Жизненный цикл 360-миллионолетнего тетрапода Acanthostega переписывает историю выхода на сушу

В журнале Nature на этой неделе команда исследователей из Уппсальского университета (Швеция), Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, Франция) и Кембриджского университета (Великобритания) показала, что окаменелости тетрапода Acanthostega возрастом 360 миллионов лет, одной из знаковых переходных форм между рыбами и наземными животными, принадлежат не взрослым особям, а исключительно молодым. Этот вывод, основанный на высокоразрешающих синхротронных рентгеновских сканах костей конечностей, проведенных в ESRF, проливает новый свет на жизненный цикл акантостеги и так называемое завоевание суши тетраподами.

Тетраподы — четвероногие позвоночные, представленные сегодня амфибиями, рептилиями, птицами и млекопитающими. Ранние тетраподы девонского периода (419–359 млн лет назад) представляют большой интерес для палеонтологов: они были первыми позвоночными, которые вышли на сушу, проложив путь для всей последующей наземной жизни. Переход из воды на сушу должен был повлиять на все аспекты биологии этих животных, но до сих пор не было серьезных попыток исследовать их жизненные циклы — например, продолжительность жизни или наличие водной ювенильной стадии. Хорошо сохранившиеся скелеты редки, и просто предполагалось, что они принадлежат взрослым особям.

Самое богатое местонахождение девонских тетраподов — это так называемое массовое захоронение Acanthostega, обнаруженное в 1987 году в Гренландии Дженнифер Клэк, одним из авторов исследования. Десятки скелетов лежат там, упакованные, как сардины в банке. Похоже, все тетраподы погибли одновременно, когда пересох ручей в пределах «внутренней дельты». Команда решила изучить жизненный цикл этих окаменелостей, исследовав внутреннюю структуру их плечевых костей. «Используя огромную мощность синхротронного рентгеновского излучения, мы смогли получить доступ к микроскопическим деталям в этих плотных образцах, как на реальных гистологических срезах, но без повреждения этих уникальных окаменелостей», — говорит Поль Таффо из ESRF.

Микроструктуры в костях этих ископаемых тетраподов сохранились почти идеально. «Как растущее дерево, кость конечности отмечена сезонными ритмами и откладывает годовые кольца роста», — говорит ведущий автор публикации Софи Санчес из Уппсальского университета и ESRF. «Эти кольца роста, которые можно увидеть как у ископаемых, так и у ныне живущих тетраподов, информативны о развитии и возрасте особи».

Мощный рентгеновский пучок ESRF показал, что все изученные окаменелости Acanthostega были неполовозрелыми особями, хотя им было не менее 6 лет и, вероятно, больше. Их рост еще не начал замедляться, как это происходит при достижении половой зрелости. Кроме того, исследователи показали, что передняя конечность Acanthostega оставалась хрящевой вплоть до поздних стадий развития.

В отличие от кости, хрящ — это неминерализованная ткань, эластичная и слишком слабая, чтобы позволить передним конечностям выдерживать вес тела животного вне воды. «Это позволяет предположить, что массовое захоронение Acanthostega представляет собой скопление водных juveniles, среди которых было мало или совсем не было взрослых особей», — говорит Пер Альберг из Уппсальского университета. Так где же жили взрослые Acanthostega? Было ли у них раздельное распределение молоди и взрослых особей, по крайней мере, в определенное время? Это еще предстоит выяснить. Сканы, выполненные на линии ESRF ID19, также показывают, что абсолютный размер, при котором начиналась оссификация конечностей, сильно различается у разных особей, что предполагает возможность полового диморфизма, адаптивных стратегий или вариаций размера, связанных с конкуренцией.

Выход тетраподов на сушу, возможно, был одним из самых радикальных адаптивных сдвигов в истории эволюции позвоночных. «Наше исследование дает первый взгляд на жизненные характеристики раннего тетрапода. Мы планируем провести более полный обзор жизненных циклов ранних тетраподов, который должен существенно повлиять на теории, изложенные во всех учебниках», — заключает Софи Санчес.