Новые открытия в эволюции тетрапод

Сусветная навіна ад 17 сакавіка 2008 года

О новых открытиях в палеонтологии, которые меняют привычную картину выхода первых позвоночных на сушу, рассказывает научный сотрудник Палеонтологического института Российской академии наук, кандидат биологических наук Олег Лебедев. С ним беседуют Александр Марков и Ольга Орлова.

[SCREEN:0] Александр Марков: Как нас учили в школе, предками первых наземных позвоночных были кистеперые рыбы, которые жили в мелких пересыхающих водоемах и постепенно плавники превратились в лапы, и они начали выползать на сушу, спасаясь от хищников или с какими-то другими целями. Олег, расскажите, пожалуйста, как современные достижения палеонтологи согласуются с этой привычной нам картиной выхода рыб на сушу или появились какие-то уточнения, дополнения в последнее время?

Олег Лебедев: Действительно еще в 20 веке считалось, что все происходило практически так, как говорил Саша. Но проходило время, появлялись новые находки, эти находки стимулировали интерес возрастающий. Все больше и больше ученых в мире обращали внимание на эту проблему. Стали обращать внимание на некоторые несоответствия, существовавшие на протяжении 70 лет теории. Стали как-то стараться переосмыслить то, что происходило. Для начала хотелось бы разделить два явления, совершенно не связанные друг с другом. Первое — это вопрос происхождения четвероногих, и второй — это вопрос выхода на сушу. Насколько мы сейчас представляем себе, происхождение четвероногих никак не связано с выходом на сушу. Разделены огромным временным промежутком. Этот выход совершали совершенно другие животные, дальние потомки тех четвероногих, которые когда-то произошли от рыб.

Александр Марков: То есть первые четвероногие, вы хотите сказать, появились в воде, они не выходили на сушу?

Олег Лебедев: Да, совершенно верно, они появились в воде, они обитали в воде, они кормились в воде, они размножались в воде. То есть, собственно говоря, у них не было никаких необходимостей, никаких побуждающих мотивов для того, чтобы на сушу выходить.

Александр Марков: А зачем тогда им ноги были? Ведь у них были ноги, я так понимаю.

Олег Лебедев: У них были в широком смысле ноги, действительно. Давайте попробуем определить, что такое нога и что такое плавник. Плавник тех рыб, которых считают их предками, так называемых кистеперых рыб, он состоит из мясистой лопасти, внутри которой находится мышца, у которой есть костный внутренний скелет. Мышца управляет частями этого скелета и вся эта лопасть вместе управляет плавниковой складкой, которая состоит из отдельных лучей, собственно плавником, той складочкой, которой эта рыба подгребает.

Александр Марков: То есть как лопатка, мясистый отросток, а на нем лопасть.

Олег Лебедев: Довольно толстая и она окаймлена лопастью. Лопасть по устройству ничем не отличается от лопасти селедки, предположим. Отличие заключается в том, что у современных костистых рыб эта лопасть двигается единообразно целиком и пассивно, а те рыбы, которых мы называем кистеперыми, имели в основании значительную конечность, и эта конечность могла управлять этой пассивной частью гораздо свободнее.

Ольга Орлова: А что же такое нога?

Олег Лебедев: А нога, давайте мы ногой будем называть структуру, в состав которой входит не только бедро, малая берцовая, большая берцовая кость, но еще и пальцы, скелет пальцев. Ни у каких рыб, в том числе у кистеперых скелета пальцев не было. В какой-то момент у кистеперых рыб произошел непонятный процесс. Видимо, изменились условия обитания, в результате которых была утрачена складка, состоящая из лучей, внутри появился скелет по принципу нашей пятипалой конечности.

Ольга Орлова: То есть появились отдельные пальцы.

Олег Лебедев: Появились отдельные пальцы. Но, видимо, первично они появились не в том виде, не разъединенные на концах, а сначала скорее всего они были заключены внутрь некоей лопасти, похожей просто на ласты. При помощи этих ласт рыбы, видимо, и передвигались в воде при помощи таких ласт.

Ольга Орлова: А им было удобнее так передвигаться? Чего они достигали таким образом?

Олег Лебедев: А мы этого не знаем. По-видимому, какие-то преимущества были, иначе бы эта структура не возникла.

Олег Лебедев: По-видимому, изменились какие-то условия обитания, перешли они в какой-то другой тип водной среды. Появились какие-то другие жертвы, которых нужно было есть и догонять как-то иначе, чтобы схватить. Это совершенно непонятно. У нас, к сожалению, нет никаких фактов для того, чтобы начинать строить хотя бы даже гипотезы.

Ольга Орлова: Просто для этого нужно понять, какие преимущества это дает. Скажем, отталкиваться от дна стало удобно или плотность воды.

Олег Лебедев: Это маловероятно. Какая-то опора, видимо, на дно как-то они опирались, но очень маловероятно. Потому что древнейшие четвероногие так же, как рыбы, были покрыты чешуей. Маловероятно, что это опора на дно.

Александр Марков: Получается из ваших слов, что это была поначалу просто некая модификация обычного плавника. Вместо мягких эластичных лучшей появились кости пальцев.

Олег Лебедев: Совершенно верно. Короткая лопасть, мясистая лопасть кистеперых рыб была удлинена за счет внутреннего скелета, не внешнего скелета, вот этой плавниковой оторочки, а внутреннего скелета и, соответственно, мясистая часть удлинилась. Вот этой гипотетической стадии мы почти не имеем. У нас есть древнее животное из Гренландии под названием акантостега, видимо, у нее эта лопасть была очень короткая, но широкая, у нее есть внутренний скелет пальцев. Кстати, пальцев у нее 9. То есть количество пальцев у древних четвероногих нефиксированно, известно от 5 до 9 пальцев. Это особой роли не играло, сколько пальцев. Гораздо позже у каменноугольных четвероногих животных появляется фиксированная пяти или четырехпалая лапа.

Александр Марков: Скажите, откуда стало известно, что эти первые четвероногие, откуда стало известно, что они жили в воде, может быть они выходили на сушу?

Олег Лебедев: Так утверждают геологи, что они найдены в отложениях речных протоков, стариц, каких-то озерных водоемов. Конечно, можно предполагать, что они выходили на сушу.

Ольга Орлова: Значит потом возвращались обратно.

Олег Лебедев: Тому, кто предположит ,что они выходили на сушу я задам вопрос: зачем? Если я получу ответ на этот вопрос, тогда я с ним соглашусь.

Александр Марков: Может быть спасаться от хищников.

Олег Лебедев: Они сами были хищниками и немаленькими.

Александр Марков: Может быть они выходили охотиться на насекомых каких-нибудь?

Олег Лебедев: Это совершенно невероятно. Потому что строение зуба у всех девонских четвероногих, кстати говоря, меня поражает, что во всех находках, в какой бы точке земли их ни находили, там где известны зубы, зубы все абсолютно одинаково устроены. В случае, если мы находим малюсенький кусочек челюсти, мы совершенно не понимаем, от кого это. Посмотрев на зуб, можно совершенно твердо сказать – это зуб четвероного животного, девонского четвероногого. И все эти зубы рыбоядного типа. Ими было невозможно ни поймать, ни тем более обработать членистоногое с его жестким хитиновым покровом.

Ольга Орлова: То есть они питались все рыбами?

Олег Лебедев: Они были замечательно приспособлены для того, чтобы ловить и заглатывать целиком рыбу.

Александр Марков: Получается, что на суше им было просто нечего делать.

Олег Лебедев: Просто нечего делать. Потому что размножались они, конечно, в воде и питались, разумеется, в воде.

Александр Марков: И врагов особо опасных у них не могло быть.

Олег Лебедев: У них были враги, естественно, крупные, те же самые крупные кистеперые рыбы. Они занимали разные экологические ниши. Кроме того враг необходим экосистеме, иначе ты начнешь размножаться так, что заполонишь собою все. Численность надо регулировать.

Александр Марков: Как мы поняли, значит они жили в каких-то мелких пресных водоемах, вы сказали, в старицах, в протоках.

Олег Лебедев: Это гренландские формы. В основном, к сожалению, палеонтологическая летопись устроена так, что мы можем очень редко наблюдаем отложения заведомо глубоководные, поэтому сказать, что кто-то найден в глубоководных условиях, можно довольно нечасто.

Ольга Орлова: То есть мы не знаем, жили они или нет в глубоких водах.

Олег Лебедев: Мы не знаем этого. Но скорее всего, поскольку это были хладнокровные животные, им нужны были мелкие хорошо прогреваемые водоемы для того, чтобы активно поддерживать жизнедеятельность.

Александр Марков: То есть мы получаем девонский период.

