рыбы выходящие на сушу
Ученые поняли, как доисторические рыбы попали на сушу и остались там
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса совместно с коллегами из Университета Миннесоты объединили данные о сотнях видов бленни — это один из представителей семейства собачковых. Некоторые бленни плавают в воде, а другие живут на суше. На основе объединенной информации ученые выяснили, при каких условиях рыбы выходят на сушу и остаются там. Результаты исследования опубликованы в журнале британского экологического общества Functional Ecology.
Читайте «Хайтек» в
История выхода рыб на сушу имеет очевидные параллели с происхождением всех наземных позвоночных. Окаменелости могут дать нам важную информацию о том, как этот процесс мог проходить, а также рассказать о типах эволюционных адаптаций, которые происходили с организмами. Однако для того, чтобы посмотреть на процесс более наглядно, ученые исследовали рыб, которые существуют сегодня и совершают такие «приемы» в виде выхода на сушу регулярно. Это — бленни. Эти существа живут сразу в нескольких средах обитания. Некоторые из них в воде, а другие могут выходить из приливной зоны на сушу, но только ненадолго.
Благодаря этому разнообразию рыб бленни можно разделить на стадии процесса выхода доисторических рыб на сушу. Это делает их уникальной группой животных для изучения.
Мы смогли выявить последовательность событий, вероятно, позволивших рыбам в конечном итоге эволюционировать в существ, которые могли покинуть воду, а затем заселить Землю. Наше исследование также показало, как эти виды адаптировались на суше.
Доктор Терри Орд, ведущий автор исследования
По результатам исследования, для того, чтобы перейти на сушу, рыбы бленни должны питаться разнообразной пищей, а также быть активными и гибкими в поведении.
Исследование еще не окончено, пока нельзя делать глобальные выводы о том, что подобным образом эволюционировали все рыбы. Для этого нужно провести экспериментальное исследование. Авторы также намерены продолжить изучение того, как выход на сушу повлиял на другие аспекты поведения, экологии и тел рыб бленни.
Естествознание.ру
Появление хордовых. Эволюция рыб и выход животных на сушу
Примерно 540 миллионов лет назад на Земле произошел «кембрийский взрыв». В этот период за короткий промежуток времени планета пополнилась огромным разнообразием видов морских животных.
ПОЯВЛЕНИЕ ХОРДОВЫХ. ПЕРВЫЕ РЫБЫ
Один из наиболее интересных экземпляров — пикайя — самый первый представитель типа хордовых. Это животное длиной около 4 сантиметров было похоже на современных ланцетников. У пикайи были жабры, примитивный кишечник, кровеносная система и небольшие щупальца у рта.
Вскоре появились и рыбы. Первая из них — хайкоуихтис. Эта рыбка была еще меньше, чем пикайя, всего 2,5 сантиметра в длину. Но рыбешка уже обладала глазами и головным мозгом.
ЭВОЛЮЦИЯ РЫБ. ПАНЦИРНЫЕ И ПЕРВЫЕ КОСТНЫЕ РЫБЫ
Поначалу рыбы не были самой обширной группой морских обитателей, как сейчас. Малочисленные представители рыб были бесчелюстными. Безобидные для большинства подводных соседей, они питались лишь мельчайшими организмами, втягивая и фильтруя воду. Однако врагов у них хватало. Первые рыбы были вынуждены спасаться от своих более могучих соседей — ракоскорпионов. Живущие в вечной потребности защищаться, рыбы эволюционировали. Появились особи, голова и часть туловища которых были закрыты панцирем. Существует мнение, что именно из такого панциря в дальнейшем развился череп.
Около 430 лет назад появились рыбы, способные не только обороняться при помощи панциря, но и нападать. Их морды были оснащены челюстями, а голова и часть тела, как и у предшественников, была укрыта костным панцирем, обтянутым кожей. Это были плакодермы, или панцирные рыбы. Некоторые панцирные рыбы приобрели крупные размеры и стали хищниками. Следующий шаг в эволюции был сделан благодаря появлению костных рыб.
Хрящевые рыбы — одни из древнейших существ на планете. Они появились 400 миллионов лет назад. К ним относятся акулы и скаты. У хрящевых рыб нет плавательного пузыря, поэтому они вынуждены быть в постоянном движении. При «простое» они опускаются на дно и отдыхают.
Предположительно, от панцирных произошел предок рыб, населяющих современные моря. Сами же панцирные рыбы вымерли.
ВЫХОД НА СУШУ
Чем враждебнее окружающая среда, тем лучше клетка или живое существо развивают свои неизвестные до того таланты.
