У современных земноводных двухфазный жизненный цикл: из икры вылупляется водная личинка (например, головастик у лягушек), которая затем переживает метаморфоз — резкую перестройку тканей и органов для жизни на суше. Биологи предполагали, что древнейшие четвероногие животные развивались по такому же сценарию. Считалось, что постепенный метаморфоз позволил предкам амфибий шаг за шагом адаптироваться к наземной среде. Однако прямых палеонтологических доказательств не существовало, так как найти новорожденных древних тетрапод с сохранившимися мягкими тканями крайне сложно.
Авторы работы, опубликованной в журнале Science, изучили коллекции сидеритовых конкреций из местонахождения Мэзон-Крик в штате Иллинойс. В этих отложениях каменноугольного периода мягкие ткани животных отпечатывались с высокой точностью. Ученые проанализировали фонды Филдовского музея естественной истории, Смитсоновского института и частных собраний, чтобы найти окаменелости на самых ранних стадиях развития.
Палеонтологи отобрали остатки недавно вылупившихся детенышей мегалихтиид, аистопод (включая вид Phlegethontia longissima с длиной черепа всего 4,5 миллиметра) и эмболомеров. Эти животные представляют эволюционные линии позвоночных до и сразу после появления лап с пальцами. Отпечатки просканировали с помощью электронного микроскопа, чтобы рассмотреть контуры тканей и проверить наличие временных личиночных органов.
Микроскопия показала, что у древнейших тетрапод полностью отсутствовала переходная личиночная стадия. Ни на одной окаменелости биологи не нашли следов наружных жабр. Кости черепа, челюсти и зубы у новорожденных эмболомеров окостеневали стремительно. Вместо пассивного фильтрования планктона, как это делают современные головастики, первые четвероногие рождались с клыками на небе и мощными челюстями, полностью готовые к хищничеству.
В брюшной полости окаменелостей микроскоп зафиксировал растянутый кишечник с остатками желтка. Отсутствие следов пищи в желудке указало на то, что животные погибли еще до начала самостоятельного питания. Большой запас желтка означает, что предки четвероногих вылуплялись из крупных икринок, рождаясь сразу сформированными животными.
Вдобавок ученые переклассифицировали окаменелости Esconichthys apopyris размером от 20 до 60 миллиметров. Десятилетиями палеонтологи описывали их как личинок древних двоякодышащих рыб. Анализ точек окостенения черепа и строения гетероцеркального хвоста доказал, что на самом деле это стайки недавно вылупившихся мегалихтиидов — рыб, чья линия вплотную подошла к появлению лап. У них также не оказалось никаких личиночных черт.
Превращение плавников в лапы и выход позвоночных на сушу произошли у животных с прямым типом развития. Классический метаморфоз современных земноводных оказался не наследием, а поздним эволюционным изобретением. Эта способность появилась внутри кроновой группы тетрапод на 40-60 миллионов лет позже освоения суши, вероятно, как способ адаптации к жизни в сезонно пересыхающих водоемах.