Олег Лебедев: Это вторая половина девонского периода. Это 345 миллионов лет и дальше.

Александр Марков: Значит в это время получается, что жили такие особые рыбы, у которых плавники уже были с пальцами внутри, по крайней мере, со скелетом пальца.

Олег Лебедев: Всегда в палеонтологии трудно провести грань. Можно назвать, конечно, этих животных рыбами, потому что они жили воде и дышали жабрами, но в то же время если был утерян плавник, а вместо него была хоть и очень примитивная, плохо сформированная конечность, построенная по типу ноги, то давайте все-таки называть четвероногими.

Александр Марков: Был некий период, когда все четвероногие жили исключительно в воде?

Олег Лебедев: Был такой период, он был очень длительным.

Александр Марков: А потом, стало быть, что-то произошло и они вышли на сушу. Как это произошло, есть какие-то факты, находки?

Олег Лебедев: Здесь два соображения. Можно себе представить, предположить, как происходил выход, скажем, на континент. О том, какие четвероногие первыми вышли на сушу, мы достаточно хорошо знаем. Были на рубеже примерно 300 миллионов лет, не могу точно сказать, не помню точную цифру, это в середине карбона произошло, появились явно совершенно наземные четвероногие животные, с явно ходильного типа конечностями, у которых хорошо окостеневали кости, у которых хорошо окостеневали суставы. То есть такая конечность, которая в состоянии была поддерживать вес тела животного. А то, что было до них, можно предполагать, что они какое-то время проводили вне воды, но это мы доказать никогда, наверное, не сможем. А что касается выхода на континент, в континентальные условия из прибрежно-морских, в которых преимущественно находят древних четвероногих, то наверное, процесс происходил достаточно банально. Что было всегда движущей силой эволюции? Две основные причины. Первое – это погоня за самкой, второе – погоня за едой. Нет, извините, наоборот: любовь приходит и уходит, а кушать хочется всегда. Сначала для того, чтобы размножаться, нужно хорошенько покушать. Соответственно, если есть некая добыча, которая от тебя уходит, то ты ее преследуешь. У тебя нет вариантов, ты должен поесть сегодня. Ели четвероногие рыбу, потому как мы выяснили, что есть больше было нечего, ни на что не были способны. Рыбы плавали везде там, где была вода. Соответственно, четвероногие шли туда, где жила эта рыба. Где могла жить эта рыба? Рыба могла жить в морских водоемах, а также, видимо, в какой-то момент начала распространяться вверх по устьям рек, реки меняли русла, образовывали старицы, образовывали озерные системы. И таким, видимо, образом медленно, постепенно четвероногие, уходя постепенно за рыбой наверх, на континент, постепенно завоевывали континентальное пространство.

Ольга Орлова: Олег, в прошлой передаче вы рассказывали о том, что прежде, чем четвероногие животные вышли из воды на сушу, сначала они должны были из океанологических вод попасть в континентальные реки. Но в какой момент состоялся сам выход на землю?

Олег Лебедев: Выход на сушу произошел тогда, когда появились предпосылки для этого, то есть когда у них сформировалась зубная система, отличная от той первичной зубной системы, которую мы уже обсуждали, когда они смогли перерабатывать некую добычу, которая жила на суше.

Ольга Орлова: Потому что мы помним картинки из учебника биологии, когда из океанологического пространства выходят. А на самом деле был период адаптационный довольно длинный, когда требовались континентальные водоемы и там должны сколько-то времени находиться.

Олег Лебедев: Совершенно верно. То есть сначала адаптационный период, в течение этого периода, по-видимому, происходило формирование зубных систем, отличных от первичной зубной системы, от примитивного зуба конусом.

Александр Марков: В то время, чем они могли питаться на суше? Я так понимаю, только насекомыми, членистоногими.

Олег Лебедев: Позвоночных, понятное дело, не было, было два источника. Растительная, которая пока никак не подтверждается, питание растениями, по крайней мере, до конца карбона. А членистоногих было в избытке, ими питаться было вполне можно. Но для того, чтобы питаться членистоногими, необходим специальный зубной аппарат.

Александр Марков: Наверное, членистоногие сейчас часто падают в воду, в озеро, в лужу и рыбы их хватают. Может быть так они приспосабливались постепенно к новой диете?

