Ключевой элемент в загадке эволюции позвоночных был определен после обнаружения окаменелых образцов рыб, датируемых кембрийским периодом (около 505 миллионов лет), в Канадских Скалистых горах. Рыба, известная как Metaspriggina, демонстрирует пары исключительно хорошо сохранившихся дуг около передней части тела. Первая из этих пар, ближайшая к голове, в конечном итоге привела к эволюции челюстей у позвоночных — впервые эта особенность была замечена так рано в летописи окаменелостей.Окаменелости рыб кембрийского периода очень редки и обычно плохо сохранились.
Это новое открытие показывает с беспрецедентными подробностями, как развивались некоторые из самых ранних позвоночных — отправная точка истории, которая привела к появлению животных, таких как более поздние виды рыб, а также динозавров и млекопитающих, таких как лошади, и даже нас самих. Результаты опубликованы в выпуске журнала Nature от 11 июня.Окаменелости Metaspriggina были обнаружены в нескольких местах, в том числе на участке сланцевого камня Берджесс в Скалистых горах Канады, одном из самых богатых кембрийских отложений окаменелостей в мире. Эти окаменелости пролили новый свет на кембрийский «взрыв», период быстрой эволюции, начавшийся около 540 миллионов лет назад, когда возникло большинство основных типов животных.
Ранее были идентифицированы только два неполных экземпляра Metaspriggina. Во время экспедиций, проведенных Королевским музеем Онтарио в 2012 году, около Мраморного каньона в Национальном парке Кутеней в Британской Колумбии были собраны 44 новых окаменелости из сланцевого сланца Берджесс, что послужило основой для этого исследования.
Исследователи из Кембриджского университета и Королевского музея Онтарио / Университета Торонто использовали эти окаменелости вместе с еще несколькими образцами из восточной части США, чтобы реклассифицировать Metaspriggina как одного из первых позвоночных.Окаменелости, которые датируются 505 миллионами лет назад, также впервые ясно показывают, как ряд стержневидных структур, известных как жабры или жаберные дуги, были устроены у самых ранних позвоночных.
Давно известно, что эти дуги сыграли ключевую роль в эволюции позвоночных, в том числе в происхождении челюстей и некоторых крошечных костей в ухе, которые передают звук у млекопитающих. Однако до сих пор отсутствие качественных окаменелостей означало, что расположение этих дуг у первых позвоночных было гипотетическим.
Позвоночные животные впервые появляются в летописи окаменелостей несколько раньше, чем эти находки, но точно определить, как они развивались, сложно. Это связано с тем, что окаменелости таких животных редки, неполны и открыты для различных интерпретаций, поскольку они показывают мягкие ткани, которые трудно идентифицировать с полной уверенностью.Новые окаменелости Metaspriggina замечательно хорошо сохранились.
Расположение мускулов показывает, что эти рыбы были активными пловцами, в отличие от форели, а животные видели мир парой больших глаз и ощущали окружающую среду с помощью носовых структур.«Детали в этой окаменелости Metaspriggina поражают воображение, — сказал ведущий автор исследования профессор Саймон Конвей Моррис из Кембриджского отделения наук о Земле. «Даже глаза прекрасно сохранились и отчетливо видны».Но именно жаберные дуги делают это открытие столь важным.
Раньше считалось, что они существуют как серия отдельных арок, но теперь Метасприггина показывает, что на самом деле они существовали парами. Самая передняя пара дуг также немного толще остальных, и это тонкое различие может быть самым первым шагом в эволюционной трансформации, которая со временем привела к появлению челюсти. «Когда челюсти разовьются, открывается весь мир», — сказал профессор Конвей Моррис. «То, что гипотетическая модель попадает в летопись окаменелостей, невероятно приятно».