Ранние наземные животные имели меньше костей черепа, чем рыбы, что ограничивало их эволюцию

Черепа четвероногих (тетрапод) имели меньше костей, чем у вымерших и ныне живущих рыб, что ограничивало их эволюцию на протяжении миллионов лет, согласно последнему исследованию.

Проанализировав окаменелые черепа животных в период перехода из водной среды в наземную, исследователи из Бристольского университета, Университета Помпеу Фабра в Барселоне и Университетского колледжа Лондона обнаружили, что у тетрапод были более сложные связи между костями черепа, чем у рыб. И эти изменения в анатомии черепа не способствовали, а фактически ограничивали эволюцию черепов тетрапод.

Тетраподы эволюционировали от рыб и были первыми наземными животными с конечностями и пальцами; предками всего — от амфибий до человека.

Исследование, опубликованное на этой неделе в Science Advances, количественно оценило организацию костей черепа у более чем 100 живых и ископаемых животных, чтобы лучше понять, как черепа менялись в ходе эволюции тетрапод.

Ведущий автор Джеймс Роусон из Школы наук о Земле Бристольского университета сказал: «Черепа тетрапод, как правило, имеют меньше костей, чем у их предков-рыб, но простое подсчитывание количества костей упускает важные данные. Мы использовали метод сетевого анализа, при котором фиксируется не только количество, но и расположение костей черепа — то, какие кости с какими соединяются».

Автор исследования, эксперт в этой методике доктор Борха Эстеве-Альтава, сказал: «Традиционно анатомические исследования были в основном описательными или качественными. Сетевой анализ предоставляет надежную математическую основу для количественной оценки анатомических связей между костями: это тип данных, которым часто пренебрегают в большинстве исследований морфологической эволюции».

Авторы обнаружили, что у тетрапод, имевших меньше костей черепа, чем у рыб, организация их черепов была более сложной.

Г-н Роусон добавил: «Это может показаться странным, но меньшее количество костей означает, что каждая из этих костей должна соединяться с большим числом соседей, что приводит к более сложному устройству. У современных лягушек и саламандр оказались самые сложные черепа из всех изученных нами животных». Черепа самых ранних тетрапод также стали более консолидированными в единый блок, в то время как у их предков-рыб черепа состояли из нескольких отдельных секций.

Изучив разнообразие расположения костей черепа с течением времени, авторы также обнаружили, что появление тетрапод совпадает со снижением вариативности в устройстве черепа. Профессор Эмили Рэйфилд, старший автор исследования, сказала: «Мы были удивлены, обнаружив, что эти изменения черепа, по-видимому, ограничивали эволюцию тетрапод, а не способствовали их расселению в новые наземные местообитания. Мы считаем, что причиной могут быть эволюция шеи, события вымирания или узкое место в развитии черепа».

Г-н Роусон заключил: «Мы также видим аналогичное падение структурной изменчивости для костей конечностей у ранних тетрапод, но это падение у конечностей происходит на 10 миллионов лет раньше. Похоже, что на эволюцию черепа и конечностей у ранних тетрапод влияли разные факторы, и нам еще так много предстоит узнать об этом ключевом периоде нашей собственной эволюционной истории».

«Ранняя эволюция черепа тетрапод характеризуется возросшей сложностью, ограничениями и расхождением с эволюцией плавников-конечностей» — Джеймс Роусон, доктор Борха Эстеве-Альтава, доктор Лора Порро, доктор Уго Дютель и профессор Эмили Рэйфилд в Science Advances.