Дорогие друзья, привествуем вас в Мире водного периода! Одной из «изюминок» эволюции стал переход от рыб к четвероногим животным. Другими словами, переход от полностью водной формы жизни к полностью наземной форме жизни. Этот эволюционный переход настолько важен, что без него ни вас, ни меня бы здесь не было. И довольно любопытно, как широкая публика склонна уделять больше внимания происхождению крыльев птиц, чем происхождению наших ног и рук. Итак, сегодня я хочу пролить свет на эту загадку эволюции и рассказать о последних открытиях по этой захватывающей теме.
Введение: кто такие четвероногие
Первое, что вам нужно понять, это терминология. Наземных позвоночных, у которых есть четыре конечности, в народе называют «четвероногими», которые могут быть четырьмя ногами, как у лошади, или они могут быть наполовину, как у человека (задние ноги, передние руки). Ученые используют не слово «четвероногие», а «тетраподы». И поэтому с этого момента вы познакомитесь с этим последним словом, поскольку я буду его использовать.
Змея или кит тоже тетраподы. Не делайте такое выражение лица, я знаю, что ни змеи, ни киты не имеют четырех ног, но они произошли от предков, у которых они были. Вот почему они считаются частью группы тетраподов.
Структура скелета
Если вы проанализируете скелет конечностей тетраподов, вы увидите, что они имеют очень похожую структуру среди всех видов, что указывает на их общее происхождение. Этот тип конечностей, которые имеют четвероногие, состоит из длинной кости (плечевая кость в передних конечностях и бедренная в задних конечностях), которая соединяется в структуры (лопатка в передних конечностях и тазовая кость в задних конечностях), соединяющие конечности с позвоночником. После сустава (локтевого и коленного) идет пара двойных костей: локтевая / лучевая кость на передней конечности и большеберцовая / малоберцовая кость – на задней.
От этих костей происходят косточки, которые соединяют их с пальцами: запястные кости / пястные кости кисти и предплюсны / плюсны стопы. В итоге мы получаем пальцы, состоящие из костей, называемых фалангами. Это общая структура конечности, которая осталась постоянной у большинства современных видов тетрапод: земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих.
Но как только четвероногие «унаследовали» эти конечности, эволюция изменила их там, где эти модификации могли оказаться выгодными для людей. Например:
- У бегающих животных, таких как парнокопытные или непарнокопытные, пальцы рук и ног атрофировались, и один или два центральных пальца развились больше, чем другие (например, копыта лошади)
- У птиц кости рук и кистей рук изменились, пальцы слились, чтобы дать начало крыльям.
- У китообразных, вернувшихся в море, передние конечности были видоизменены в плавники, хотя их внутренний скелет практически не изменился, хотя они потеряли задние конечности.
- У некоторых видов рептилий, таких как змеи или амфисбены, конечности исчезли, и животное передвигалось с помощью ползания.
Но все эти эволюционные «новинки» не отменяют общего факта, что тетраподы имеют общее происхождение и унаследовали четыре конечности от своего общего предка.
И что это за происхождение? Происхождение тетраподов следует искать в специфической группе рыб под названием лопастепёрые или саркоптеригии (Sarcopterygii).
Лопастепёрые рыбы. Здесь всё и началось
Если обратиться к костным рыбам (Osteictios), то они делятся на две большие группы:
– Актиноптеригии, лучепёрые (Actinopterigios): плавники состоят из костных лучей.
– Саркоптеригии, лопастепёрые (Sarcopterygii): плавники лопастные, образованы мясистой долей, на конце которой выходят лучи самого плавника.
Особенность плавника саркоптеригии заключается в том, что он похож на маленькую эмбриональную руку: у него есть внутренний скелет, который станет отправной точкой для эволюции конечностей (плечевой, лучевой и локтевой кости), и будущие пальцы произойдут из лучей этих плавников. Актиноптеригии в настоящее время составляют подавляющее большинство, а саркоптеригии представлены только целакантами (Latimeria) и двоякодышащими (роды Neoceratodus, Protopterus и Lepidosiren).
Сегодня лопастепёрые считаются примитивными рыбами, живыми ископаемыми. Но в прошлом было не так. Чтобы понять, как произошел переход от лопастепёрых рыб к четвероногим амфибиям, мы должны вернуться к девонскому периоду, 385 миллионов лет назад, когда лопастепёрые составляли подавляющее большинство костных рыб того времени, а лучепёрые составляли меньшинство. Что случилось потом?
Взгляните, каким был мир девонского периода. На Южном полюсе располагался суперконтинент Гондвана, простирающийся до экватора в его северо-восточной части, на территории современной Австралии и Новой Гвинеи. Дальше к северу, также вокруг экватора, находился другой суперконтинент под названием Лавруссия или Еврамерика, состоящая из большой западной части – Северной Америки, Гренландии и Северной Европы, и нескольких крупных островов, таких как Сибирь на севере, а на востоке – Северный и Южный Китай.
Между двумя суперконтинентами простиралось внутреннее море, которое сжималось всё больше и больше по мере того, как оба суперконтинента приближались друг к другу и которое в конечном итоге закрылось, формируя Пангею. Пиренейский полуостров плавал, как остров в этом внутреннем море. Именно тот факт, что море мало-помалу закрывалось, способствовал тому, что на его побережьях, особенно на берегах Лавруссии, получили распространение мелководные прибрежные среды обитания: лиманы, прибрежные болота, мелководные районы, которые поросли наземной растительностью.
Растения (и некоторые членистоногие) колонизировали наземные среды обитания в силурийском периоде, и вместе с этими новыми заболоченными и эстуарными средами обитания процветали многочисленные и закрытые растительные образования. Эти растения начали гнить, неся детрит в мелкие солоноватые воды. Процессы бактериального брожения и гниения этих растений делали эти воды бедными кислородом.
Это была среда обитания тетраподов: мелководье в прибрежных районах с низким содержанием кислорода. Априори непривлекательная среда обитания, но на самом деле устья рек были очень богаты питательными веществами. Следовательно, были рыбы, приспособившиеся к жизни в этих мелководных, мутных прибрежных водах с малым количеством кислорода. И от этих рыб произошли тетраподы, первые окаменелости которых были найдены в основном на берегах девонского внутреннего моря, в Лавруссии.
- Читайте продолжение: Часть 2. Происхождение и эволюция ранних тетрапод
- Изображения из открытого доступа (CC BY). Текст распространяется по лицензии CC Attribution (CC BY). Кому надо, пользуйтесь на здоровье, но не забывайте делать на нас ссылку!
- Не забудьте подписаться на «Аква-Космос» теперь и в Telegram. Там мы иногда пишем и даем картинки того, о чём нельзя писать и чего нельзя показывать здесь, на Дзене.
