Новый анализ древней рыбы может объяснить, как эволюционировало плечо

Новый анализ костей и мышц древней рыбы дает новые подсказки о том, как эволюционировал плечевой пояс у животных, включая людей.

Плечевой пояс — конфигурация костей и мышц, которая у человека поддерживает движение рук, — является классическим примером эволюционной «новинки». Это появление нового анатомического признака без очевидных предшественников.

Новое исследование, объединяющее методы изучения эволюции, включая анализ окаменелостей, биологии развития и сравнительной анатомии, предлагает новый взгляд на эволюцию крупных анатомических структур, таких как плечо.

Результаты исследования под руководством доктора Мартина Бразо из Имперского колледжа Лондона и исследователей Музея естественной истории опубликованы в Nature.

Одна из теорий происхождения плеча связывает его с формированием парных плавников по бокам тела рыбы, что дало лучший контроль при плавании и в итоге способствовало выходу на сушу. «Жаберно-дуговая» гипотеза предполагает, что эти плавники эволюционировали из костных «петель», поддерживающих жабры, которые также сформировали плечевой пояс. Однако собрать доказательства сложно, так как эти структуры редко сохраняются в окаменелостях.

Альтернативная «плавниковая-складка» гипотеза предполагает, что предшественники парных плавников развились из мышечной линии на боках рыбы. За 150 лет она получила много подтверждений, но не может объяснить эволюцию связанного с плавниками плечевого пояса.

Повторно проанализировав череп древней рыбы-плакодермы Kolymaspis sibirica (возраст ~407 млн лет), а также другие данные, команда предположила, что истина может лежать в модифицированной версии жаберно-дуговой гипотезы, согласующейся с плавниково-складочной.

Исследователи сосредоточились на хорошо сохранившейся мозговой коробке окаменелости — твердой внутренней части черепа, которая фиксирует отпечатки и другие особенности мозга. Доктор Бразо понял, что, несмотря на плохую сохранность жаберных дуг, их следы могут сохраниться в мозговой коробке. В ней был обнаружен необычный головно-плечевой сустав, выделенный конфигурацией мышц и кровеносных сосудов.

Сравнив эту особенность у челюстной рыбы с мозговыми коробками их предшественников — бесчелюстных рыб, команда обнаружила сходство этого сустава с жаберными дугами у более ранних рыб. Это говорит о том, что именно дуги были сохранены и включены в формирование плеча на раннем этапе.

У большинства бесчелюстных рыб 5–20 жаберных дуг, а у челюстных почти никогда не бывает больше пяти. Команда предполагает, что шестая жаберная дуга была включена в состав плечевого пояса, став ключевой границей, отделяющей голову от тела. Интересно, что кровоснабжение плавников у бесчелюстных рыб выходит между шестой и седьмой жаберными дугами.

«Жаберные дуги, по-видимому, участвовали в раннем разделении головы и тела через плечо. Но у нас больше нет жаберных дуг — хотя плечо было создано на их основе, им не обязательно сохраняться до сегодняшнего дня», — сказал доктор Бразо.

Это открытие означает, что в вопросе эволюции парных плавников не обязательно выбирать одну из двух гипотез.

«Наше исследование показывает, что обе теории имеют свои достоинства. Вместо того чтобы принимать одну из них целиком, мы можем рационализировать области их пересечения», — добавил доктор Бразо.

Доктор Зерина Джонсон из Музея естественной истории сообщила, что команда далее сосредоточится на образцах из коллекции окаменелых рыб музея, включая бесчелюстных рыб, у которых есть плавники, но нет отчетливого плечевого пояса.