От плавников к ногам
В настоящее время палеонтологи выстроили относительно полную эволюционную цепочку, восстанавливающую последовательность преобразования тетраподоморфных рыб в тетрапод. Надкласс костных рыб (Osteichthyes) состоит из классов лучеперых (Actinopterygii) и лопастеперых (Sarcopterygii) рыб. В свою очередь, класс лопастеперых включает в себя несколько древних групп рыб, возникших от общего предка. Три самые крупные из них — это целаканты (Coelacanthimorpha или Actinistia), двоякодышащие (Dipnoi) и тетраподоморфные рыбы (Tetrapodomorpha). Одной из главных особенностей всех лопастеперых рыб считаются плавники с мясистыми, покрытыми чешуей и обрамленными гибкими лучами основаниями. Более того, скелет таких плавников имеет черты сходства со скелетом конечностей наземных четвероногих животных (Tetrapoda). Необходимо добавить, что во многих классификациях целакантов вместе с некоторыми другими группами лопастеперых рыб объединяют в инфракласс кистеперых рыб (Crossopterygii). Применительно к целакантам именно это название лучше всего известно широкой публике. Прямыми предками наземных четвероногих животных являются тетраподоморфные рыбы. Но что заставило некоторых представителей рыбьего племени осваивать сушу? Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. В течение длительного времени среди биологов доминировала так называемая гипотеза пересыхающего пруда. В соответствии с ней перебраться на сушу некоторых рыб вынудили длительные сезонные засухи. В таких условиях воздушный пузырь модифицировался в орган дыхания атмосферным воздухом. Те виды рыб, что научились дышать по-новому, выжили, поскольку смогли переползать из водоема в водоем, помогая себе плавниками, как лапами. Впоследствии плавники якобы постепенно трансформировались в настоящие лапы с пальцами. Тем не менее за последние 20 лет ученые собрали убедительные доказательства, свидетельствующие, что эта гипотеза неверна. Оказалось, что лапы возникли… в воде. Как известно, одним из важнейших факторов, стимулировавших возникновение новых форм жизни, служит освоение свободных экологических ниш. Такой нишей стала суша. По всей видимости, возникновение способности дышать атмосферным воздухом у рыб было связано с низким содержанием кислорода в воде. Геохимические данные показывают, что в среднедевонское время (375–385 млн лет назад) уровень кислорода в атмосфере, и соответственно в воде, был беспрецедентно низок. «Научившись» дышать воздухом, рыбы начали освоение суши, которая предоставляла новые источники пищи (в которую отлично годились беспозвоночные, вышедшие из воды значительно раньше) или становилась убежищем, ведь атаки хищников было легче избегать на берегу или мелководье. Но одних легких для этого было недостаточно. Требовалось сразу несколько морфологических особенностей, позволявших не только дышать, но и перемещаться и ориентироваться вне воды. Так вот, ископаемые остатки свидетельствуют, что конечности первых тетрапод возникли вне какой-либо связи с переходом на сушу. Другими словами, лапы с пальцами (по-видимому, соединенными перепонкой) появились в воде и уже потом «пригодились» на берегу.
О чем рассказала латимерия
Несмотря на то что кистеперые рыбы не являются нашими прямыми предками, многие особенности их строения напоминают черты наземных четвероногих. Кроме их замечательных плавников, которые отдаленно напоминают конечности тетрапод, зубы целакантов покрыты слоем эмали, а строение внутреннего уха характеризуется некоторыми особенностями, свойственными земноводным. Интересной особенностью целакантов служит наличие сустава в черепе. Благодаря ему передняя часть черепа может смещаться вверх, значительно увеличивая объем ротовой полости в момент открывания рыбой рта. При этом добыча в буквальном смысле слова засасывается в пасть хищника.
Мягкие ткани в ископаемом состоянии не сохраняются, поэтому обнаружение «живого ископаемого» предоставило биологам возможность исследовать физиологию и обменные процессы древних рыб. Это было невероятно интересно. После того как в 1972 году международная экспедиция препарировала только что пойманного целаканта и взяла на анализ образцы тканей, крови и полостных жидкостей, их изучением занималось не менее 80 специалистов. В частности, выяснилось, что плавательный пузырь латимерии заполнен жироподобным веществом, кроме того, под кожей у целаканта находится довольно толстый слой жира. Обнаружилось, что латимерия обладает некоторыми физиологическими признаками, напоминающими те, что имеются у акул. Например, и те и другие выравнивают осмотическое давление тканевых жидкостей, используя мочевину.
