Ранние водные четвероногие наблюдали за обитателями суши, выглядывая из воды

В окрестностях Ухты были найдены части скелета нового вида древних тетрапод — ведущего уже не совсем водный образ жизни, но и ещё не вышедшего на сушу. Это самый ранний подобный вид, о котором нам известно, поэтому такая находка позволит лучше описать эволюцию древних четвероногих.

История эволюции позвоночных похожа на детективный роман — у нас есть набор гипотез о том, как всё было, и учёные-сыщики, периодически находя то одну, то другую «улику», дополняют дело и стремятся реконструировать ход событий. Всё усложняется тем, что они расследуют дела, случившиеся сотни миллионов лет назад.

И вот новая «улика» — в ходе проводившихся в 2009—2012 годах полевых работ на берегу реки Ижма в республике Коми, в карбоновых породах сосногорской свиты, было найдено 106 костей, принадлежащих десятку особей нового вида тетрапод. Кости извлекались химическим путём с помощью слабого раствора уксусной кислоты. Исследователь из Коми Павел Безносов в составе иностранной группы специалистов опубликовал об этом статью в журнале Nature. И в ней — много инсайтов относительно эволюции первых четвероногих.

Кости принадлежат виду, который исследователи назвали пармастега (Parmastega aelidae). Этот вид относится к наиболее раннему этапу эволюции тетрапод. Учёным удалось реконструировать череп и плечевой пояс животного.

До недавнего времени, самыми ранними из найденных образцов костей тетрапод были фрагменты скелета особей, живших порядка 380 миллионов лет. Известно, что четвероногие существовали и до этого, — об этом говорят окаменелости следов, принадлежащих особям, жившим 14-ю миллионами лет ранее. К сожалению, имевшихся данных было недостаточно для того, чтобы описать, как выглядели жившие тогда животные или какой образ жизни они вели.

Более полную информацию о форме тела, образе жизни и эволюции вида мы имеем для более поздних позвоночных, например для акантостеги и ихтиостеги. Но эти виды появились на более поздних этапах развития тетрапод — они жили порядка 365 миллионов лет назад. И тогда четвероногие уже достигли широкого географического распространения, и их формы тела и образы жизни сильно варьировали. Но о самой ранней фазе эволюции тетрапод, об этапе их диверсификации, у нас до сих пор было очень мало сведений. Открытие Безносова и коллег помогает заполнить лакуны в знании об эволюции. Окаменелости сохранились превосходно, и по ним можно судить о том, какие были поворотные точки в эволюции на пути к выходу четвероногих на сушу — как эволюционировало дыхание, сенсорное восприятие, способы передвижения.

Как и более поздние тетраподы, пармастеги жили в воде и дышали жабрами. Длиной они были примерно с метр, и были распространены около 372 миллионов лет назад — в девонский период. Найденные вблизи реки Ижма особи предположительно жили в небольшой солоноводной лагуне. На покровных костях заметна боковая линия, своеобразное «ухо», улавливающее колебания в воде. Это говорит о том, что с большой вероятностью животные вели водный образ жизни. Об этом же говорит и то, что кости грудного пояса сохранились не полностью, а значит они были хрящевыми (авторы статьи считают, что посмертный перенос частей скелета отсутствовал). Из-за этого пармастега не могла активно передвигаться по суше, а значит постоянно жила в воде.

Наиболее яркая черта черепа пармастеги — это большие глазницы овальной формы, смотрящие вперёд и вбок. Они были расположены высоко на голове, а это значит, что наш водный обитатель наблюдал за тем, что происходит над поверхностью воды. Пармастеги в этом наиболее схожи с ныне существующими рыбами, ведущими земноводный образ жизни, — илистыми прыгунами (семейство бычковые). Илистые прыгуны осматривают пространство над поверхностью воды, высматривая добычу и проверяя, нет ли опасности вокруг. Но утверждать, что пармастега делала то же самое, не было бы правильно — врагов, как на суше, так и в воздухе, быть не могло, поскольку в конце девонского периода животных, которые могли бы угрожать пармастеге, нигде, кроме воды, ещё не было. Возможно, пармастеги искали на берегу добычу. Если да, то какую именно? Согласно одной гипотезе, они могли охотиться на наземных членистоногих, в том числе на насекомых. Тем не менее, в тот период крупные членистоногие всё ещё были преимущественно слишком маленькими, чтобы быть достаточными для пропитания животного размером с P. aelidae. А ещё у пармастеги были большие клыки, и это может указывать на то, что она охотилась в основном на позвоночных. Возможно, она выискивала тела мёртвых рыб на отмелях. Или, может быть, охотилась на других ранних земноводных тетрапод, которые грелись на солнце у воды. Но это звучит ещё менее правдоподобно, так как из окаменелостей сосногорской свиты мы ничего не знаем о существовании таких существ.

Ещё одна примечательная черта пармастег — это чрезвычайно низкое положение носовых отверстий (вблизи верхней челюсти), которые, видимо, обычно располагались под водой. Это кажется необычным, особенно с учётом высокой посадки глаз: у большинства современных водных четвероногих, типа бегемотов, крокодилов или лягушек, ноздри расположены высоко на морде, и они поэтому могут дышать воздухом, будучи почти полностью погруженными в воду. Судя по всему, у пармастеги через ноздри поступала вода — и она шла прямиком в жабры. В качестве дополнения, у существа были дыхальца — отверстия в черепе на верхушке головы для дыхания воздухом. Этот механизм аналогичен тому, который мы наблюдаем у современных дышащих воздухом рыб.

Низкое расположение ноздрей характерно для большинства известных ранних тетрапод девонского (~419,2—358,9 миллиона лет назад) и каменноугольного (358,9—298,9 миллиона лет назад) периодов. У всех таких животных проход из ноздрей в полость рта, скорее всего, служил для транспортировки воды, а не воздуха. Другие тетраподы того периода, а именно, колостеиды, судя по окаменелостям, в ходе эволюции потеряли дыхальце и полагались исключительно на жаберное дыхание. У некоторых других ранних тетрапод, возникших позже P. aelidae, на месте дыхальца появляется ухо. Также у этих более развитых видов ноздри больше, и располагаются они выше на морде. Это позволяет предположить, что у особей этих видов через ноздри поступал именно воздух, а не вода — они так дышали, когда выглядывали из воды.

Окаменелости пармастеги — это кладезь информации, и она может помочь разгадать многие эволюционные загадки.

Детектив эволюции — это ещё далеко не написанная книга, и учёным предстоит хорошенько потрудиться, чтобы найти все возможные «улики»”.