Palaeospondylus: загадка эволюции позвоночных решена с помощью мощных рентгеновских лучей

Исследователи из Лаборатории эволюционной морфологии под руководством Шигеру Куратани в RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) в Японии вместе с коллегами нашли доказательства, что загадочное древнее рыбообразное позвоночное Palaeospondylus, вероятно, было одним из самых ранних предков четвероногих животных, включая человека. Исследование, опубликованное 25 мая в научном журнале Nature, раскрывает тайну этого странного животного из глубокого прошлого и определяет его положение на эволюционном древе.

Palaeospondylus было маленьким рыбообразным позвоночным длиной около 5 см с угревидным телом, жившим в девонском периоде около 390 миллионов лет назад. Хотя окаменелостей много, его малый размер и низкое качество реконструкций черепа — как с помощью КТ-сканирования, так и восковых моделей — с момента открытия в 1890 году затрудняли его размещение на эволюционном древе. Считалось, что он сочетает черты как челюстных, так и бесчелюстных рыб, и его тело представляло загадку для эволюционистов. Среди нескольких необычных особенностей наиболее озадачивающим было отсутствие зубов или покровных костей в палеонтологической летописи.

Чтобы разрешить эти вопросы, исследователи использовали чрезвычайно мощный синхротрон RIKEN SPring-8 для получения высококачественных микро-КТ-снимков с помощью синхротронного рентгеновского излучения. Кроме того, в отличие от большинства исследований, использовавших раскопанные окаменелые головы, в новой работе применялись тщательно отобранные образцы, у которых головы оставались полностью погруженными в породу. «Выбор лучших образцов для микро-КТ-сканирования и аккуратное удаление породы вокруг окаменелого черепа позволили нам повысить разрешение снимков», — говорит ведущий автор Тацуя Хирасава.

Высококачественные снимки выявили несколько важных особенностей. Во-первых, исследователи обнаружили три полукружных канала, что явно указывает на строение внутреннего уха, характерное для челюстных позвоночных. Это разрешило спор, поскольку предыдущие исследования предполагали, что Palaeospondylus был эволюционно ближе к примитивным бесчелюстным позвоночным. Далее были найдены ключевые черты черепа, которые помещают Palaeospondylus в категорию тетраподоморфов, включающую тетрапод (четвероногих животных) и их ближайших древних родственников. Несколько анализов показали, что Palaeospondylus был более тесно связан с четвероногими, имеющими конечности, чем со многими другими известными тетраподоморфами, у которых ещё сохранялись плавники.

Однако, в отличие от тетраподоморфов в целом, с окаменелостями Palaeospondylus никогда не ассоциировались зубы, покровные кости и парные конечности, хотя эти черты легко находятся в окаменелостях других животных, живших в то же время и в том же месте — в Ачаннарасском рыбном слое в Шотландии. Отсутствие этих черт можно объяснить разделением набора признаков развития, приведшим к личиночно-подобному телу. «Мы, возможно, никогда не узнаем, были ли эти черты утрачены в ходе эволюции или нормальное развитие «замерло» на полпути у этих окаменелостей», — говорит Хирасава. «Тем не менее, эта гетерохронная эволюция могла облегчить развитие новых признаков, таких как конечности».

Куратани и его группа не ограничиваются изучением ранней эволюции позвоночных только по палеонтологической летописи. Они также используют молекулярную биологию и генетику для изучения развивающихся эмбрионов ключевых современных позвоночных. «Странная морфология Palaeospondylus, сравнимая с морфологией личинок тетрапод, очень интересна с точки зрения генетики развития», — говорит Хирасава. «Принимая это во внимание, мы продолжим изучать генетику развития, которая привела к этим и другим морфологическим изменениям, произошедшим во время перехода позвоночных из воды на сушу».