Недавнее исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что все наземные позвоночные с конечностями и позвоночниками, включая человека, могут не проходить стадию полного метаморфоза в развитии, подобную современным земноводным, от головастика до взрослой особи, как описано в учебниках. Путем систематического анализа древних окаменелостей, сохранивших тонкие мягкие ткани, исследовательская группа предположила, что ранние четвероногие, вероятно, имели почти взрослую форму, когда они вылупились. Это открытие прямо потрясает давнюю классическую теорию эволюции.
Долгое время господствовало мнение, что жизненный цикл ранних четвероногих, высадившихся из океана, был подобен жизненному циклу современных лягушек и других амфибий: сначала они жили в воде в виде личинок с внешними жабрами, а затем развили конечности, легкие и другие структуры, приспособленные к приземлению посредством метаморфоза. Эта линейная картина эволюции частично вытекает из идеи «Великой цепи бытия», то есть рыбы эволюционируют в амфибий, рептилий и, наконец, в млекопитающих и человека, а поэтапная адаптация внешних жабр от личинок к взрослым особям рассматривается как ключевой механизм достижения перехода из воды на сушу. Однако в прошлом было мало прямых ископаемых свидетельств того, что эти ранние четвероногие действительно прошли стадию головастика, подобную стадии современных амфибий.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи Джейсон Пардо и Арьян Манн из Вильнюсского университета в Литве и Полевого музея естественной истории в Чикаго обратили свое внимание на Мейзон-Крик, знаменитое местонахождение окаменелостей недалеко от Чикаго, штат Иллинойс, США. Это место известно необычайно хорошей сохранностью мягких тканей, что особенно подходит для изучения молодых или миниатюрных палеонтологических образцов. Его описывают как «капсулу времени, в которой сохраняются, казалось бы, невозможные детали». Исследовательская группа сосредоточилась на анализе трех типов древних организмов: вымерших «эмболомеров», рыб-мегалихтиидов и змееподобных аистопод.
При детальном изучении этих окаменелостей исследователи не обнаружили четких следов внешних жаберных структур даже у очень маленьких экземпляров, считающихся молодыми. Вместо этого эти молодые окаменелости демонстрируют очень «взрослую» анатомию — развитые пальцы, легкие и полные скелеты конечностей, хотя и в меньших пропорциях. С морфологической точки зрения они больше похожи на уменьшенные версии взрослых особей, чем на личинок, которым необходимо претерпеть радикальные морфологические изменения. Их жизненный цикл ближе к модели человеческих младенцев, которые постепенно «взрослеют и приобретают структуры» по мере своего роста.
Одним из наиболее важных доказательств является окаменелость личинок хиноспермиды, занесенная в каталог как FMNH PR 1082. Хризантемы — это вымершая группа крокодилоподобных хищных позвоночных, которые были широко распространены в реках, озерах и болотных экосистемах в каменноугольный и пермский периоды. Взрослые особи могут достигать около трех метров в длину. Образцу FMNH PR 1082 около 308 миллионов лет, его длина составляет всего около двух сантиметров, но у него уже есть очевидные конечности и строение туловища. При этом желток еще сохраняется в брюшке и признаков питания в кишечнике нет, что свидетельствует о том, что он только что вылупился и еще не начал самостоятельно добывать пищу.
Анатомические детали образца показывают, что, несмотря на бесспорно ранний возраст, экземпляр уже был «полностью оснащен» почти по-взрослому, включая внутренние дыхательные и двигательные структуры. Самое поразительное то, что у него не было никаких признаков открытых жабр, а это означает, что он, вероятно, не претерпел традиционную для амфибий стадию метаморфоза, которая характерна для личинок с внешними жабрами. Исследовательская группа пришла к выводу, что эти ранние четвероногие, возможно, вылупились в относительно полной форме, а затем выросли в основном за счет увеличения размера тела, а не за счет морфологического ремоделирования.
Пардо ясно дал понять в интервью, что работа опровергает давно считавшуюся само собой разумеющейся предпосылку о том, что самые ранние четвероногие позвоночные имели модели роста, аналогичные таковым у современных амфибий. Однако этот вывод не отрицает, что происхождение четвероногих имеет очевидную водную основу, а также не исключает того, что у этих животных могут быть жабры, но жабры располагаются скорее в теле, а не на поверхности тела, подобно внутреннему жаберному строению современных рыб. По его мнению, общая история жизни и экологические привычки многих ранних животных с пальцами рук и ног могут быть более «рыбьими», чем принято считать, включая их зависимость от водной среды.
Исследователи также выдвинули другую возможность: некоторые ранние четвероногие могли откладывать яйца с мягкой скорлупой во влажную наземную среду, позволяя эмбрионам и личинкам жить на суше или во влажной почве на протяжении всего своего жизненного цикла. Если эта гипотеза верна, то, по крайней мере, некоторые древние линии четвероногих, возможно, очень рано достигли почти исключительно наземной жизни, не проводя свои ранние стадии в воде в виде разветвленных личинок. Это добавляет более сложные сценарные предположения к традиционной дихотомической модели «личинок в воде и взрослых особей на суше».
В целом, это исследование показывает, что классическое линейное повествование из учебника о «рыбе, головастике и наземных животных» трудно согласовать с новейшими ископаемыми свидетельствами. Истинная история жизни ранних четвероногих могла включать внутренние жабры, откладывание яиц с мягкой скорлупой во влажную почву или другие стратегии развития, которые еще не полностью изучены, и то, как эти закономерности развивались и дифференцировались между различными линиями, еще предстоит выяснить в ходе дальнейших исследований. Исследователи полагают, что ответы на эти важные вопросы об эволюции позвоночных, вероятно, будут тихо лежать в ящиках музеев, ожидая повторного исследования более сложным способом.
Сообщается, что это исследование было официально опубликовано в журнале Science. Авторы статьи — представители Вильнюсского университета и Полевого музея естественной истории. Соответствующая информация также была передана внешнему миру через Вильнюсский университет и EurekAlert! и была проверена командой новостей. По мере того, как к анализу добавляются более высококачественные сохранившиеся палеонтологические окаменелости мягких тканей, история о том, «как четвероногие на самом деле перемещались из воды на сушу», может быть переписана в будущем.