Походка рептилий позволила им первыми научиться дышать грудью

Адаптация позвоночных к жизни на суше вызвала коренные изменения аппарата дыхания. Рыбы, прокачивая воду через жабры, используют для этого мускулы, расположенные на голове и «шее». Так дышали и первые сухопутные жители: современные земноводные, включая лягушек, до сих пор раздувают горло, прокачивая воздух через легкие. Настоящая революция началась, когда эту роль стали играть мускулы грудного отдела, сжимая и раздвигая ребра.

Этому знаменательному переходу посвящена новая работа Роберта Сьери (Robert Cieri) из Университета штата Юта и его коллег, статья которых опубликована в журнале Scientific Reports. По мнению ученых, передача вентиляции легких мышцам грудной клетки была связана с адаптациями животных к передвижению по суше на четырех лапах.

Авторы исследовали механику ходьбы у ящериц, регистрируя движения их ребер с помощью нового метода XROMM, сочетающего видеозапись в рентгене и компьютерную томографию. Это позволило получить точные трехмерные модели движущихся костей грудной клетки для варанов и тегу, зафиксированных на «беговой дорожке». Визуализация показала, что при ходьбе с характерными для рептилий изгибами позвоночника в горизонтальной плоскости их ребра совершают непримечательное, но важное движение.

Каждое ребро слегка проворачивается относительно своего позвонка. В результате при каждом шаге ящерицы ее ребра с одной стороны тела сжимаются, с противоположной — раздвигаются, а при следующем шаге — наоборот. Без такого проворачивания они просто сталкивались бы друг с другом. По словам ученых, почти такие же движения ребра производят у рептилий и для дыхания.

Возможно, первоначально эти движения возникли у рептилий именно для усиления изгибов тела и ускоренного бега — и лишь затем оказались невероятно полезными для легочного дыхания. Роберт Сьери и его соавторы полагают, что ранние тетраподы перемещались по суше изгибающимися движениями, что привело к увеличению подвижности позвоночно-реберных сочленений. На каком-то этапе развития животные получили возможность перемещать ребра одновременно с обеих сторон тела и независимо от ходьбы, обеспечив более эффективную вентиляцию легких.