Открыт секрет челюстей, который связывает древних рыб и современных людей

Как одни из первых обладателей челюстей, рыбы сыграли ключевую роль в эволюции позвоночных, включая человека. Челюсти у них появились не просто для того, чтобы есть — они служили и для защиты, и как инструменты, например, для рытья нор или разгрызания твёрдой пищи. Более того, некоторые виды даже использовали челюсти для заботы о потомстве, вынашивая икру или мальков во рту.

Взрывное разнообразие древних рыб

Исследование учёных из Мичиганского университета выявило, что около 359-423 миллионов лет назад группа рыб, известная как лопастепёрые, пережила настоящий взрыв эволюционного разнообразия. В этот период у них стремительно развивались челюсти, появлялись новые способы питания. В то же время другая крупная группа — лучепёрые рыбы — эволюционировала гораздо медленнее.

Это открытие стало неожиданным, ведь спустя несколько миллионов лет эволюция лопастепёрых рыб практически остановилась. Сегодня их осталось всего восемь видов, среди которых знаменитая латимерия — "живое ископаемое", обнаруженное в 1938 году Марджори Кортни-Латимер в глубинах океана. Для сравнения: лучепёрые рыбы включают около 33 000 видов, от золотых рыбок до морских коньков.

Новые данные из глубин прошлого

Под руководством научного сотрудника Мичиганского университета Эмили Тройер исследование, опубликованное в журнале Current Biology, использовало 3D-модели, созданные с помощью компьютерной томографии. Учёные проанализировали 86 видов рыб из силурийского и девонского периодов, начиная примерно с 443 миллионов лет назад.

Результаты показали, что именно лопастепёрые рыбы, включая двоякодышащих и латимерию, демонстрировали самые быстрые темпы изменений в форме и функциях челюстей. Их челюсти становились крупнее и мощнее, что позволяло питаться добычей с твёрдым панцирем, например, ранними моллюсками и ракообразными.

"Благодаря своим огромным челюстям они могли есть очень твёрдую пищу", — отметила Тройер.

Она подчеркнула, что такие инновации были связаны с особенностями экосистемы того времени и могли стать причиной изменений в строении челюстей.

Цифровая карта эволюции челюстей

Для более точного понимания изменений команда учёных создала цифровую карту каждой 3D-модели, анализируя не только форму челюстей, но и их механическое преимущество — то есть силу укуса. Чем выше это преимущество, тем мощнее был укус рыбы.

Соавтор исследования Рафаэль Риверо-Вега, собравший данные компьютерной томографии и посетивший множество музеев для создания 3D-сканов окаменелостей, отметил, что каждая группа рыб переживала "уникальный эволюционный момент". Некоторые быстро изменялись, затем занимали узкую экологическую нишу, другие сохраняли разнообразие форм и размеров, а третьи оставались почти неизменными до выхода на сушу.

"Это отличный пример того, как разные группы рыб могли в своём темпе осваивать инновации, если на них оказывалось соответствующее эволюционное давление", — сказал Риверо-Вега. "И всё это происходило задолго до появления динозавров. Рыбы — действительно удивительные существа".

Почему это важно

Роль челюстей в эволюции позвоночных давно обсуждается, но сравнительных исследований ранних рыб было немного. Благодаря палеонтологическим находкам и современным технологиям учёные смогли заглянуть в глубины прошлого и увидеть, как именно происходила эта эволюция.

"Изучая прошлое, можно узнать очень много", — подчеркнула Тройер. "Без палеонтологических данных мы бы не узнали о такой неожиданной смене ролей между лопастепёрыми и лучепёрыми рыбами".

Эти открытия не только расширяют наши знания о древних рыбах, но и помогают лучше понять, как эволюция формировала разнообразие современных позвоночных.