Правильное воспитание помогает рыбам выйти на сушу

Сухопутные условия индивидуального развития делают скелет многопёровых рыб более пригодным для прогулок по суше.

Известно, что животные смогли колонизировать сушу благодаря неким особенным рыбам, которые смогли сменить среду обитания. Как это произошло – одна из самых больших загадок в биологии, хотя и нельзя сказать, что совсем безнадёжная. До наших дней дожили некоторые виды рыб, которые довольно похожи на предполагаемое «переходное звено». Первыми на ум приходят, конечно, двоякодышащие с их лёгкими, однако Эмили Стэнден (Emily Standen) из Университета Макгилла и её коллеги экспериментировали не с двоякодышащими, а с нильскими многопёрами, или биширами, которые менее известны, но не менее интересны. Как оказалось, чтобы рыбы вышли на сушу, нужно, чтобы они на ней выросли.

У многопёров есть специфический плавательный пузырь из двух отделов, являющийся фактически вторым органом дыхания (помимо жабр), а грудные плавники представляют собой мощные лопасти, подобные тем, какие можно видеть у кистепёрых латимерий. На грудные плавники многопёры опираются, ползая по суше – живут они в заилённых, болотистых водоёмах,и потому им часто бывает нужно переползти из одной лужи или озерца в другое. В общем, они объединяют в себе признаки и двоякодышащих, и кистепёрых, и ещё одной древней группы – хрящекостных рыб (к которым относятся, например, осетры). Считается, что многопёры возникли как раз в то время, когда случилось расхождение между обычными (лучепёрыми) рыбами, лопастепёрыми (латимериями и двоякодышащими) и предками современных сухопутных животных.

Могли ли многопёры (или кто-то очень похожий на них) в незапамятные времена выйти из воды? Чтобы узнать это, исследователи взяли почти полторы сотни молодых двухмесячных нильских многопёров и разделили их на две группы: одних растили в аквариуме, где воды было вдоволь, других – в террариуме. Спустя восемь месяцев у тех и у других сравнивали строение скелета, умение плавать и умение передвигаться по суше.

В статье, опубликованной в Nature, авторы работы пишут, что многопёры, росшие в террариуме, то есть, фактически, на суше, оказались лучшими «ходоками», и их скелет был более приспособлен к «ходьбе». Если у водных экземпляров грудные плавники расходились в сторону, то у сухопутных они развивались так, что оказывались прямо под телом, поднимая рыбу над поверхностью и принимая на себя вес тела. И, когда многопёр отталкивался от земли, плавники не разъезжались, и рыба могла довольно быстро идти (как это можно увидеть вот здесь).

Сухопутное воспитание привело к тому, что у рыб изменились кости плечевого пояса. Кость, эквивалентная нашей ключице, стала длиннее, её соединения с другими костями стали прочнее, но сама по себе она стала тоньше – чтобы не мешать голове, которая при передвижении рыбы по суше сильно мотается из стороны в сторону (см. видео выше). Некоторые сочленения в плечевом поясе редуцировались, чтобы череп многопёров смог двигаться вверх-вниз. Рыбам, вообще говоря, подвижность черепа ни к чему, вода их поддерживает, и им потому легко изменить направление и ориентацию тела в пространстве, чтобы посмотреть в ту или в другую сторону. На суше двигать всем телом неэффективно и требует больших энергетических затрат, проще снабдить дополнительными «степенями свободы» саму голову.

Именно такие изменения, которые удалось экспериментально развить в многопёрах, обнаруживаются в ископаемых находках, относящихся ко времени выхода животных на сушу. Полученные результаты говорят в пользу того, что древние рыбы вовсе не обязательно должны были выходить из воды с уже готовыми прототипами наземных конечностей. Даже непригодные для ходьбы плавники могли оптимизироваться под требуемые условия благодаря пластичности индивидуального развития, благодаря тому, что гены позволяли «воспитывать» признак в нужном направлении. Правда, теперь нужно выяснить, как плоды такого «воспитания» могли закрепиться среди тех, кто решил выйти на сушу. Очевидно, что здесь не обойтись без молекулярных исследований, и очевидно, что тут придётся наблюдать за несколькими поколениями сухопутных многопёров.

Стоит добавить, что несколько лет назад похожее исследование было выполнено с двоякодышащими протоптерами. Зоологи из Чикагского университета (США) решили проверить, могут ли они перемещаться по суше на своих тонких, нитевидных плавниках, которые, на первый взгляд, к этому никак не приспособлены. Хотя в природе протоптеры не используют плавники для передвижения по суше, в эксперименте они продемонстрировали, что в принципе ничего невозможного тут нет: с точки зрения подвижности плавники протоптеров могут служить эквивалентом лап. Кроме того, в воде рыба весит меньше, и, ползая по дну, вполне может полагаться на свои тонкие, нитевидные плавники, которые для суши, возможно, не так уж и подходят. Так или иначе, дальнейшие исследования двоякодышащих и многопёровых рыб могут в скором времени окончательно разрешить проблему выхода позвоночных животных на сушу.