Позвоночные животные ныне весьма многочисленны. Но не это даже главное – насекомых больше. Просто именно позвоночные ныне обоснованно претендуют на роль «царей природы», ибо именно они давно заняли высшие позиции едва ли не во всех пищевых цепочках макромира.
Возглавляет ныне эту систему человек. Тоже позвоночное животное.
Однако процесс формирования крепкого позвоночника и вообще скелета, способного быть надежной основой тела, шел долго и довольно сложными путями. На ранних этапах эволюции царями природы были беспозвоночные, и путь позвоночных к могуществу оказался ой как непрост.
С чего-то все должно начаться
Современные позвоночные – наиболее развитые и сложные из всех животных. Во многом это стало возможным из-за наличия прочного скелета.
Точнее, речь идет о так называемом эндоскелете, то есть внутреннем. Насекомые, к примеру. и целый рад других групп животных имеют наружный экзоскелет. Внутренний скелет позвоночных составляют прочные кости с большим содержанием кальция или более мягкие, но все равно достаточно прочные хрящи.
Однако вот насчет состава этих самых скелетов уже ничего конкретно не сказано – он может быть сложным или примитивным. Примеры разного устройства скелета мы видим у некоторых ныне существующих позвоночных животных. Наряду с изучением ископаемых остатков, изучение этих видов позволяет понять пути эволюции позвоночных.
Начало развитию позвоночных положило появление у некоторых животных хорды – продольного тяжа, служащего основой тела. Но скелет в целом формировался не только на основе хорды. Также для эволюции позвоночных огромное значение имела дупликация (то есть удваивание) генома, что позволило добавить возможностей для изменчивости организмов.
Родословная позвоночных
Ранние предки позвоночных, во-первых, были невелики размерами, а во-вторых, не имели кальцинированного скелета, кости им заменяли хрящи. Поэтому ученым непросто установить время их появления и внешний облик – окаменелостей не остается!
Тем не менее, есть обоснованное предположение, что древнейшие предки позвоночных появились в кембрийском геологическом периоде (539-485 млн. лет назад). И были они чем-то похожи на современных ланцетников, которые все школьные учебники биологии украшают: маленькие червеподобные существа.
Однако по бокам у них шли ряды жаберных щелей. И были эти щели хрящевыми. Вот и первый шаг к настоящему скелету.
Костные ткани отмечены впервые с датировкой около 485 млн. лет назад, то есть на границе кембрийского и ордовикского периодов. Но это были еще не кости с нашем понимании, а перерождения кожных покровов, их утолщение и огрубение. Нечто похожее на те, первые, костные образования можно ныне видеть на коже некоторых скатов. Из подобных образований позже сформировались и зубы.
Долгое время кости были исключительно средством дополнительной защиты – позвоночные развивались как бесчелюстные. Черепа при этом у них уже были. Миноги – пример современных бесчелюстных.
Тем не менее, к силурийскому периоду (444-419 млн. лет назад) появились челюстноротые. Конструкции, формирующие жабры и поддерживающие их, у некоторых организмов трансформировались в костные дуги, приспособленные для хватания и удержания. Если бесчелюстные в большинстве своем были обречены на фильтрационное питание, челюстноротые имели больший выбор – они могли закусить и достаточно крупным кусочком.
Но этот кусочек надо было еще найти, а зачастую и догнать! Соответственно, совершенствовались и органы зрения, и двигательный аппарат. Поскольку жизнь в то время сосредоточивалась исключительно вводе, речь в первую очередь идет о формировании плавников.
Скелет, однако, в значительной степени оставался наружным средством защиты. Примером могут служить панцирные рыбы, и конкретно такой гигант из этой группы, как дунклеостей. Огромный, до 9 м, хищник, имел тело, частично покрытое снаружи костным панцирем. Не было у него и зубов, вместо них служил опять же костный выступ.
Большой эволюционный успех выпал на долю хрящевых рыб. К их числу принадлежат акулы – этим уже многое сказано. У акул есть настоящие зубы, но вот вместо костей у них хрящи. Предположительно они появились в том же девонском периоде (419-359 млн. лет назад), что и панцирные рыбы. Однако некоторые находки чешуек позволяют допустить, что они старше и появились еще в силуре.
Параллельно хрящевым развивались и костные рыбы, скелет которых состоит из твердых костей. Две ветви эволюции (хрящевых и костных рыб) разошлись приблизительно в конце силура.
Среди костных рыб выделяют лучеперых и лопастеперых. Лучеперыми являются почти все привычные нам современные костные рыбы – хоть скумбрия, хоть сельдь, хоть карась. А вот лопастеперые рыбы являются предками наземных позвоночных животных.
Их отличие заключалось в строении плавников. У лопастеперых рыб они были мощными, со сложной костной и мышечной системой. Рыбы могли не только плавать с их помощью, но и ползать, отталкиваясь от дна.
Понадобилось еще появление дыхательной системы, способной пользоваться атмосферным воздухом – и процесс завоевания суши начался. Первые организмы, начавшие выползать на твердую землю, были двоякодышащими, то есть имели и жабры, и легкие.
На сегодняшний день ученым известно уже немало примеров переходных форм от рыб к наземным позвоночным. Например, эустенопретон, очень похожий на рыбу, но с легкими и мощными плавниками. Или пандерихтис, лишившийся спинных плавников и с глазами в верхней части головы (как у современных рептилий).
Или тиктаалик, у которого уже был функциональный лучезапястный сустав, полноценные ребра (защищавшие тоже вполне полноценные легкие) и подвижный шейный отдел позвоночника.
Тиктаалик внешне еще напоминал рыбу (хотя бы из-за чешуи), но акантостега даже на вид была похожа скорей на крокодила какого-то – с вполне развитыми конечностями с пальцами. Ей уже было вполне удобно на суше.
А что из сказанного следует? А то, что из животных именно позвоночные первыми начали осваивать сушу! Не новое место, не новый регион – новую среду! Это ли не эволюционный успех?
