинственное происхождение камбалообразных центральным элементом своей аргументации.

Открытие Фридмана устраняет необходимость в таких оптимистичных случайностях. Оно «опровергает эти утверждения о радикальных внезапных изменениях», — сказал он, — «и демонстрирует, что формирование плана строения тела камбалы происходило постепенно, шаг за шагом».

Источник: Чикагский университет