Олег Лебедев: Возможно. Это вполне вариант, который возможен. У на нет фактов. Палеонтология несчастная наука, мы не можем ставить эксперименты, нам всегда не хватает данных.

Александр Марков: У современных рыб можно судить о том, как она питается, по строению рта. Бывает верхний рот у рыб, которые хватают корм с поверхности воды, бывает нижний рот, если она хватает со дна.

Олег Лебедев: Бывает конечный, бывает промежуточный, там есть масса самых разных вариантов. Пожалуй, что никто толком не смотрел. Спасибо, интересная мысль, посмотрю как-нибудь.

Ольга Орлова: Скажите, известно, сколько времени ушло на формирование новых зубов у вот этих четвероногих животных первых?

Олег Лебедев: Нет.

Ольга Орлова: Несколько миллионов?

Олег Лебедев: Много миллионов, несколько десятков скорее.

Ольга Орлова: Пока сформировались такие зубы, которые позволили бы просто есть.

Олег Лебедев: Пригодные для обитания на суше.

Александр Марков: То есть получается, что этот рисунок, который перед глазами стоит — ихтиостега, которая с рыбьим хвостом, но она вылезла на берег и лежит среди древней растительности.

Олег Лебедев: Эту ихтиостегу недавно коллеги из Англии переизучили, наконец поставили кости конечностей на места, они были вывернуты из суставах на известной самой распространенной реконструкции, теперь поставили на места. Теперь она замечательно похожа на тюленя, абсолютно плавающее животное, понятно, что ходить на этих ногах она никак не могла.

Александр Марков: Скажите, первые в каменноугольном периоде появились наземные четвероногие, это кто такие были?

Олег Лебедев: Животные, которых называют рамириды и гиферостигиды, рептилеаморфные амфибии.

Александр Марков: А те, которые жили в воде, тоже амфибии считаются?

Олег Лебедев: Это, пожалуй, самый трудный вопрос, который я мог бы от вас получить. Потому что формально по современным классификациям мы их не можем отнести никуда, кроме как к амфибиям. Амфибия — это современное понятие, относящееся к тем группам четвероногих животных, про которых мы хороших знаем. Мягкие ткани, дыхание, строение кожи. В само название заложена двоякость их существования – живущий двумя типами, в двух средах и так далее.

Александр Марков: Лягушки, тритоны.

Олег Лебедев: Лягушки, тритоны, саламандры. Но дело в том, что вымершие древние амфибии очень сильно отличались и явно по физиологии отличались. Хотя бы потому, что и ихтиостега, и акантостега, и тулерпетон известный из России, у них всех кожа была покрыта чешуей, сплошным покровом причем. То есть явно совершенно вариант кожного дыхания исключается. Мы не можем доказать, что у них были легкие, потому что мягкую структуру мы не находим в палеонтологической летописи.

Александр Марков: А жабры?

Олег Лебедев: Мне кажется, что у тулерпетона были жабры, потому что кости, прилегающие позади головы, на них есть следы присутствия жаберной крышки. У акантостеги хороший материал, там есть жаберные духи. То есть жаберное дыхание у древнейших четвероногих — вещь недоказанная стопроцентно, но скорее всего существовавшая. А вот были ли у них кроме жабр еще и легкие попутно — это мы точно знать не можем, может быть да, может быть нет.

Александр Марков: Скажите, недавно была нашумевшая находка, нашли новую переходную форму между водными и наземными четвероногими животными — тиктаалик.

Олег Лебедев: Я очень опечалился этой находкой. Потому что, несмотря на прекрасную сохранность, полный скелет и не один скелет, там не оказалось самых интересных структур.

Александр Марков: Вы о каком признаке говорите?

Олег Лебедев: Это знаменитое отсутствие жаберной крышки, всей жаберной серии и костей заднего края черепа. Это ключевые скелетные структуры, по которым можно отбить рыбу от четвероного и именно их и нет.

Александр Марков: То есть непонятно, была ли у них жаберная крышка, жабры?

Олег Лебедев: Совершенно верно. Совершенно невозможно понять. Может быть их не было, потому что они все редуцированы и прекрасно дышали легкими или они просто не сохранились. Кроме того существует такой замечательный признак, который тоже отсутствует у тиктаалика, отсутствует информация — это связь плечевого пояса с костями черепа. C вязь существует для того, чтобы каналы чувствующие проходили с головы на туловище и связь разрывается в тот момент, когда на туловище этих каналов не остается, они остаются только на голове. В этот момент вроде как рыба превращается в четвероногих — это еще один из признаков, может быть более поздний, но следующий после приобретения плавательной конечности в виде ласта. И опять здесь нет информации, мы ничего не можем сказать.

