Новые данные о том, как ранние тетраподы научились жить и питаться на суше

Новое исследование Чикагского университета обнаружило доказательства того, что вид лопастепёрых рыб Tiktaalik roseae был способен и к укусу, и к всасыванию во время питания, подобно современным панцирным щукам. Эти результаты, опубликованные 1 февраля в Proceedings of the National Academy of Sciences, свидетельствуют, что питание на основе укуса изначально развилось у водных видов и позже было адаптировано для использования на суше.

T. roseae — существо с плоским черепом, напоминающим аллигатора, — вид, живший «на самом пороге перехода от жизни в воде к жизни на суше», заявил старший автор Нил Шубин, Ph.D. Изучение его окаменелых остатков может дать новое понимание того, как изначально развивались ключевые черты для жизни на суше.

«Вода отличается от воздуха, будучи гораздо плотнее и более вязкой, — сказал первый автор Джастин Лемберг, Ph.D. — Это создавало уникальные проблемы для животных, которые впервые выходили из воды на сушу, включая трудности с локомоцией, размножением, поддержанием гомеостаза, сенсорной обработкой и, конечно, питанием. Если ты не можешь прокормиться на суше, как ты можешь её колонизировать?»

Большинство водных позвоночных используют питание всасыванием, чтобы затянуть добычу в рот. Чтобы создать всасывание, многие виды рыб могут расширять череп латерально, чтобы увеличить рот и создать отрицательное давление. Это движение костей черепа относительно друг друга называется краниальной кинетикой.

«Питание всасыванием неэффективно на суше, потому что оно больше не работает на расстоянии, и трудно создать необходимое уплотнение для втягивания чего-либо, — пояснил Лемберг. — Поэтому наземным позвоночным пришлось обратиться к другим методам захвата добычи. Но палеонтологические свидетельства того, как это произошло, неоднозначны, гораздо больше, чем переход от плавника к конечности. Мы хотели изучить швы в черепе T. roseae, где кости соединяются, чтобы увидеть, могут ли они рассказать нам, как использовался череп».

Исследовательская группа использовала новый продвинутый компьютерно-томографический (КТ) анализ для детального изучения морфологии черепа T. roseae. Это позволило выявить ключевые новые черты, не замеченные другими методами, включая скользящие суставы, которые позволяли бы необходимую краниальную кинетику для латерального расширения черепа и создания всасывания.

«Мы обнаружили Tiktaalik в 2004 году и тогда препарировали его классическими методами, удаляя породу с окаменелости зерно за зерном, — сказал Шубин. — К тому времени, когда Джастин присоединился к проекту, у нас был доступ к этой технологии КТ-сканирования, которая позволяет увидеть череп в 3D, извлекая каждую часть по отдельности, чтобы увидеть её форму и движение. Использование КТ-анализа изменило то, как мы могли думать о черепе».

Исследователи отметили явное сходство между T. roseae и более ранней работой по анализу черепов панцирной щуки, «живого ископаемого» вида, который ранее считалось, использует для захвата добычи только латеральные хватательные движения. В исследовании 2019 года Лемберг и др. обнаружили, что щука использует латеральный захват и всасывание синергетически во время питания благодаря уникальным скользящим суставам в черепе, которые помогают создавать всасывание при укусе.

Это сходство привело исследователей к мысли, что T. roseae, вероятно, питался таким же образом, что указывает на то, что эта адаптация, вероятно, развилась очень давно, ещё до того, как животные колонизировали сушу.

«То, что действительно поражает меня, — это то, что каждое новшество, каждое изобретение, используемое тетраподами на суше, изначально появилось в какой-то форме у рыб, включая лёгкие, конечности, а теперь и питание», — сказал Шубин.

Помимо знаний об эволюции наших далёких рыбьих предков, лучшее понимание биологии и поведения существ, подобных T. roseae, может дать новое представление о нашей собственной анатомии и развитии.

«Замечательное в переходе из воды на сушу — это то, что он глубоко личный для нас, — сказал Лемберг. — Как мы пришли к тому, где находимся сейчас, и каковы некоторые эволюционные особенности, которые мы адаптировали, чтобы попасть сюда?»

В качестве примера Лемберг указал, что при анализе диапазона движения черепа T. roseae три кости, которые, по-видимому, двигались больше всего, — это кости, которые в конечном итоге войдут в состав среднего уха млекопитающих.

«Эти три кости у Tiktaalik — это то, что мы используем для восприятия звука, — сказал Лемберг. — Немного краниальной кинетики, сохранившейся у современных млекопитающих!»