Рыба, пережившая динозавров, раскрывает секреты эволюции древнего черепа

Новое исследование одной из старейших в мире рыб, латимерии (целаканта), дает свежее представление о развитии черепа и мозга позвоночных, а также об эволюции лопастеперых рыб и наземных животных. Работа опубликована в журнале Nature.

Латимерия (Latimeria chalumnae) настолько редка, что считалась вымершей вместе с динозаврами более 65 миллионов лет назад. Однако обнаружение живого экземпляра у побережья Южной Африки в 1938 году вызвало дебаты о том, как эта рыба вписывается в наше понимание эволюции наземных животных.

Череп этой рыбы полностью разделен надвое особым «внутричерепным суставом», а ее мозг невероятно мал — он составляет всего 1% от размера полости, в которой находится. Это делает выживание латимерии уникальным среди всех ныне живущих позвоночных.

Международная команда исследователей изучила биологию уникального черепа этой рыбы и его связь с эволюцией видов позвоночных, включая человека.

Как растет череп латимерии и почему мозг остается таким маленьким, оставалось загадкой тысячи лет. Команда под руководством доктора Уго Дютеля из Бристольского университета изучила мозговую полость рыбы на разных стадиях развития, чтобы понять, когда череп разделяется, образуя шарнирную мозговую капсулу.

Соавтор работы, профессор Джон Лонг из Университета Флиндерс, отмечает, что открытие позволяет лучше понять, почему у древних ископаемых рыб были шарнирные головы, и предполагает, почему четвероногие животные позже утратили этот сустав между двумя частями черепа.

«Мы считаем, что формирование этого особого сустава, вероятно, вызвано уникальным развитием хорды (трубки, проходящей под мозгом и спинным мозгом на ранних стадиях жизни). Обычно у некоторых рыб она дегенерирует в небольшой стержень под мозгом. Однако хорда латимерии резко расширяется, становясь в 50 раз больше мозга у взрослой рыбы».

«Этот процесс роста мозга очень необычен, особенно по сравнению с приматами, такими как мы, у которых мозг резко расширяется. Несоответствие между мозгом и его полостью существует и у некоторых других живых и ископаемых рыб, но то, что наблюдается здесь, абсолютно беспрецедентно среди позвоночных».

Два существующих сегодня вида примитивных, медлительных латимерий часто называют «живыми ископаемыми», поскольку они остаются физически неизменными.

Ученые использовали современные методы визуализации, чтобы изучить внутреннюю анатомию рыбы, не повреждая ее. Они оцифровали 5-сантиметровый эмбрион (самую раннюю доступную стадию развития) с помощью синхротронного рентгеновского излучения в Европейском синхротронном центре (ESRF).

На основе этих данных были созданы подробные 3D-модели, позволившие команде проанализировать, как форма черепа, мозга и хорды меняется от эмбриона до взрослой особи.

«Латимерии — знаковые животные, которые, как считается, находятся на линии к первым наземным животным, или тетраподам, из-за их странной шарнирной головы. Это новое исследование показывает, что peculiar hinge in the skull был вызван сохранением большого хрящевого стержня, или хорды, что препятствовало окостенению черепа как одной сплошной единицы».

Команда также наблюдала, как эти структуры расположены относительно друг друга на каждой стадии, и сравнила свои наблюдения с известными данными о формировании черепа у других позвоночных.

Доктор Дютель отмечает: «Это очень уникальные наблюдения, но они представляют собой лишь крошечный шаг вперед по сравнению с тем, что мы знаем о развитии других видов. Остается больше вопросов, чем ответов! Latimeria по-прежнему хранит множество ключей к пониманию эволюции позвоночных, и важно защищать этот исчезающий вид и его среду обитания».