Сотрудники Американского музея естественной истории с первым экземпляром целаканта, достигшим Западного полушария (его привезли в музей в 1962 году). Фото: AMERICAN MUSEUM OF NATURAL HISTORY
Как и у акул, позвоночник латимерии преимущественно состоит из хряща. Хрящевая основа позвоночного столба — нотохорд с заполненным жидкостью каналом и не полностью окостеневшими позвонками. В целом в скелет кистеперых входит большое количество хрящевых элементов, что указывает на их происхождение от более древних хрящевых рыб (Chondrichthyes), к которым относятся и акулы. Похоже на акулье и строение некоторых желез внутренней секреции.
Много интересных данных было получено молекулярными биологами и генетиками. Например, было выяснено, что первичная структура белка гемоглобина латимерии значительно больше напоминает таковую у головастиков, нежели гемоглобин любой современной костистой рыбы. То же самое можно сказать об одном из генов, регулирующих важные этапы раннего развития: у латимерии он больше похож на ген мыши, нежели такой же ген костистых рыб. То есть кистеперы филогенетически ближе к тетраподам.
Молекулярные методы определения времени расхождения в эволюции двух современных видов целакантов (африканских и индонезийских) показали, что это произошло между 30 и 40 миллионами лет назад. Именно тогда Индия «наехала» на Евразию. В результате этого геологического катаклизма возникла колоссальная горная система — Гималаи. Стекающие с Гималаев реки создали естественный барьер, «разорвавший» единый ареал латимерии: мутные пресные воды, выносимые в океан на многие километры, стали непреодолимым препятствием, обособив восточную и западную части некогда единой популяции. Несмотря на значительный возраст рассматриваемого события, два вида латимерий морфологически очень сходны. Отметим, что произошедшее приблизительно в это же время разделение китообразных на усатых и зубатых китов (27 миллионов лет назад) и обезьян на узконосых и широконосых (33 миллиона лет назад) сопровождалось колоссальными вспышками разнообразия в этих группах позвоночных. А вот латимерия с тех пор почти не изменилась, что свидетельствует о крайне высокой степени консерватизма этого существа.
Поимки беременных самок помогли исследовать особенности размножения этой древней рыбы. Выяснилось, что латимерия рождает очень крупных живых детенышей (до 36–38 см в длину), прекрасно подготовленных к встрече с морем. У потомства, которое язык не поворачивается назвать мальками, полностью сформированы плавники, чешуя и зубы. Огромные икринки (9 см в диаметре и до 325 г весом) развиваются в обособленных участках матки. Эмбрион несет крупный желточный мешок, из которого питательные вещества по особому каналу поступают в кишечник. Такой же тип «транспортировки» известен и у живородящих акул. Количество детенышей, обнаруженных внутри пойманных самок, варьировало от 5 до 26. Предполагается, что вынашивание продолжается от 13 месяцев до трех лет, то есть самка приносит потомство лишь каждый второй или третий год.
За прошедшие 10 лет в поисках латимерии подводные аппараты неоднократно опускались в глубины океана. В естественной среде были отсняты не только коморские, но и южноафриканские и индонезийские целаканты. Было получено огромное количество ценнейшей научной информации. Однако ученые констатируют быстрое уменьшение популяций кистеперов. Там, где 20 лет назад их были десятки, сейчас — единицы. Исследователи и общественные организации лишь в малой степени могут предотвратить исчезновение «живого ископаемого». На то, чтобы изменить тактику лова рыбы местными рыбаками, не раз выделялись большие деньги. Однако прогнозы не очень утешительны. Латимерии размножаются медленно, а население островов растет быстро. Для многих рыба — чуть ли не единственный источник пищи. Сумеем ли мы сохранить «старину-четверонога», чудесную рыбу, прошедшую через планетарные катаклизмы, выжившую в них, но вынужденную жить в одно время с нами? Время покажет.