Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Максим Кронгауз
«Самоучитель олбанского». Глава из книги


Ли Биллингс
«5 000 000 000 лет одиночества». Глава из книги


А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


А. Захаров
Нейрогастрономия


А. Водовозов
С запахом горького миндаля


В. Власюк
50 лет САО


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат


П. Лекутер, Д. Берресон
«Пуговицы Наполеона». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Как рыбы научились ходить


Эустеноптерон (Eusthenopteron) — все-таки еще рыба, а не четвероногое, хотя и он, вероятно, уже мог передвигаться по суше (изображение с сайта www.macroevolution.narod.ru)
Эустеноптерон (Eusthenopteron) — все-таки еще рыба, а не четвероногое, хотя и он, вероятно, уже мог передвигаться по суше (изображение с сайта www.macroevolution.narod.ru)

Найденная в Канаде доисторическая рыба помогает понять, как же все-таки рыбы смогли выйти на сушу. Очевидно, для этого рыбам нужно было превратить плавники в ноги, научиться дышать воздухом, скинуть с себя лишний груз кожных костей и чешуй — и вперед. Однако легче сказать, чем сделать, так как на этом эволюционном пути рыбам пришлось искать решения многих инженерных и биологических задач. С такой кучей за один раз не справиться, и понятно, что эволюция шла постепенно через ряд промежуточных стадий. Однако животных, промежуточных между рыбами и ранними четвероногими, найдено не было. Теперь такое животное стало известно.

На территории арктической Канады в отложениях позднего девона (около 380 млн лет назад) южной части острова Элсмир американские палеонтологи Эдвард Дешлер, Нейл Шубин и Фариш Дженкинс откопали замечательную рыбу. Ее назвали тиктаалик (Tiktaalik), что на языке эскимосов, населяющих эту часть арктической Канады, означает «большая пресноводная рыба, живущая на мелководье». Плоская, покрытая крупной чешуей рыба с крокодильей головой, на которой сверху сидят глаза, впереди две ноздри и большая зубастая пасть. У этой рыбы часть черт сходна с древними кистеперыми рыбами, а другие признаки сближают ее с первыми четвероногими (тетраподами). Рыбьи признаки — это чешуя, плавниковые лучи, почти такие же, как у кистеперых, сложная нижняя челюсть и небные кости. А «четвероногие» признаки — укороченный череп, отделенная от пояса передних конечностей и потому относительно мобильная голова, локтевой и плечевой суставы.

Так реконструировали тиктаалика авторы открытия. Вид сверху и сбоку (рис. из статьи в Nature)
Так реконструировали тиктаалика авторы открытия. Вид сверху и сбоку (Рис. из статьи в Nature)

Чтобы рыбе превратиться в земноводное, ей нужно, во-первых, научиться ходить, во-вторых, дышать без помощи жаберных крышек, в-третьих, для выхода на сушу нужно максимально облегчить тело, чтобы справляться с гравитацией без помощи архимедовой силы, и придумать, как защитить волочащееся по земле брюхо. В позднем девоне многие рыбы одновременно и независимо пытались решить эти задачи. Тиктаалик успешно справился с большей их частью. Свои плавники эта рыба использовала не только для плавания, но и для хождения по дну. Анализ скелета предплечья и пястной области позволил ученым показать, что плавник мог занимать несколько стабильных положений, одно из которых предполагало приподнятое над грунтом тело животного.

У рыб скелет плавника крепится к поясу конечности, который в свою очередь прикреплен к скелету жаберной крышки. И рыбам это удобно: они синхронизируют движения жаберной крышки и грудных плавников и таким образом дышат. Зато головой просто так повертеть нельзя: поскольку жаберная крышка крепится к голове, то движение головой отзовется дерганьем плавников. У тиктаалика почти все кости жаберной крышки исчезли, так что голова получила свободу и независимость. Утратившее функциональность сочленение остатков жаберной крышки с головой тоже получило свободу и начало медленное, но крайне важное для всех наземных четвероногих путешествие внутрь черепа, превращаясь потихоньку в крошечные слуховые косточки (хотя завершится это превращение гораздо позже).

Строение передних конечностей у древних кистеперых рыб (слева от тиктаалика) и древнейших земноводных (справа от него). Рис. из статьи в Nature
Строение передних конечностей у древних кистеперых рыб (слева от тиктаалика) и древнейших земноводных (справа от него). Рис. из статьи в Nature

Но как теперь тиктаалику дышать, если нет жаберной крышки и грудные плавники больше не вентилируют жабры? Эта рыба дышала через дыхательные отверстия, расположенные на конце плоской и широкой морды. Воду, а возможно и атмосферный воздух, в легкие нагнетали не жаберные крышки, а щечные помпы. Этому способствовала и широкая форма морды этих рыб, очень похожая на крокодилью. Нужно отметить, что это изобретение было сделано и другими представителями древних кистеперых рыб, например пандерихтисом (Panderichthys), так что тут тиктаалику гордиться нечем (см. также Откуда уши растут, Газета.ру, 19.01.2006).

Ребра, уплощенные и налегающие друг на друга, помогали тиктаалику укрепить позвоночный столб и брюхо, а окостеневшие соединения позвонков делали позвоночник менее подвижным. Это всё способствовало ходячему образу жизни, а не только плавающему.

Палеоэкологическая интерпретация местонахождения тиктаалика рисует нам мелкие, слабопроточные пресные водоемы субтропического или тропического пояса. Возможно, эти водоемы могли пересыхать, и тиктаалик был вынужден приспосабливаться к жизни в таких условиях, где вода больше не служит опорой для тела, где приходится дышать без помощи жабр атмосферным воздухом.

Ихтиостега (Ichthyostega) — все-таки уже четвероногое, а не рыба (хоть и с рыбьим хвостом). Тиктаалик имеет полное право претендовать на звание «переходной формы» между продвинутыми кистеперыми рыбами, подобными эустеноптерону, и примитивными земноводными, подобными ихтиостеге (реконструкция ихтиостеги в витрине Московского палеонтологического музея). Фото с сайта macroevolution.narod.ru
Ихтиостега (Ichthyostega) — все-таки уже четвероногое, а не рыба (хоть и с рыбьим хвостом). Тиктаалик имеет полное право претендовать на звание «переходной формы» между продвинутыми кистеперыми рыбами, подобными эустеноптерону, и примитивными земноводными, подобными ихтиостеге (реконструкция ихтиостеги в витрине Московского палеонтологического музея). Фото с сайта macroevolution.narod.ru

Читая описание этой рыбы и ее местообитания, так и хочется назвать эту рыбу переходным звеном между рыбами и земноводными. Тут тебе и ребра, и весьма похожий на лапу плавник, и редукция жаберной крышки... Но сами авторы статьи справедливо отмечают, что тетраподные черты существовали в тех или иных наборах у многих рыб, просто у тиктаалика их больше всего. Например, весьма успешно ходить по дну на четырех плавниках, приподнимая тело над грунтом, умели не только кистеперые, но и многие другие рыбы. Так что четвероногость и хождение как таковое возникли много раньше самих четвероногих. Тетраподные новшества появлялись, по-видимому, параллельно — и у эстуарных, и у пресноводных групп. Я обращаю внимание на этот факт, чтобы еще раз напомнить, что законы эволюции еще не поняты до конца и многие известные факты требуют переосмысления. И новые ископаемые находки именно сейчас оказываются как нельзя более кстати.

P. S. В настоящее время появились подозрения, что древнейшие тетраподы ихтиостега и акантостега (вероятные потомки тиктаалика) не являются прямыми предками позднейших земноводных, а относятся к некой тупиковой ветви. Та же история и с археоптериксом, который, по-видимому, не является прямым предком современных птиц, а тоже относится к некой тупиковой ветви динозавров, вставших на путь «оптичивания».

Палеонтологам хорошо известно, что многие крупнейшие эволюционные «прорывы» (такие, как выход рыб на сушу, происхождение членистоногих, птиц, млекопитающих, покрытосеменных растений и др.) осуществлялись как бы «совместными усилиями» нескольких параллельно развивавшихся линий, которые независимо одна от другой приобретали сходные прогрессивные черты. Для таких явлений придумали даже специальные названия (так, вместо «происхождения млекопитающих» часто говорят о «процессе маммализации зверообразных рептилий», вместо «происхождения птиц» — об «орнитизации архозавров»). Одним словом, многочисленные параллелизмы при переходе на новый, более высокий эволюционный уровень — не исключение, а правило.

Источники:
1) Edward B. Daeschler, Neil H. Shubin, Farish A. Jenkins Jr. A Devonian tetrapod-like fish and the evolution of the tetrapod body plan // Nature. 2006. V. 440. P. 757–763.
2) Neil H. Shubin, Edward B. Daeschler, Farish A. Jenkins Jr. The pectoral fin of Tiktaalik roseae and the origin of the tetrapod limb // Nature. 2006. V. 440. P. 764–771.

См. также:
1) Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне, «Элементы», 12.04.2006.
2) А. В. Марков. Ароморфозы и параллельная эволюция.

Елена Наймарк


Комментарии (1)



Последние новости: ПалеонтологияЕлена Наймарк

22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
8.06
Новые древние остатки людей с острова Флорес говорят о родстве «хоббитов» с эректусами
1.06
Половой отбор сделал сперматозоиды дрозофил самыми длинными в мире
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
12.05
Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного
3.05
Создан семантический атлас человеческого мозга

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия