Эволюция плавников в конечности в гонке за выход на сушу

Новое исследование, сравнивающее силы, действующие на плавники рыбы-илистого прыгуна и на передние конечности тигровой амбистомы, позволяет проанализировать ранние окаменелости, относящиеся к переходу от воды к суше в эволюции тетрапод, и лучше понять их способность передвигаться по земле.

Исследователи из Университета Клемсона, Сэнди Кавано и Ричард Блоб, сравнили наземную локомоцию у тигровой амбистомы и рыбы-илистого прыгуна, которые имеют сходство с ранними предками тетрапод.

Ученые снимали на видео, как эти организмы ходят по силовой платформе, измеряющей силы подобно весам, но разделяющей их на 3 направления (вертикальное, передне-заднее и боковое). Они сравнили силы, действующие на грудные плавники рыб-прыгунов, с силами на передних и задних конечностях ходящих амбистом. Результаты показали, что грудные плавники прыгунов испытывают больше медиальных (направленных к средней линии тела) сил, чем конечности саламандр, и что передние конечности могли играть аналогичную опорную роль, что и задние.

Ключевой вывод: «Переход от плавников к конечностям знаменует наиболее драматичное изменение ориентации локомоторных сил от контакта с землей. Используя эти данные, мы теперь можем оценить локомоторные возможности многочисленных важных ископаемых таксонов, которые преодолели переход от воды к суше в эволюции тетрапод. Мы предполагаем, что медиальная ориентация сил на грудных плавниках приводила бы к неоправданно высоким напряжениям в костях у ранних амфибийных рыб с плавниками, что объясняет, почему эволюционное завоевание суши позвоночными было осуществлено тетраподами с конечностями, имеющими пальцы (digits)».

Палеонтологические данные предполагают, что конечности, похожие на лапы, вероятно, возникли в водной среде, но прямые сравнения функциональных последствий использования ранних конечностей с пальцами, а не плавников, для наземного передвижения ранее не проводились. Саламандры используются как модель общего плана строения тела ранних тетрапод (например, палеозойских амфибий), поскольку их морфология оставалась практически неизменной в течение как минимум 150 миллионов лет. Илистые прыгуны схожи с ранними ископаемыми предшественниками тетрапод: они используют на суше движения, похожие на «ходьбу на костылях» (crutching), подобно гипотетической локомоции ихтиостеги, а их грудные плавники похожи на плавники элпистостегалид, таких как тиктаалик.