Лорен Саллан, доцент Школы искусств, проанализировала детенышей ископаемых рыб возрастом 350 миллионов лет. Научный отдел науки о Земле и окружающей среде показал, что у этой древней молодой рыбы был чешуйчатый мясистый хвост и гибкий плавник, один на другом. Похожая структура двойного хвоста наблюдается у зародышей современных костистых рыб — группы рыб с лучевыми плавниками, которые составляют более 95 процентов всех видов современных рыб.
В ходе эволюции, чтобы приспособиться к окружающей среде, взрослые костистые и четвероногие животные потеряли по одному хвосту.«Хвост четвероногих, вероятно, начинался как конечный отросток у первых позвоночных, в то время как хвостовой плавник рыб начинался как кооптированный срединный плавник, как спинной плавник», — сказал Саллан. «Все разнообразие хвостов позвоночных можно объяснить относительным ростом и потерей этих двух хвостов, при этом оставшийся мясистый хвост у людей, как и у рыб, задерживается в росте».Саллан сообщила о своих открытиях в журнале Current Biology.В течение почти 200 лет ученые, от современника Дарвина Томаса Генри Хаксли до Стивена Джея Гулда, указывали на личиночную стадию современных костистых рыб с асимметричным хвостом, напоминающим хвосты древних взрослых рыб с лучевыми плавниками, в качестве яркого примера теории рекапитуляции. идея о том, что рост и развитие организмов проходит через стадии, отражающие этапы эволюции от простых организмов к более сложным.
Однако у этого примера был заметный недостаток: отсутствие окаменелостей предков молодых рыб.
Основой исследования Саллана стала серия окаменелых образцов Aetheretmon valentiacum возрастом 350 миллионов лет, относящихся к костистым рыбам. Окаменелости были извлечены из Шотландии на протяжении десятилетий и хранились в музеях, но большинство из них никогда не исследовалось подробно. Неизученные образцы включали самые маленькие известные экземпляры этого вида — всего 3 сантиметра в длину — представляющие самую раннюю известную стадию развития таких рыб. Эти окаменелости позволили впервые провести прямое сравнение стадий роста древних рыб и их современных костистых потомков.
Взрослые особи эфретмона обладали асимметричным хвостом, длиннее в верхней части, чем в нижней части, который содержит позвонки. Группа современных рыб, называемых хондростами, включает такие виды, как осетр и веслонос, иногда упоминается как «живые окаменелости» и имеет аналогичную структуру хвоста. С другой стороны, хвосты костистых взрослых почти симметричны и полностью состоят из плавников.
Согласно теории рекапитуляции, молодые Aetheretmon должны были казаться уменьшенными версиями взрослых, демонстрируя то, что называется прямым развитием. Наблюдения Саллана показали, что это не так.
Молодой Aetheretmon на самом деле очень напоминал современных молодых костистых особей; у обоих есть небольшой мясистый хвост с позвонками, похожий на хвост ящерицы, покрывающий плавник. По мере их взросления верхний хвост Эфретмона продолжал расширяться.
В отличие от этого, верхняя часть хвоста современных костистых особей рано отстает в росте и поэтому в конечном итоге оказывается встроенной в растущее тело, а их хвостовой плавник вместо этого становится их единственным «хвостом».Саллан исследовал формы хвоста множества разных видов рыб, живых и вымерших, на разных стадиях развития, и обнаружил одинаковую двухчастную структуру, по-разному устроенную у каждой.«Это показывает, что у древних и современных рыб была одна и та же отправная точка развития, которая разделялась на протяжении 350 миллионов лет», — сказал Саллан. «Это не наследственный хвост, обнаруживаемый у современных личинок костистых тел; это то, что у всех рыб есть две разные структуры хвоста, которые были скорректированы с течением времени в зависимости от функции и экологии для всех этих видов».
Анализ позволяет по-новому взглянуть не только на эволюцию рыб, но и на эволюцию позвоночных животных в целом, поскольку костлявые рыбоподобные предки эфретмона, живые рыбы и наземные четвероногие, вероятно, имели оба типа хвоста. Хвост, содержащий позвонки, присутствующий у Aethretmon, вероятно, представляет собой первый подобный конечности отросток, который стал настоящим хвостом у таких животных, как ящерицы.Саллан сказал, что вполне вероятно, что эти два отростка управляются двумя разными группами генов и, следовательно, могли независимо подвергаться естественному отбору, создавая большое количество инновационных форм на протяжении всей эволюции.
«Это говорит нам, почему у нас было такое разнообразие плавников и конечностей в прошлом и настоящем», — сказал Саллан. «Могли существовать какие-то линии, которые отдавали предпочтение одной форме по функциональным или экологическим причинам. Если рыба не могла адаптировать эту черту, которая так важна для плавания, она могла бы исчезнуть».Саллан воодушевлен возможностью того, что эти открытия могут быть оценены биологом-эволюционистом, чтобы подтвердить молекулярные пути, которые вызывают разрастание конечностей или размещение плавников.
«Это был бы простой способ проверить эволюцию в лаборатории», — сказала она.