Статья «Как новые открытия ископаемых переписали историю жизни на суше» была впервые опубликована на A-Z Animals.
Мы все видели ту или иную версию классической эволюционной диаграммы. Рыба выползает из первобытного болота, отращивает ноги, превращается в нечто, напоминающее современную саламандру или лягушку, и в конечном итоге прокладывает путь рептилиям, млекопитающим и, наконец, нам.
Десятилетиями это было евангелием от научных учебников. Предполагалось, что, поскольку самые ранние четвероногие наземные животные (тетраподы) перешли из воды на сушу, они должны были взрослеть точно так же, как современные амфибии. Они вылуплялись из яиц, плавали как дышащие жабрами головастики и проходили через драматический метаморфоз, чтобы получить свои взрослые, приспособленные к суше тела.
Но новаторское исследование, опубликованное в журнале Science, официально превратило это повествование, как выразился соавтор исследования Джейсон Пардо, в «пыль на ветру».
Проанализировав невероятно редкие, микроскопические ископаемые останки детенышей тетраподов, исследователи обнаружили, что первые животные, покорившие сушу, полностью пропустили стадию головастика. Они вообще не проходили через амфибийный метаморфоз.
Трудно переоценить, насколько огромен этот сдвиг. Мы не просто нашли новый вид; мы фундаментально неправильно понимали детство наших самых ранних наземных предков.
Капсулы времени Мейзон-Крик
Чтобы понять, насколько это эпохально, нужно сначала посмотреть, где это произошло. Окаменение взрослой кости динозавра — уже достаточно сложная задача, но окаменение нежного, желеобразного детеныша животного, жившего 300 миллионов лет назад, — почти невозможно.
Прорыв произошел благодаря всемирно известному местонахождению ископаемых под названием Мейзон-Крик, расположенному примерно в часе езды к юго-западу от Чикаго.
Мейзон-Крик знаменит среди палеонтологов своими уникальными конкрециями — железорудными узелками, которые быстро образовывались вокруг древних организмов до того, как те успевали разложиться. Этот процесс действовал как доисторическая капсула времени, сохраняя не только кости, но и мягкие ткани, очертания кожи и нежные ювенильные структуры, которые обычно теряются во времени.
10-летняя детективная история детеныша эмболомера
В основе этого нового исследования лежат два крошечных ископаемых животных, называемых эмболомерами.
Эмболомеры были массивными, похожими на крокодилов высшими хищниками, которые правили реками и болотами от 350 до 280 миллионов лет назад, иногда достигая длины более 3 метров. Но образцы, найденные в Мейзон-Крик, были детенышами, размером всего в несколько сантиметров в длину.
Новые ископаемые свидетельства предполагают, что эти похожие на крокодилов ранние тетраподы, называемые эмболомерами, не проходили метаморфоз так, как это делают современные амфибии при взрослении, что бросает вызов давнему научному убеждению, что амфибии, рептилии и млекопитающие произошли от животных, имевших стадию головастика.
© Иллюстрация Берит Годринг
«Я впервые увидел окаменелость детеныша эмболомера около десяти лет назад, когда работал над своей докторской диссертацией, — вспоминает Арьян Манн, помощник куратора по ранним тетраподам в Полевом музее и соавтор исследования. — Она лежала в ящике... в то время неидентифицируемая, но меня она очень привлекла».
Манн и его коллега Джейсон Пардо потратили десятилетие, ломая голову над крошечным образцом. Они использовали современную сканирующую электронную микроскопию в Канадском музее природы, чтобы нанести на карту его особенности вплоть до микрометра, но именно то, что они не нашли, стало поворотным моментом.
Чего не хватало?
Если бы эти древние существа взрослели как современные лягушки или саламандры, их ископаемые останки детенышей должны были бы содержать явные доказательства личиночного, водного образа жизни. Вместо этого исследователи не нашли ни бахромчатых внешних жабр, которые являются отличительным признаком головастиков современных амфибий. Они также не нашли никаких специализированных личиночных челюстных структур, которые обычно используются для соскабливания водорослей и фильтрационного питания. Наконец, хотя эти существа отращивали конечности по мере взросления, в конечном итоге они вылуплялись, выглядя как крошечные версии своих взрослых особей.
Когда команда изучила другие ископаемые останки детенышей из разных линий, результаты были идентичными. Ни у одного из них не было стадии головастика, и ни один из них не проходил метаморфоз.
Почему это важно: переписывая генеалогическое древо
Если у самых ранних тетраподов не было стадии головастика, это означает, что их жизненные циклы были на самом деле больше похожи на наши и на жизненные циклы современных рыб, чем на жизненные циклы современных амфибий. И это драматический сдвиг по сравнению с тем, что в противном случае было давней эволюционной предпосылкой.
Метаморфоз долгое время считался ключевой адаптацией, позволившей позвоночным перейти из воды на сушу. Теперь мы знаем, что современные амфибии, такие как лягушки, жабы и саламандры, развили свой уникальный метаморфоз из головастика во взрослую особь позже, в ходе своей собственной специализированной эволюции.
Сила гражданской науки
Еще одним примечательным аспектом этого исследования является то, что открытие этого радикального сдвига в эволюционной биологии не могло бы состояться без обычных людей.
Многие из образцов, использованных в исследовании, были найдены, сохранены и переданы в дар коллекционерами-любителями, хоббистами и волонтерами, работающими с такими группами, как Научный клуб Земли Северного Иллинойса и Фонд Лауэра по палеонтологии, науке и образованию.
Это важное напоминание о том, что наука делается не только в стерильных лабораториях умными и любознательными учеными. Иногда именно ученые-любители, которые идут по руслу ручья в Иллинойсе, замечают странный камень и проявляют любопытство, чтобы поделиться им с миром, могут изменить всё.
Статья «Как новые открытия ископаемых переписали историю жизни на суше» была впервые опубликована на A-Z Animals.