Рыбы на службе у эволюционистов

Примерно 400 млн лет назад позвоночные стали осваивать сушу, что потребовало изменения конечностей. Грудные плавники древних рыб — предков первых тетрапод — сместились под брюхо и приподняли тело над землей. Чтобы плавники могли служить опорой, им самим понадобились поддерживающие элементы скелета, а кожный плечевой пояс отсоединился от черепа, увеличив подвижность головы и шеи.

Всё это, однако, предположения: ученые восстанавливают цепь эволюционных событий по ископаемым остаткам, а в коллекции окаменелостей не хватает переходных форм. Но недавно канадские исследователи из Университета Оттавы (University of Ottawa) и Университета МакГилла (McGill University) опытным путем подтвердили [1], что у рыб, которым нужно ходить по земле, строение скелета действительно меняется, причем именно так, как предполагали палеонтологи.

Конечно, для подобных экспериментов подходит не всякая . Исследователи выбрали небольшую африканскую рыбку Polypterus senegalus, которой часто приходится путешествовать по суше из одного пересыхающего водоемчика в другой. У полиптеруса есть легкие, которые позволяют ему дышать атмосферным воздухом, удлиненное тело с плавниками, смещенными под брюхо, ромбовидные чешуйки, он принадлежит к группе лучеперых рыб (Actinopterygians). Все эти черты сближают P. senegalus с предками первых наземных четвероногих и делают прекрасным модельным объектом для изучения эволюционной пластичности рыб.

Рис. 1. Polypterus senegalus плывет (www.standenlab.com)
Рис. 1. Polypterus senegalus плывет (www.standenlab.com)

Плавая, полиптерус взмахивает грудными плавниками, слегка пошевеливая телом и хвостом. (рис. 1). Его передвижения по твердой поверхности с известной натяжкой можно назвать ходьбой, поскольку он переступает конечностями (грудными плавниками). Размах движения плавников при этом больше, чем при плаванье, причем время от времени рыбка опирается на них и приподнимает переднюю часть тела. Тело полиптеруса при ходьбе изгибается, задней частью он отталкивается, продвигаясь вперед (рис. 2).

Рис. 2. Polypterus senegalus идет по песку, грудные плавники приподнимают и поддерживают переднюю часть тела (www.standenlab.com)
Рис. 2. Polypterus senegalus идет по песку, грудные плавники приподнимают и поддерживают переднюю часть тела (www.standenlab.com)

Исследователи разделили несколько десятков юных полиптерусов на две группы и выращивали в разных условиях. Контрольная группа плавала в воде глубиной 21 см, экспериментальная жила в условиях влажной суши: толщина водного слоя 3 мм, насыщена мелкой водяной пылью, чтобы рыбки не высохли.

Помещая этих всё-таки водных животных в наземную среду, нагрузив их кости и мышцы, исследователи ожидали, что скелет P. senegalus изменится аналогично скелету древних наземных животных. Спустя восемь месяцев полиптерусов из каждой группы выпускали поплавать в глубокой стоячей воде и поползать по мокрому пластику. Их движения снимали на видеокамеру, а с помощью компьютерной томографии оценивали изменения скелета.

Походка рыбок, выросших на «суше», была увереннее, чем у тех, кто взрослел в воде. Их плавники сдвинуты немного ближе к оси тела и меньше проскальзывают при ходьбе, шаг короче и тверже, нос большую часть времени приподнят над землей, ребра меньше трутся о землю. Благодаря этому P. senegalus, выросшие на суше, тратили на ходьбу меньше энергии. Среда, в которой они сформировались, сыграла огромную роль в их подготовке к наземному образу жизни. Однако «сухопутные» рыбки не разучились плавать — в глубокой воде движения представителей обеих групп почти не различались (рис. 3).

Рис. 3. Изменение положения тела Polypterus senegalus при плаванье и ходьбе. Графики показывают движения носа (Standen et al., 2014)
Рис. 3. Изменение положения тела Polypterus senegalus при плаванье и ходьбе. Графики показывают движения носа (Standen et al., 2014)

Анализ костей показал, что у «сухопутных» P. senegalus несколько сместились точки соединения костей грудного пояса и прикрепления мышц. Длина и форма костей также изменилась, в результате чего увеличилась амплитуда движений грудных плавников, а также подвижность головы и шеи, благодаря чему животные могут кормиться на берегу. Такие же изменения должны были произойти у древних рыб, выходивших на сушу в Девонском периоде.

Новая среда, в которой оказались рыбки, быстро изменила строение их плечевого пояса, что повлияло на их походку и поведение. Однако эти изменения не затрагивают гены и не наследуются. Исследователи, тем не менее, полагают, что столь оперативная реакция в ответ на быстрые и устойчивые изменения среды может способствовать макроэволюции.

Они планируют вырастить в наземной среде несколько поколений полиптерусов, чтобы определить, как пластичность их развития влияет на эволюцию признаков, связанных с эффективным передвижением по суше. Во всяком случае, у ученых появилась возможность экспериментально изучать процессы, происходившие на Земле 400 млн лет назад.

1. Standen E. M. et al. 2014. Developmental plasticity and the origin of tetrapods. Nature, 513: 54–58.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest
7 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Alex
Alex
6 года (лет) назад

Погодите-ка, что это? Лысенковщина какая-то, ламаркизьм натуральный.

«как пластичность их развития влияет на эволюцию признаков, связанных с эффективным передвижением по суше» — никак.

Amperion
Amperion
6 года (лет) назад
В ответ на:  Alex

Да уж. Вот ещё перл
«Новая среда, в которой оказались рыбки, быстро изменила строение их плечевого пояса, что повлияло на их походку и поведение. Однако эти изменения не затрагивают гены и не наследуются.»

«Строение плечевого пояса» не затрагивает гены и не наследуется?

забавно. забавно. Неужели лысенковщина до сих пор не истреблена окончательно?

Alex
Alex
6 года (лет) назад
В ответ на:  Amperion

Это как раз более-менее, тем более, что в статье объясняется, что именно изменилось. И разумеется, эти изменения не наследуются. А раз так, то непонятно, о чём вообще эксперимент, и что они собираются делать с несколькими поколениями рыбок. Заявление «у ученых появилась возможность экспериментально изучать процессы, происходившие на Земле 400 млн лет назад» трудно охарактеризовать, оставаясь в печатных рамках, и всё вместе производит впечатление наглого грантоедения — в самом лучшем случае.

Amperion
Amperion
6 года (лет) назад
В ответ на:  Alex

А как-нибудь популярно можно пояснить, почему «эти изменения не наследуются»?

parachute
parachute
6 года (лет) назад
В ответ на:  Amperion

Я человек далекий от биологии. Но ведь, если человек ходит в тренажерный зал и наращивает мышечную массу, его потомство не станет от этого мускулистее. Так и рыбы, если они развиваются не в водной среде, а в наземно-воздушной, в ходе роста претерпевают изменения.

Amperion
Amperion
6 года (лет) назад
В ответ на:  parachute

ага. от этого у жирафов такие шеи длинные.
долго тренировались к пальмам тянуться.

Amperion
Amperion
6 года (лет) назад

Эволюция с ящерицами намного интереснее:
http://www.sciencemag.org/content/346/6208/463

и тут всё прекрасно по наследству передаётся.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: