Около 400 миллионов лет назад группа рыб приступила к захвату суши и в итоге дала начало четырехногим животным - амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим. Неясно, каким образом эти рыбы, используя свое тело и плавники, могли перемещаться по суше, и какой эволюционный процесс осуществлял это превращение.
27 августа исследователи университета Макгилла опубликовали статью в журнале "Nature". В своей работе, с целью изучения процесса выхода водных существ на сушу и появления первых сухопутных животных, они обратились к виду Polypterus senegalus.
Полиптерус обитает в Африке, способны дышать атмосферным воздухом, ползать по земле, и, вероятно, его предки дали начало первым четырехногим. Благодаря парным легочным мешкам, он иногда покидают водную среду и перемещаются между эфемеральными (временными) водоемами. Эта рыба является хорошим объектом исследования по нескольким причинам. Во-первых, она имеет важные морфологические особенности, которые роднят её с ранними четвероногими, группой ископаемых рыб, которая дала начало наземным позвоночным. Подобно представителям вымершего отряда Elpistostegalia, полиптерусы имеют удлиненное тело, ромбовидные чешуи, вентро-латеральное расположение брюшных плавников и работающие легочные мешки. Схожесть формы тела позволяет проводить биомеханическое сравнение полиптерусов и вымерших тетрапод.
Команда исследователей выращивала мальков многопера на суше в течение 8 месяцев для того, чтобы определить, как эти рыбки будут себя вести в отсутствии водной среды.
По словам Эмили Стенден (Emily Standen), ведущего научной работы, неблагоприятные факторы внешней среды часто раскрывают анатомические и поведенческие изменения, которые отражают пластичность развития животных. "Мы хотим использовать этот механизм и пронаблюдать, какие новые анатомические и поведенческие особенности появятся у рыбок. Затем попытаться найти аналогии полученных результатов с данными археологических раскопок".
В ходе экспериментов, длившихся 8 месяцев рыба выращивалась во влажной среде на поверхности, которая на несколько миллиметров покрывалась водой. Атмосфера в террариуме постоянно увлажнялась. Как только особи развивались в достаточной мере, изучалась их способность к перемещению и плаванию, а также анатомия брюшных плавников.
В работе были отмечены значительные изменения анатомии и поведения рыбок. Выращенные без водной среды многоперы лучше перемещались по суше. Они эффективнее двигались, благодаря расположению плавников ближе к телу и, следовательно, их меньшему скольжению. Кроме того, многоперы выше поднимали голову относительно поверхности земли. Анатомически, скелет их грудных конечностей стал более вытянутым с более сильным прикреплением конечностей к грудине. Возможно это повышало опору во время передвижения и снижало контакт с черепом, что давало больший простор для движения головой.
Так как изменения анатомии аналогичны тем, которые обнаружены у ископаемых предков первых сухопутных животных, поведение многоперов, вероятно, также отражает поведение вымерших сухопутных предков.
Эксперимент с выращиванием Polypterus на суше является уникальным и привносит новые идеи относительно того, как древние рыбы могли, используя свои плавники, захватывать сушу.
-----
Emily M. Standen, Trina Y. Du, Hans C. E. Larsson. Developmental plasticity and the origin of tetrapods. Nature, 2014.
www.standenlab.com/research/projects/polypterus/