Древняя рыба латимерия изменила представления об эволюции дыхания и питания

Латимерия, известная как «живое ископаемое» из-за почти неизменной анатомии за последние 65 миллионов лет, снова преподнесла сюрприз ученым. Новое исследование этой древней рыбы исправляет 70-летнюю ошибку в истории эволюции позвоночных, меняя наше представление о том, как животные – и в конечном счете люди – научились дышать и питаться. Результаты работы, проведенной исследователями из Университета Сан-Паулу в Бразилии и Смитсоновского института в США, опубликованы в журнале Science Advances.

При повторном изучении черепных мышц африканской латимерии (Latimeria chalumnae) авторы обнаружили, что только 13% из ранее определенных эволюционных новшеств в мускулатуре оказались точными. Более того, исследование выявило девять новых эволюционных преобразований, связанных с инновациями в питании и дыхании у основных групп позвоночных. Оказалось, что латимерия имеет даже больше сходства с хрящевыми рыбами – акулами, скатами и химерами – и четвероногими, чем считалось ранее, и еще сильнее отличается от лучеперых рыб, составляющих около половины всех современных позвоночных.

Среди ошибочно приписанных латимерии эволюционных новшеств были мышцы, отвечающие за активное расширение ротоглоточной полости. Этот механизм напрямую связан с захватом пищи и дыханием. Однако исследование показало, что предполагаемые мышцы у латимерии на самом деле являются связками – структурами, неспособными к самостоятельному сокращению. Это кардинально меняет понимание ее биомеханики, поскольку мышцы создают движение, а связки лишь передают его.

Примерно 420 миллионов лет назад от общего предка отделились две большие группы рыб: лучеперые (Actinopterygii) и лопастеперые (Sarcopterygii). К последним относятся латимерии, двоякодышащие рыбы, а также все четвероногие, включая млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий, которые произошли от водного предка. У лучеперых рыб, таких как аквариумный карп, легко заметить, как рот движется для всасывания пищи. Эта способность дала им огромное эволюционное преимущество. Латимерии и акулы, напротив, питаются, в основном кусая свою добычу.

Ранее предполагалось, что набор мышц, обеспечивающий мощное всасывание, присутствовал и у латимерий, а значит, развился у общего предка всех костных позвоночных. Новая работа доказывает, что это не так. Эта способность появилась как минимум на 30 миллионов лет позже, у общего предка современных лучеперых рыб, что заставляет пересмотреть ключевые моменты эволюционной истории.

Латимерии – чрезвычайно редкие рыбы, обитающие на глубине около 300 метров и проводящие дни в подводных пещерах. Тот факт, что они так мало изменились со времен вымирания динозавров, объясняется малым количеством хищников и относительно защищенной средой обитания. Их геном также меняется медленно, что подтвердило исследование 2013 года в журнале Nature. До 1938 года латимерии были известны только по окаменелостям возрастом около 400 миллионов лет, и обнаружение живой особи стало для ученых настоящим потрясением.

Из-за редкости музейных образцов исследователям пришлось проявить настойчивость, чтобы найти учреждение, готовое предоставить экземпляры для вскрытия. Наконец, Филдовский музей в Чикаго и Виргинский институт морских наук в США согласились одолжить по одному образцу. Заслуга в получении доступа к материалу принадлежит соавтору статьи Дж. Дэвиду Джонсону, которого называют величайшим анатомом рыб своего времени. Ученый трагически погиб в ноябре 2024 года, когда статья находилась на рецензировании.

Вопреки распространенному мнению, вскрытие образца не означает его уничтожение, если оно проводится должным образом. Ведущий автор исследования Алессио Датово, занимающийся подобной работой более 20 лет, потратил шесть месяцев на то, чтобы отделить все мышцы и кости черепа латимерии. Теперь эти структуры сохранены и могут изучаться другими учеными по отдельности, что избавляет от необходимости вскрывать новых животных. Прямое изучение каждого мускула и нерва позволило с уверенностью определить анатомические особенности, выявить ранее неописанные структуры и исправить ошибки, которые повторялись в научной литературе более 70 лет.

Поскольку латимерия занимает ключевое положение на древе жизни позвоночных, открытие влияет на наше понимание эволюции черепа у всех других крупных групп. Используя полученные данные, исследователи применили трехмерные микротомографические изображения черепов других рыб, как вымерших, так и ныне живущих. Это позволило предположить, как мышцы, обнаруженные у латимерии, располагались у первых челюстных позвоночных. В дальнейших работах планируется проанализировать сходство этих структур с мышцами четвероногих, таких как амфибии и рептилии.