Бернар Вербер, современный французский писатель и философ
Пока рыбы продолжали эволюционировать в море, растения и другие животные выбрались на сушу. От первых костных рыб произошли два класса — лучеперые и лопастоперые. К первым относится большинство современных рыб. Они прекрасно чувствуют себя в воде. Вторые, напротив, приспособились к жизни на мелководье и в мелких пресных водоемах. Их плавники удлинились, а плавательный пузырь трансформировался в примитивные легкие. Эти рыбы научились дышать воздухом и ползать по суше.
Эвстеноптерон — одна из ископаемых кистеперых рыб, которая считается предком сухопутных позвоночных. Эти рыбы жили 385 миллионов лет назад и достигали длины 1,8 метра.
Panderichthys, другой представитель кистеперых, считается промежуточным звеном между рыбами и земноводными. Это существо свободно выползало на сушу и дышало легкими.
Как рыбы вышли на сушу
Читать: Целакант: Живая ископаемая рыба
«Как рыбы вышли на сушу «
Найденная в Канаде доисторическая рыба помогает понять, как же все-таки рыбы смогли выйти на сушу. Очевидно, для этого рыбам нужно было превратить плавники в ноги, научиться дышать воздухом, скинуть с себя лишний груз кожных костей и чешуй — и вперед. Однако легче сказать, чем сделать, так как на этом эволюционном пути рыбам пришлось искать решения многих инженерных и биологических задач. С такой кучей за один раз не справиться, и понятно, что эволюция шла постепенно через ряд промежуточных стадий. Однако животных, промежуточных между рыбами и ранними четвероногими, 
найдено не было. Теперь такое животное стало известно.
На территории арктической Канады в отложениях позднего девона (около 380 млн лет назад) южной части острова Элсмир американские палеонтологи Эдвард Дешлер, Нейл Шубин и Фариш Дженкинс откопали замечательную рыбу. Ее назвали тиктаалик (Tiktaalik), что на языке эскимосов, населяющих эту часть арктической Канады, означает «большая пресноводная рыба, живущая на мелководье». Плоская, покрытая крупной чешуей рыба с крокодильей головой, на которой сверху сидят глаза, впереди две ноздри и большая зубастая пасть. У этой рыбы часть черт сходна с древними кистеперыми рыбами, а другие признаки сближают ее с первыми четвероногими (тетраподами). Рыбьи признаки — это чешуя, плавниковые лучи, почти такие же, как у кистеперых, сложная нижняя челюсть и небные кости. А «четвероногие» признаки — укороченный череп, отделенная от пояса передних конечностей и потому относительно мобильная голова, локтевой и плечевой суставы.
Так реконструировали тиктаалика авторы открытия. Вид сверху и сбоку (изображение: статья в Nature)
Чтобы рыбе превратиться в земноводное, ей нужно, во-первых, научиться ходить, во-вторых, дышать без помощи жаберных крышек, в-третьих, для выхода на сушу нужно максимально облегчить тело, чтобы справляться с гравитацией без помощи архимедовой силы, и придумать, как защитить волочащееся по земле брюхо. В позднем девоне многие рыбы одновременно и независимо пытались решить эти задачи. Тиктаалик успешно справился с большей их частью. Свои плавники эта рыба использовала не только для плавания, но и для хождения по дну. Анализ скелета предплечья и пястной области позволил ученым показать, что плавник мог занимать несколько стабильных положений, одно из которых предполагало приподнятое над грунтом тело животного.
У рыб скелет плавника крепится к поясу конечности, который в свою очередь прикреплен к скелету жаберной крышки. И рыбам это удобно: они синхронизируют движения жаберной крышки и грудных плавников и таким образом дышат. Зато головой просто так повертеть нельзя: поскольку жаберная крышка крепится к голове, то движение головой отзовется дерганьем плавников. У тиктаалика почти все кости жаберной крышки исчезли, так что голова получила свободу и независимость. 
Утратившее функциональность сочленение остатков жаберной крышки с головой тоже получило свободу и начало медленное, но крайне важное для всех наземных четвероногих путешествие внутрь черепа, превращаясь потихоньку в крошечные слуховые косточки (хотя завершится это превращение гораздо позже).
