Примерно 375 миллионов лет назад забавная на вид рыба по имени Тиктаалик выбралась на берег, используя новые приспособления: лопастные плавники для передвижения по суше и воздушные мешки в горле, чтобы дышать кислородом из воздуха. Тиктаалик, у которого также были жабры, является самым ранним из известных общих предков тетраподов, или четвероногих животных.
За сотни миллионов лет тетраподы эволюционировали в бесчисленное множество видов, включая Homo sapiens. Так если люди произошли от рыб, почему у нас нет жабр?
Отчасти ответ практичен: жабры должны оставаться влажными, чтобы работать, а это не идеально для животных, которые не живут под водой. Жабры имеют большую площадь поверхности и тысячи крошечных кровеносных сосудов, что обеспечивает легкий доступ кислорода к кровеносной системе. Когда вода проходит через жабры, кислород поступает внутрь, а углекислый газ - наружу. Если бы у наземных животных были жабры, они бы быстро высохли, что сделало бы этот способ дыхания неэффективным. Человеческие легкие, напротив, хорошо справляются с задачей забора кислорода из воздуха в кровь посредством газообмена.
Но легкие появились задолго до перехода от моря к суше. Легкие на самом деле удивительно примитивны в эволюции. Когда наши рыбьи предки еще жили под водой, у них уже были легкие в дополнение к жабрам.
Рыба не выходит на сушу и не говорит: "Мне нужны легкие. Я собираюсь развить легкие". Только рыбы с уже существующими легкими смогли выйти на сушу и выжить. Если рыба без легких пыталась жить на суше, она погибала. Речь идет о том, что эти черты, развившиеся по другим причинам, позволяют животному использовать новую среду.
Ученые считают, что у наших предков-рыб развились руки для передвижения по дну океана, которые впоследствии пригодились для поиска пищи и передвижения по суше. Вот тут-то и включился естественный отбор. Поскольку эти похожие на руки структуры были полезны на суше, в течение следующих нескольких миллионов лет у животных развились более длинные конечности и руки. То же самое, вероятно, произошло и с легкими. Мягкие ткани, такие как легкие, не очень хорошо окаменевают, поэтому ученые не знают точно, как развивались легкие человека. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что ранние легкие сначала превратились в простые легкие ящериц, а затем в разделенные легкие, характерные для млекопитающих. Примечательно, что у млекопитающих появилась диафрагма - мышца, регулирующая дыхание, - возможно, еще 300 миллионов лет назад.
И наоборот, структуры, которые больше не приносят пользы, часто исчезают. Со временем жабры уменьшились и стали встречаться только у молодняка, пока в конце концов не исчезли полностью у наземных животных в каменноугольном периоде около 315 миллионов лет назад. Это было примерно тогда, когда начали развиваться первые рептилии и предки первых птиц и млекопитающих.
Может показаться странным, что у примитивных рыб вообще были легкие. Хотя жабры хорошо справляются с извлечением кислорода из воды, они не всегда обеспечивают большое количество кислорода, особенно для крупных животных, которым его требуется больше. Сезонные изменения также могут влиять на количество кислорода в воде, отмечает Шубин. Например, если в воде много мертвых листьев, они забирают кислород. Поэтому воздушные мешки - примитивные легкие - позволяли рыбам заглатывать воздух над поверхностью, чтобы восполнить потребление кислорода. Современные рыбы-лунгфиши, существующие уже более 400 миллионов лет, обладают такой же способностью, что позволяет объяснить, почему вообще стало возможным перемещение на сушу.
Но мы не полностью утратили те ранние жабры. У человеческих эмбрионов есть одна рыбья особенность: Крошечные складки, называемые фарингеальными дугами, напоминают жабры, но мы не используем их для дыхания. И хотя это не совсем жабры, они определенно являются реликтом ранних жабр, что-то вроде древнего рецепта, по которому сейчас готовится нечто иное, чем раньше. На протяжении эмбрионального развития эти дуги становятся частями челюсти, горла и ушей.
Каждое существо, у которого есть голова, проходит через стадию фарингеальной арки. Другими словами, голова животного не может сформироваться без фарингеальных дуг. У водных, жабродышащих видов эти арки тоже появляются в эмбриональном развитии. Разница лишь в том, что арки превращаются в настоящие жабры, а также в кости, мышцы, нервы и артерии, окружающие их.
Подборка: Древние тайны
