Ученые исследовали осетра — и усомнились, что эволюция создала шею для поворота головы

Эволюция создала шею у первых четвероногих не для поворота головы — эти функции она обрела позже. К таким смелым выводам, подкрепленным тщательным моделированием, пришли авторы исследования в журнале Nature.

Десятилетиями считалось, что шея у древнейших предков четвероногих — тетрапод — стала более подвижной на раннем этапе перехода к жизни на суше. Предполагалось, что на мелководье или на земле им чаще, чем в воде, требовалось смотреть вниз или по сторонам, чтобы искать пищу и избегать хищников. Так или нет — остается догадываться: биомеханику шеи по окаменелостям восстановить сложно.

«У рыб, переживавших эти изменения, позвоночник в значительной степени состоял из мягких тканей, которые, в отличие от кости, редко сохраняются в ископаемой летописи. В таких случаях мы можем обратиться к современным животным как к аналогам прошлого — так же, как ныне живущие птицы помогают нам узнать о вымерших динозаврах», — объясняет эволюционный биолог Томас Стюарт из Университета штата Пенсильвания, один из авторов исследования.

Шея была не всегда

У рыб нет шеи — их лопатки крепятся прямо к черепу. Чтобы посмотреть вправо или влево, рыбе приходится поворачиваться всем телом. Но у некоторых ископаемых рыб девонского периода (около 420–360 млн лет назад) находят сочетание признаков — одни чисто водные, другие больше похожи на наземных животных. Например, у некоторых были более мощные плавники, способные, возможно, выдерживать вес тела и позволять животному подниматься или отталкиваться от дна на мелководье. У этих переходных рыб впервые появляется и выраженная шея.

«Тиктаалик — одна из таких ископаемых рыб, впервые описанная в 2006 году. Десятилетиями вполне логично предполагалось, что отделение головы от плеч должно было позволить голове двигаться свободнее, поэтому гипотеза о том, что подвижность шеи была движущей силой этой перестройки плана строения тетрапод, держалась — по крайней мере до сих пор», — продолжает исследователь.

По его словам, окаменелости найдены на острове Элсмир в Нунавуте, в Арктике.

«Эти материалы очень важны, потому что тиктаалик — один из ближайших родственников позвоночных с конечностями. Он помогает восстановить множество промежуточных шагов перехода к жизни на суше — например, переход от всасывающего питания в воде к откусыванию на земле или от плавания к ходьбе», — говорит Стюарт.

Ближайший доступный аналог

Понять, как двигался скелет этих рыб, сложно, потому что вместо позвоночника у них была нотохорда — гибкий хрящевой стержень. У современных животных он бывает только на стадии зародыша. К счастью, есть исключение — осетр, которого иногда называют «живым ископаемым».

Применив свойства материала нотохорды осетра к ископаемым животным, исследователи обнаружили, что шея ранних тетрапод была на удивление жесткой и даже при отделенных от головы плечах не позволяла сколько-нибудь заметно двигать головой.

«Мы знаем, что в конечном счете тетраподы приобрели большую подвижность шеи. Очевидно, в итоге это дало преимущество, но ранним тетраподам оно еще не было доступно из-за ограничений их анатомии. Я взялась за это исследование, чтобы выяснить, насколько сильным было влияние этого анатомического изменения на животных. Позвоночники осетров устроены во многом так же, как у ранних тетрапод, но не казались особенно жесткими. Поэтому после моделирования отсутствие существенной подвижности головы почти у всех этих животных стало большой неожиданностью», — подчеркивает палеонтолог Дана Корнейзел из Уппсальского университета, первый автор статьи.

Гипотеза, подкрепленная расчетами

Оценки основаны только на позвоночнике, реальная подвижность могла быть еще меньше. Ткани вокруг позвоночника — мышцы, кожа, а у многих из этих животных еще и костные пластины в коже — могли дополнительно снижать гибкость шеи.

«Подъем головы у этих животных был не больше, чем можно ожидать у рыб, а иногда и меньше. Они не могли повернуть голову или покачать ею, как это делаем мы», — добавила Корнейзел.

Авторы признают, что осетр — не идеальный, а «лучший доступный» аналог тетрапод. И тем не менее в расчетах своих уверены — шея появилась, чтобы освободить плечевой пояс, а не чтобы крутить головой.