Строение передних конечностей у древних кистеперых рыб (слева от тиктаалика) и древнейших земноводных (справа от него) (изображение: статья в Nature)
Но как теперь тиктаалику дышать, если нет жаберной крышки и грудные плавники больше не вентилируют жабры? Эта рыба дышала через дыхательные отверстия, расположенные на конце плоской и широкой морды. Воду, а возможно и атмосферный воздух, в легкие нагнетали не жаберные крышки, а щечные помпы. Этому способствовала и широкая форма морды этих рыб, очень похожая на крокодилью. Нужно отметить, что это изобретение было сделано и другими представителями древних кистеперых рыб, например пандерихтисом (Panderichthys), так что тут тиктаалику гордиться нечем (см. также Откуда уши растут, Газета.ру, 19.01.2006).
Ребра, уплощенные и налегающие друг на друга, помогали тиктаалику укрепить позвоночный столб и брюхо, а окостеневшие соединения позвонков делали позвоночник менее подвижным. Это всё способствовало ходячему образу жизни, а не только плавающему.
Ихтиостега (Ichthyostega) — все-таки уже четвероногое, а не рыба (хоть и с рыбьим хвостом). Тиктаалик имеет полное право претендовать на звание переходной формы между продвинутыми кистеперыми рыбами, подобными эустеноптерону, и примитивными земноводными, подобными ихтиостеге (реконструкция ихтиостеги в витрине Московского палеонтологического музея) (фото: macroevolution.narod.ru)
Палеоэкологическая интерпретация местонахождения тиктаалика рисует нам мелкие, слабопроточные пресные водоемы субтропического или тропического пояса. Возможно, эти водоемы могли пересыхать, и тиктаалик был вынужден приспосабливаться к жизни в таких условиях, где вода больше не служит опорой для тела, где приходится дышать без помощи жабр атмосферным воздухом. 
Читая описание этой рыбы и ее местообитания, так и хочется назвать эту рыбу переходным звеном между рыбами и земноводными. Тут тебе и ребра, и весьма похожий на лапу плавник, и редукция жаберной крышки. Но сами авторы статьи справедливо отмечают, что тетраподные черты существовали в тех или иных наборах у многих рыб, просто у тиктаалика их больше всего. Например, весьма успешно ходить по дну на четырех плавниках, приподнимая тело над грунтом, умели не только кистеперые, но и многие другие рыбы. Так что четвероногость и хождение как таковое возникли много раньше самих четвероногих. Тетраподные новшества появлялись, по-видимому, параллельно — и у эстуарных, и у пресноводных групп. Я обращаю внимание на этот факт, чтобы еще раз напомнить, что законы эволюции еще не поняты до конца и многие известные факты требуют переосмысления. И новые ископаемые находки именно сейчас оказываются как нельзя более кстати.
P. S. В настоящее время появились подозрения, что древнейшие тетраподы ихтиостега и акантостега (вероятные потомки тиктаалика) не являются прямыми предками позднейших земноводных, а относятся к некой тупиковой ветви. Та же история и с археоптериксом, который, по-видимому, не является прямым предком современных птиц, а тоже относится к некой тупиковой ветви динозавров, вставших на путь «оптичивания».
Палеонтологам хорошо известно, что многие крупнейшие эволюционные «прорывы» (такие, как выход рыб на сушу, происхождение членистоногих, птиц, млекопитающих, покрытосеменных растений и др.) осуществлялись как бы «совместными усилиями» нескольких параллельно развивавшихся линий, которые независимо одна от другой приобретали сходные прогрессивные черты. Для таких явлений придумали даже специальные названия (так, вместо «происхождения млекопитающих» часто говорят о «процессе маммализации зверообразных рептилий», вместо «происхождения птиц» — об «орнитизации архозавров»). Одним словом, многочисленные параллелизмы при переходе на новый, более высокий эволюционный уровень — не исключение, а правило..
Первобытные рыбы выползли на твердую поверхность четырьмя плавниками
Credit: University of Chicago, Neil Shubin
Основываясь на находках, сделанных десять лет назад, ученые считали, что первые рыбы, вылезшие на поверхность суши миллионы лет назад, имели передние плавники, очень похожие на передние конечности, которые затем обрели будущие четвероногие животные. Считалось, что, используя эти «недолапы», древние рыбы высовывались из мелкой воды, а уже окончательно выйдя на сушу, высматривали добычу.
На это указывали окаменелые останки древнего существа тиктаалик, найденные в 2004 году профессором Нилом Шубиным, специалистом по биологии из Университета Чикаго, на территории канадского арктического острова Элсмир в тысяче километров от Северного полюса. Тогда находка совершила революцию в науке, ведь достигающий в длину трех метров тиктаалик, что в переводе с инуитского языка означает «большая мелководная рыба»,
оказался первым переходным видом между рыбами и четвероногими животными.
