Окаменелости рыбы свидетельствуют о разнообразии форм ранних локтевых суставов

Фото из открытых источников

Рыбы, предшествовавшие первым четвероногим наземным животным, отличались большим разнообразием форм, чем считалось ранее; ископаемые находки показывают, что у одной из них локтевой сустав двигался весьма своеобразно — с существенными ограничениями подвижности. Результаты нового исследования были опубликованы в Journal of Vertebrate Paleontology.

Древняя рыба, обитавшая незадолго до выхода первых четвероногих на сушу, обладала заостренной костью предплечья и шарнирным локтевым суставом. Эта находка дополняет растущий массив доказательств того, что формирование конечностей на ранних этапах эволюции происходило путем проб и ошибок.

Это животное, жившее 350 миллионов лет назад, относится к так называемым «фишаподам» (от англ. fishapod — слияние слов fish [рыба] и tetrapod [четвероногое]) — это неофициальный, но широко принятый в науке термин для обозначения переходных форм между рыбами и наземными позвоночными (четвероногими) — существам, чьи плавники приобрели некоторые черты, характерные для конечностей. Возможно, эти плавники использовались не только для плавания, но и для передвижения по речному дну.

«Мы постоянно обнаруживаем все новые вариации форм и геометрических параметров этих костей, — говорит Томас Стюарт из Университета штата Пенсильвания. — Чем больше мы изучаем это разнообразие, тем яснее понимаем, что существовал целый спектр необычных форм животных, обитавших в различных экологических нишах и осваивавших их».

За последние два десятилетия ученые обнаружили ископаемые остатки десятков различных видов тетраподоморфов с плавниками — тех самых фишаподов. Эти животные обитали в воде, а их плавники содержали кости, подобные тем, что встречаются в конечностях современных четвероногих. Самый известный представитель этой группы — Tiktaalik roseae (Тиктаалик) — получил прозвище «ползающая рыба», поскольку, вероятно, мог использовать свои плавники-конечности, чтобы выбираться на сушу; это животное олицетворяет важный этап в эволюции позвоночных.

Однако история превращения рыб в наземных животных отнюдь не была прямолинейной, отмечает Стюарт. Например, Qikiqtania wakei — вид, описанный им и его коллегами в 2022 году, — представлял собой фишапода, у которого, судя по всему, сначала развились плавники, способные выдерживать вес тела, но затем он перешел к постоянному плаванию.

Теперь команда исследователей проанализировала еще одного необычного фишапода. На данный момент животное известно лишь по ископаемым остаткам единственного отдельного плавника, найденного на острове Элсмир в Канаде. Ученые провели компьютерную томографию находки и сравнили ее кости (напоминающие кости конечностей) с аналогичными элементами скелета 16 других известных фишаподов. Этот плавник не имел полного сходства ни с одним из них, что указывает на принадлежность к отдельному виду. Лучевая кость — которая у человека проходит от локтя до запястья со стороны большого пальца — была длинной и трехгранной, сужаясь к острому концу (там, где у четвероногих располагается запястье). От этого места к кончику плавника тянулись другие кости и мягкие ткани, однако форма самой лучевой кости вряд ли обеспечивала достаточную опору для отталкивания от грунта, отмечает Стюарт.

На конце, обращенном к локтю, у этой лучевой кости отсутствовал округлый мыщелок, характерный для других «фишаподов»; вместо этого кость была узкой и имела форму, напоминающую боб. Плечевая кость не сохранилась, но форма лучевой кости позволяет предположить, что сустав между ними работал как простой шарнир, обеспечивающий движение преимущественно вперед-назад в одной плоскости. Такая подвижность более ограничена по сравнению с локтями других «фишаподов»: те могли скручивать и вращать локтевой сустав — подобно нам, — что придавало движениям большую гибкость.

В ископаемых останках также была обнаружена интермедиальная кость (intermedium) — небольшая косточка, встречающаяся у «фишаподов» и, как полагают ученые, ставшая впоследствии частью запястья. У данного неизвестного «фишапода» эта кость была относительно длиннее, чем у тиктаалика и его ближайших родственников.

По словам Стюарта, точно неясно, как именно животное использовало свои необычные плавники. Ограниченная подвижность локтя могла быть своего рода эволюционным экспериментом по формированию конечностей, отвечавших конкретным потребностям животного в его среде обитания. Однако это вовсе не означает, что локтевой сустав идеально подходил для выполнения своей функции.

«Когда животные начинают осваивать новые типы движений, они могут выглядеть несколько неуклюже, — говорит он. — Возможно, они справляются не лучшим образом, но достаточно хорошо. Здесь важна достаточность, а не оптимальность».

Джулия Молнар из Нью-Йоркского технологического института (Лонг-Айленд) признается, что была рада увидеть новый образец. «Вопрос о том, когда и почему произошел переход от плавников к конечностям и от водного образа жизни к наземному, по-прежнему остается предметом жарких споров, — отмечает она. — Меня бы не удивило, если бы столь значительное разнообразие форм лучевой кости отражало различные способы адаптации к проблемам и возможностям меняющегося мира». Палеонтологи обнаружили новые свидетельства того, что у далеких предков амфибий, рептилий и млекопитающих не было личиночной стадии с наружными жабрами, характерной для современных лягушек или саламандр.

Эти различия не следует рассматривать как разные попытки сформировать конечности для будущей жизни на суше; скорее, они представляли собой адаптацию к конкретным условиям обитания того времени.

«Такая рыба могла использовать плавники, чтобы "ходить" по мелководью или пробираться сквозь заросли водной растительности, — отмечает Молнар, — что позволяло ей спасаться от крупных водных хищников и охотиться на более мелкую рыбу и членистоногих у кромки воды».