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/