У древнего животного имелись жабры, чешуя и плавники, а также отличительные особенности, характерные для сухопутных четвероногих животных (тетраподов). Тиктаалик, обитавший в позднем девоне, 375 млн лет назад, имел не только вытянутый и уплощенный череп, удобный для ползания, но и примитивные легкие и некое подобие шеи. Биологи считают, что охотился на добычу тиктаалик на манер современных крокодилов,
высовывая голову над водой, о чем могут свидетельствовать вытянутая морда и слабовыраженный жесткий покров головы и плеч, свойственный большинству рыб.
Однако десять лет назад учеными были найдены останки, включающие лишь переднюю часть скелета, и о строении задней части они могли лишь догадываться. «Прежние теории, основанные на доступном материале, предполагали, что сдвиг от рыбьего «переднего привода» к «полному приводу» произошел уже у четвероногих. Однако похоже, что это случилось еще у самих рыб, а не у животных с конечностями», — уверен Шубин, автор новой публикации в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Пять новых находок, сделанные в последние годы в том же районе Арктики, указали на то, что брюшные плавники тиктаалика были развиты настолько,
что прадед всех ползающих тварей мог ходить по дну на мелководье и даже совершать небольшие вылазки на поверхность.
Больше всего ученых поразило строение тазовых костей ископаемой рыбы, которые напоминают строение таза первых ползавших животных. Тазовый пояс тиктаалика был одного размера с плечевым поясом, а строение мышц говорит о том, что они могли совершать мощные загребающие движения.
«Этот таз восхитителен, он сильно отличается от всего, что мы наблюдали у животных, от которых произошли позвоночные животные с конечностями. Тиктаалик сочетал как примитивные, так и продвинутые особенности строения. Это не просто определенные черты, а свидетельство продвинутых функций. Видимо, рыбы использовали плавники так, как обычно используют конечности», — пояснил соавтор работы Эдвард Дешлер.
Ученые считают, что строение лучей плавников позволяло животным использовать их подобно колесному пароходу. «Однако возможно, что они могли с их помощью и просто ходить. Ныне живущие в Африке двоякодышащие рыбы имеют аналогичное строение таза, и мы в 2011 году показали, что они способны ходить по дну водоема», — пояснил Шубин. Какой бы ни была походка первобытных существ, стало ясно, что развитие мощного таза началось еще у рыб и затем продолжилось у четвероногих животных на суше.
Как рыбы научились ходить
Найденная в Канаде доисторическая рыба помогает понять, как же все-таки рыбы смогли выйти на сушу. Очевидно, для этого рыбам нужно было превратить плавники в ноги, научиться дышать воздухом, скинуть с себя лишний груз кожных костей и чешуй — и вперед. Однако легче сказать, чем сделать, так как на этом эволюционном пути рыбам пришлось искать решения многих инженерных и биологических задач. С такой кучей за один раз не справиться, и понятно, что эволюция шла постепенно через ряд промежуточных стадий. Однако животных, промежуточных между рыбами и ранними четвероногими, найдено не было. Теперь такое животное стало известно.
На территории арктической Канады в отложениях позднего девона (около 380 млн лет назад) южной части острова Элсмир американские палеонтологи Эдвард Дешлер, Нейл Шубин и Фариш Дженкинс откопали замечательную рыбу. Ее назвали тиктаалик (Tiktaalik), что на языке эскимосов, населяющих эту часть арктической Канады, означает «большая пресноводная рыба, живущая на мелководье». Плоская, покрытая крупной чешуей рыба с крокодильей головой, на которой сверху сидят глаза, впереди две ноздри и большая зубастая пасть. У этой рыбы часть черт сходна с древними кистеперыми рыбами, а другие признаки сближают ее с первыми четвероногими (тетраподами). Рыбьи признаки — это чешуя, плавниковые лучи, почти такие же, как у кистеперых, сложная нижняя челюсть и небные кости. А «четвероногие» признаки — укороченный череп, отделенная от пояса передних конечностей и потому относительно мобильная голова, локтевой и плечевой суставы.
Чтобы рыбе превратиться в земноводное, ей нужно, во-первых, научиться ходить, во-вторых, дышать без помощи жаберных крышек, в-третьих, для выхода на сушу нужно максимально облегчить тело, чтобы справляться с гравитацией без помощи архимедовой силы, и придумать, как защитить волочащееся по земле брюхо. В позднем девоне многие рыбы одновременно и независимо пытались решить эти задачи. Тиктаалик успешно справился с большей их частью. Свои плавники эта рыба использовала не только для плавания, но и для хождения по дну. Анализ скелета предплечья и пястной области позволил ученым показать, что плавник мог занимать несколько стабильных положений, одно из которых предполагало приподнятое над грунтом тело животного.