Александр Марков: Неизвестно, прикреплялись ли кости нижних конечностей к черепу?

Олег Лебедев: Совершенно верно. И таким образом неизвестно становится, была ли у них часть сейсмосенсорной системы, которая называется каналом боковой линии. А вы понимаете, что канал боковой линии очень важная вещь при жизни в воде — это регистрация колебания воды, то есть соответственно либо приближение хищника, либо удаление от тебя жертвы, особенно если водичка мутная, они все достаточно в мутной воде обитали. Если ты только головой воспринимаешь или всей поверхностью тела, как говорят в Одессе, две большие разницы. Поэтому я сказал, что находка тиктаалика меня сильно расстроила, потому что очень хотелось какую-то дополнительную информацию получить. А по прочим известным признакам строение черепа похоже на кистеперую так называемую рыбу пандериктис, я считаю, что они близкие родственники. И кстати, у тиктаалика нормальный плавник, то есть необычно устроенный, там не вполне традиционный скелет внутри этого плавника, но это просто рыбий плавник, никаких пальцев там нет.

Ольга Орлова: А где был найден тиктаалик?

Олег Лебедев: Тиктаалик – это Канада.

Александр Марков: Пандериктис, тиктаалик – это формы, которые ближе к рыбам, чем ихтиостега и акантостега?

Олег Лебедев: Это просто рыбы, которые по некоторым морфологическим признакам, по признакам строения приближаются больше к четвероногим, чем другие. Но они заведомо не являются предками — это явно некая боковая ветвь, слепо закончившаяся, не оставившая потомков, которая получила такое сходство с четвероногими, потому что они жили в близких условиях и имитировали, предвосхищали план строения четвероногих животных.

Александр Марков: Это как обычно, как сейчас выясняется, что многие переходы на новый эволюционный уровень осуществлялись не одной какой-то линией эволюционной, а параллельно шло приспособление к новым условиям. Признаки, допустим, четвероногих могли параллельно в разных группах кистеперых рыб развиваться.

Олег Лебедев: Конечно, они формировались. Многочисленные попытки были освоить какой-то новый биотоп, они предпринимались в пределах разных групп все время, всегда в эволюции.

Александр Марков: Я слышал, что применяют такой термин тетроподизация.

Олег Лебедев: Так же как мамолизация пресмыкающихся, тетраподизация рыб. Это есть формирование пучка неких форм, которые могли бы теоретически стать предками четвероногих.

Ольга Орлова: То есть это такое превращение.

Олег Лебедев: Приобретение признаков.

Александр Марков: Скажите, пожалуйста, может быть надо разъяснить для наших слушателей. Дело в том, что вы сказали: такая-то форма явно не была предком, это была какая-то боковая. Креационисты очень любят говорить, что переходных форм в палеонтологии на самом деле нет, что какую форму ни возьми — это все на самом деле оказывается не переходная форма, а какая-то боковая линия. Среди этих примитивных четвероногих древних есть какие-то формы, про которые можно сказать, что да, это переходная форма?

Олег Лебедев: Скажем так, в 1989 году было известно два рода девонских четвероногих. В настоящее время мы имеем десять, то есть с открытия в 30 годах первых двух до 89 года произошло 50 лет, а за последние 20 лет их количество увеличилось в 5 раз. Есть надежда, что в результате повышения внимания, переизучения старых коллекций, увеличения количества полевых работ, изучения новых местонахождений будут найдены новые материалы.

Александр Марков: То есть получается, что вся палеонтология древних тетрапод не дает нам никаких оснований утверждать, что четвероногие произошли эволюционным путем от рыб? Вы считаете, что эти находки не доказывают это, поскольку они не являются переходными формами в узком смысле?

Олег Лебедев: Они являются переходными формами в широком смысле. Потому что древнейшие четвероногие несут такое количество признаков строения рыб, что невозможно даже усомниться в этом. Другое дело, что у них потихонечку появляются новые признаки четвероногих. Так что здесь у меня никаких сомнений в логической стороне и фактологической стороне этого вопроса никогда не возникало.

16-03-2008

Крыніца: www.svobodanews.ru

Малюнак Tiktaalik roseae з www.scienceblogs.com