Первые палеозойские челюсти оказались самыми удачными

Почти все современные позвоночные — будь то млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии, хрящевые или костные рыбы — имеют нижнюю челюсть, которая нужна для откусывания и пережевывания. Однако миноги и другие круглоротые, самые примитивные из современных позвоночных, челюстей лишены.

Поначалу челюстей не было ни у кого — самые древние позвоночные в этом отношении напоминали примитивных миног. Не слишком продвинутыми этих бесчелюстных делает и, скажем, отсутствие миелина, необходимого для быстрого проведения импульса в нервной ткани.

В то же время первые позвоночные имели жабры, благодаря которым они могли дышать под водой. Те, в свою очередь, были снабжены костными опорами — жаберными дугами. Именно эти кости в какой-то момент смогли изменить свою функцию и стать основой для первых челюстей.

«Челюсти — чрезвычайно важная часть тела гнатостомат, то есть челюстных животных, — рассказал Вильям Дикин (William Deakin), аспирант Университета Бристоля (Великобритания) и один из авторов нового исследования. — Они не просто широко распространены: челюсти есть почти у всех и всегда используются с одной и той же целью — для захвата и переработки пищи. Этого нельзя сказать, к примеру, о передних или задних конечностях и хвосте, которые могут иметь самое разное назначение».

Поэтому Уильям считает челюсти исключительно ценным объектом эволюционных исследований. Действительно, эту часть черепа разных позвоночных можно охарактеризовать с помощью строго определенных и универсальных параметров — а значит, и объективно сравнивать.

Чтобы разобраться с этим вопросом, авторы новой статьи в журнале Science Advances рассмотрели 121 вид древних позвоночных, описав 45 различных параметров челюстей каждого из них. Речь прежде всего о так называемых плакодермах, или панцирных рыбах — а именно, о тех, что жили в морях в конце силурийского и девонском периодах палеозойской эры. Довольно скоро плакодермы полностью вымерли. Стоит отметить, что, несмотря на внешнее сходство, этих животных нельзя назвать родственниками «настоящих» рыб — наших современников.

Среди рассмотренных видов есть и знаменитый дунклеостей (Dunkleosteus), внушительные челюсти которого могли раздробить самые прочные кости. И это несмотря на отсутствие зубов: их ему заменяли острые края костей.

Авторы исследования применили сложные математические модели и анализ данных, чтобы выделить наиболее важные для эволюции параметры челюстного аппарата. Они даже создали большой набор моделей «гипотетических челюстей» и построили пространство морфологических признаков, с помощью которого количественно описали и сравнили все это многообразие.

Палеонтологи сделали вывод, что самые древние челюсти были хорошо приспособлены для быстрого захлопывания и имели высокую прочность. Следовательно, их обладатели были хищниками. Любопытно, что самыми удачными конструкциями оказались наиболее древние. В дальнейшем, по мере появления все новых систематических групп, челюстной аппарат быстро изменялся и порой терял оптимальное устройство.

Помимо этого, эволюционное расхождение позвоночных поставило их перед выбором: животные должны были «предпочесть» либо сильные, либо быстро захлопывающиеся челюсти. Впоследствии эта дилемма повлияла на эволюционное развитие многих позвоночных.