У рыб скелет плавника крепится к поясу конечности, который в свою очередь прикреплен к скелету жаберной крышки. И рыбам это удобно: они синхронизируют движения жаберной крышки и грудных плавников и таким образом дышат. Зато головой просто так повертеть нельзя: поскольку жаберная крышка крепится к голове, то движение головой отзовется дерганьем плавников. У тиктаалика почти все кости жаберной крышки исчезли, так что голова получила свободу и независимость. Утратившее функциональность сочленение остатков жаберной крышки с головой тоже получило свободу и начало медленное, но крайне важное для всех наземных четвероногих путешествие внутрь черепа, превращаясь потихоньку в крошечные слуховые косточки (хотя завершится это превращение гораздо позже).
Но как теперь тиктаалику дышать, если нет жаберной крышки и грудные плавники больше не вентилируют жабры? Эта рыба дышала через дыхательные отверстия, расположенные на конце плоской и широкой морды. Воду, а возможно и атмосферный воздух, в легкие нагнетали не жаберные крышки, а щечные помпы. Этому способствовала и широкая форма морды этих рыб, очень похожая на крокодилью. Нужно отметить, что это изобретение было сделано и другими представителями древних кистеперых рыб, например пандерихтисом (Panderichthys), так что тут тиктаалику гордиться нечем (см. также Откуда уши растут, Газета.ру, 19.01.2006).
Ребра, уплощенные и налегающие друг на друга, помогали тиктаалику укрепить позвоночный столб и брюхо, а окостеневшие соединения позвонков делали позвоночник менее подвижным. Это всё способствовало ходячему образу жизни, а не только плавающему.
Палеоэкологическая интерпретация местонахождения тиктаалика рисует нам мелкие, слабопроточные пресные водоемы субтропического или тропического пояса. Возможно, эти водоемы могли пересыхать, и тиктаалик был вынужден приспосабливаться к жизни в таких условиях, где вода больше не служит опорой для тела, где приходится дышать без помощи жабр атмосферным воздухом.
Читая описание этой рыбы и ее местообитания, так и хочется назвать эту рыбу переходным звеном между рыбами и земноводными. Тут тебе и ребра, и весьма похожий на лапу плавник, и редукция жаберной крышки. Но сами авторы статьи справедливо отмечают, что тетраподные черты существовали в тех или иных наборах у многих рыб, просто у тиктаалика их больше всего. Например, весьма успешно ходить по дну на четырех плавниках, приподнимая тело над грунтом, умели не только кистеперые, но и многие другие рыбы. Так что четвероногость и хождение как таковое возникли много раньше самих четвероногих. Тетраподные новшества появлялись, по-видимому, параллельно — и у эстуарных, и у пресноводных групп. Я обращаю внимание на этот факт, чтобы еще раз напомнить, что законы эволюции еще не поняты до конца и многие известные факты требуют переосмысления. И новые ископаемые находки именно сейчас оказываются как нельзя более кстати.
P. S. В настоящее время появились подозрения, что древнейшие тетраподы ихтиостега и акантостега (вероятные потомки тиктаалика) не являются прямыми предками позднейших земноводных, а относятся к некой тупиковой ветви. Та же история и с археоптериксом, который, по-видимому, не является прямым предком современных птиц, а тоже относится к некой тупиковой ветви динозавров, вставших на путь «оптичивания».
Палеонтологам хорошо известно, что многие крупнейшие эволюционные «прорывы» (такие, как выход рыб на сушу, происхождение членистоногих, птиц, млекопитающих, покрытосеменных растений и др.) осуществлялись как бы «совместными усилиями» нескольких параллельно развивавшихся линий, которые независимо одна от другой приобретали сходные прогрессивные черты. Для таких явлений придумали даже специальные названия (так, вместо «происхождения млекопитающих» часто говорят о «процессе маммализации зверообразных рептилий», вместо «происхождения птиц» — об «орнитизации архозавров»). Одним словом, многочисленные параллелизмы при переходе на новый, более высокий эволюционный уровень — не исключение, а правило.
Источники:
1) Edward B. Daeschler, Neil H. Shubin, Farish A. Jenkins Jr. A Devonian tetrapod-like fish and the evolution of the tetrapod body plan // Nature. 2006. V. 440. P. 757–763.
2) Neil H. Shubin, Edward B. Daeschler, Farish A. Jenkins Jr. The pectoral fin of Tiktaalik roseae and the origin of the tetrapod limb // Nature. 2006. V. 440. P. 764–771.