Рожденный ползать Ученые выяснили, что первые наземные животные не умели ходить

Давным-давно все позвоночные животные на Земле обитали только в океанах и были рыбами. Потом - около 350 миллионов лет назад - самые смелые особи стали осваивать сушу. У ученых нет единого мнения, зачем рыбам понадобилось менять место жительства: по одной версии, водоемы, где они обитали, начали высыхать из-за жаркого климата; по другой, первопроходцы обнаружили, что на земле, в отличие от океана, полно еды и нет никакой конкуренции; по третьей, роль сыграли оба эти фактора. Как бы то ни было, храбрецы сменили жабры на легкие, научились ходить на четырех конечностях и даже летать и создали на суше такую конкуренцию, которая обитателям океана и не снилась.

Этот сценарий знаком читателям со школы, и, наверное, многие помнят иллюстрации из учебников по биологии и со стендов в музеях, на которых похожее не то на тритона, не то на угря существо робко выползает из воды на неизведанный берег. Недоразвитые лапы не мешали этому существу с картинок довольно ловко перемещаться в новой для него среде - по умолчанию предполагалось, что походка первых наземных позвоночных практически не отличалась от походки современных земноводных. Однако последние исследования показывают, что путь рыб на сушу был далеко не таким гладким.

Сложности

Первые подозрения, что в реальности все обстояло куда сложнее, чем на страницах учебников, появились у исследователей после того, как были тщательно изучены сохранившиеся останки "промежуточных" существ - уже не рыб, но еще не полноценных наземных четвероногих. Никакие эволюционные переходы не осуществляются с первой попытки: так как живые существа "не знают", в какую сторону им развиваться, любые изменения происходят несколько раз, причем параллельно у разных групп организмов. На сегодняшний день ученым известно несколько ископаемых животных, которые самостоятельно пытались сменить надоевший рыбий облик на что-то более современное.

Один из примеров "нетипичных" рыб - лопастоперые рыбы рода Eusthenopteron, обитавшие на Земле около 385 миллионов лет назад. В анатомии этих существ сочетались как примитивные черты, характерные для рыб, так и более продвинутые особенности. Внимательное изучение плавников Eusthenopteron показало, что они были совершенно бесполезны для передвижения по твердой поверхности, хотя их кости уже начали изменяться.

С другой стороны, в 2004 году на севере Канады был найден скелет лопастоперой рыбы вида Tiktaalik roseae. Несмотря на то что это существо, обитавшее на планете около 375 миллионов лет назад, предпочитало водный образ жизни, его плавники, ребра и шея были устроены практически так же, как у наземных животных. Многие ученые полагают, что необычные плавники были нужны Tiktaalik roseae совсем не для того, чтобы пытаться вылезти на сушу, а для лучшего маневрирования в воде. Уже потом эти изменения могли пригодиться первопроходцам материков, но тот факт, что хотя бы у части организмов зачатки лап появились еще до того, как они собрались покорять новые земли, заметно усложняет сложившуюся эволюционную картину.

Не ходок

Новый удар по удобной и понятной гипотезе о выходе рыб на сушу нанесло существо, от которого меньше всего ждали подвоха. Ихтиостега, хотя она и не является прямым предком современных земноводных, всегда была излюбленным объектом палеонтологов - не в последнюю очередь потому, что хорошо сохранилась: в общей сложности, ученые обнаружили около 300 останков. Многие из них неполны или повреждены, однако в целом из найденных костей вполне можно собрать целый скелет. Именно этим решила заняться группа исследователей из Кембриджского университета и Королевского ветеринарного колледжа Великобритании.

Ученые складывали скелет из отдельных костей не в буквальном смысле - так как многие останки за миллионы лет намертво слились с окружающей их каменной породой, специалисты использовали метод компьютерной томографии. Из полученных изображений различных частей тела ихтиостеги исследователи выбирали лучшие, а затем соединяли их друг с другом. Эта работа длилась несколько лет, так как во многих случаях химический состав останков настолько приблизился к составу породы, что ученым приходилось вручную "подсказывать" приборам, что считать костью, а что - камнем.

В итоге исследователям под руководством Джона Хатчинсона (John Hutchinson) удалось воссоздать скелет ихтиостеги целиком - здесь можно посмотреть, как он выглядит. Вывод ученых оказался неутешительным: перемещаться по земле так же, как, например, саламандра, животное физически не могло. Особенности суставов, при помощи которых передние и задние конечности соединяются с туловищем, позволяли ихтиостеге двигать лапами только вперед-назад и вверх-вниз, а вот вращать конечности вдоль их длинной оси она не могла. На досуге попробуйте поползать по полу, перемещая руки и ноги только в двух перпендикулярных плоскостях, и посмотрите, как далеко вам удастся сдвинуться.

Хатчинсон и коллеги пришли к выводу, что ихтиостега передвигалась, опираясь на передние конечности, как на костыли, и подтягивая к ним остальное туловище. Движения задней части тела напоминали движения тюленей. В своей статье в журнале Nature авторы предполагают, что ихтиостега, возможно, и не пыталась активно ходить, а изменения скелета были необходимы ей, в первую очередь, для того, чтобы приподниматься на передних конечностях и высовывать из воды голову.

Кто-то еще

В свете новых данных становится совсем неясным еще один вопрос: в 2009 году в Польше были обнаружены следы, оставленные четвероногим существом около 395 миллионов лет назад. Анализ отпечатков - двух цепочек из неглубоких ямок - показал, что их "хозяин" держался на земле вполне уверенно и равномерно использовал все четыре конечности. Если верить Хатчинсону и его соавторам, ихтиостега никак не могла оставить такие следы: во-первых, схема расположения ямок была бы иной, а во-вторых, посередине неминуемо осталась бы воронка от волочащегося по земле туловища.

В случае, если загадочные отпечатки действительно оставило позвоночное животное (случалось, что палеонтологи неверно идентифицировали следы членистоногих), то оно должно было выбраться на сушу гораздо раньше, чем ихтиостега и подобные ей существа начали осваивать новые территории. Но что это за животное и из какой группы известных организмов оно могло бы происходить, ученые не знают.

В перспективе авторы новой работы намерены воссоздать скелеты остальных "переходных" существ и выяснить, как именно они передвигались. У ихтиостеги, в отличие от других "рыбоамфибий" был очень жесткий позвоночник, что дополнительно ограничивало ее движения. Ученые не исключают, что более гибкая спина могла частично компенсировать отсутствие вращательных движений конечностей.

Кроме того, исследователи намерены создать движущуюся модель ихтиостеги, чтобы окончательно понять, как она ходила. Дело это чрезвычайно кропотливое и долгое, но музеям и авторам учебников можно начать переделывать иллюстрации уже сейчас.