Известно, что животные смогли колонизировать сушу благодаря неким особенным рыбам, которые смогли сменить среду обитания. Как это произошло – одна из самых больших загадок в биологии, хотя и нельзя сказать, что совсем безнадёжная.
До наших дней дожили некоторые виды рыб, которые довольно похожи на предполагаемое «переходное звено». Первыми на ум приходят, конечно, двоякодышащие с их лёгкими, однако Эмили Стэнден (Emily Standen) из Университета Макгилла и её коллеги экспериментировали не с двоякодышащими, а с нильскими многопёрами, или биширами, которые менее известны, но не менее интересны. Как оказалось, чтобы рыбы вышли на сушу, нужно, чтобы они на ней выросли.
У многопёров есть специфический плавательный пузырь из двух отделов, являющийся фактически вторым органом дыхания (помимо жабр), а грудные плавники представляют собой мощные лопасти, подобные тем, какие можно видеть у кистепёрых латимерий. На грудные плавники многопёры опираются, ползая по суше – живут они в заилённых, болотистых водоёмах,и потому им часто бывает нужно переползти из одной лужи или озерца в другое. В общем, они объединяют в себе признаки и двоякодышащих, и кистепёрых, и ещё одной древней группы – хрящекостных рыб (к которым относятся, например, осетры). Считается, что многопёры возникли как раз в то время, когда случилось расхождение между обычными (лучепёрыми) рыбами, лопастепёрыми (латимериями и двоякодышащими) и предками современных сухопутных животных.
Могли ли многопёры (или кто-то очень похожий на них) в незапамятные времена выйти из воды? Чтобы узнать это, исследователи взяли почти полторы сотни молодых двухмесячных нильских многопёров и разделили их на две группы: одних растили в аквариуме, где воды было вдоволь, других – в террариуме. Спустя восемь месяцев у тех и у других сравнивали строение скелета, умение плавать и умение передвигаться по суше.
В статье, опубликованной в Nature, авторы работы пишут, что многопёры, росшие в террариуме, то есть, фактически, на суше, оказались лучшими «ходоками», и их скелет был более приспособлен к «ходьбе». Если у водных экземпляров грудные плавники расходились в сторону, то у сухопутных они развивались так, что оказывались прямо под телом, поднимая рыбу над поверхностью и принимая на себя вес тела. И, когда многопёр отталкивался от земли, плавники не разъезжались, и рыба могла довольно быстро идти.
Сухопутное воспитание привело к тому, что у рыб изменились кости плечевого пояса. Кость, эквивалентная нашей ключице, стала длиннее, её соединения с другими костями стали прочнее, но сама по себе она стала тоньше – чтобы не мешать голове, которая при передвижении рыбы по суше сильно мотается из стороны в сторону (см. видео выше). Некоторые сочленения в плечевом поясе редуцировались, чтобы череп многопёров смог двигаться вверх-вниз. Рыбам, вообще говоря, подвижность черепа ни к чему, вода их поддерживает, и им потому легко изменить направление и ориентацию тела в пространстве, чтобы посмотреть в ту или в другую сторону. На суше двигать всем телом неэффективно и требует больших энергетических затрат, проще снабдить дополнительными «степенями свободы» саму голову.
Именно такие изменения, которые удалось экспериментально развить в многопёрах, обнаруживаются в ископаемых находках, относящихся ко времени выхода животных на сушу. Полученные результаты говорят в пользу того, что древние рыбы вовсе не обязательно должны были выходить из воды с уже готовыми прототипами наземных конечностей. Даже непригодные для ходьбы плавники могли оптимизироваться под требуемые условия благодаря пластичности индивидуального развития, благодаря тому, что гены позволяли «воспитывать» признак в нужном направлении. Правда, теперь нужно выяснить, как плоды такого «воспитания» могли закрепиться среди тех, кто решил выйти на сушу. Очевидно, что здесь не обойтись без молекулярных исследований, и очевидно, что тут придётся наблюдать за несколькими поколениями сухопутных многопёров.
Стоит добавить, что несколько лет назад похожее исследование было выполнено с двоякодышащими протоптерами. Зоологи из Чикагского университета (США) решили проверить, могут ли они перемещаться по суше на своих тонких, нитевидных плавниках, которые, на первый взгляд, к этому никак не приспособлены. Хотя в природе протоптеры не используют плавники для передвижения по суше, в эксперименте они продемонстрировали, что в принципе ничего невозможного тут нет: с точки зрения подвижности плавники протоптеров могут служить эквивалентом лап. Кроме того, в воде рыба весит меньше, и, ползая по дну, вполне может полагаться на свои тонкие, нитевидные плавники, которые для суши, возможно, не так уж и подходят. Так или иначе, дальнейшие исследования двоякодышащих и многопёровых рыб могут в скором времени окончательно разрешить проблему выхода позвоночных животных на сушу.
Автор: Кирилл Стасевич