Важным прорывом в эволюции позвоночных стало появление челюстей, а также связанной с ними способности откусывать и жевать. В новом исследовании палеонтологи разобрались с возникновением этой важной части скелета и первыми этапами ее развития.
Dunkleosteus был огромным хищником с мощными челюстями, но без зубов / © RIchard Benning
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.
Комментарии
"Довольно скоро плакодермы полностью вымерли. Стоит отметить, что, несмотря на внешнее сходство, этих животных нельзя назвать родственниками «настоящих» рыб — наших современников" - если я правильно понял, из этого следует, что челюсти в разных группах рыб возникли несколько раз, независимо друг от друга?
челюсть в ходе возникла всего 1 раз - у общего предка всех челюстных включая плакодерм, рыб и т.д., хотя они сильно отличаются - относятся к разным классам