В Техасе найдено долгожданное «недостающее звено» между современными лягушками и саламандрами и древними примитивными четвероногими. Изучение скелета ископаемой амфибии, жившей 270–280 млн лет назад и получившей название Gerobatrachus, показало, что предками лягушек и саламандр были темноспондильные лабиринтодонты, которых
многие ученые до сих пор считали полностью вымершей группой.
Четвероногие (тетраподы) вышли на сушу в конце девонского периода (см. Как рыбы научились ходить, «Элементы», 11.04.2006) и быстро начали дивергировать, то есть подразделяться на разные эволюционные линии, занимая различные экологические ниши в новой среде обитания. Уже в следующем, каменноугольном периоде разнообразие примитивных четвероногих стало весьма значительным; еще больше их стало в пермском периоде.
Большая часть этого древнего многообразия вымерла, не оставив потомков, но кто-то из ранних тетрапод дал начало эволюционным линиям, дожившим до наших дней, — современным земноводным, подразделяющимся на три отряда (бесхвостые — лягушки, хвостатые — саламандры, безногие — червяги!
), а также амниотам (группа, объединяющая рептилий, птиц и млекопитающих). Выбрать из огромного разнообразия примитивных ископаемых тетрапод наиболее вероятных предков современных групп оказалось очень непростой задачей. Для ее решения до сих пор не хватает четких и однозначных «переходных форм» (хотя некоторые переходные формы найдены — например, сеймурия, сочетающая признаки ранних тетрапод и амниот).
Наименее ясен вопрос о происхождении современных земноводных. Большинство экспертов связывают происхождение трех современных отрядов земноводных с одной из двух групп примитивных амфибий — Temnospondyli или Lepospondyli. Предложено несколько взаимоисключающих гипотез. Например,
высказывалось мнение, что саламандры и червяги произошли от Lepospondyli, а лягушки — от Temnospondyli.
Современник и родич геробатрахуса — полутораметровый темноспондильный лабиринтодонт Eryops. Изображение с сайта www.fossilmuseum.net
Согласно другой версии, весьма популярной в последнее время, все три отряда имеют единое происхождение и ведут свою родословную от Lepospondyli, а Temnospondyli вымерли, не оставив потомков. Именно эта гипотеза отражена на дендрограмме проекта Tree of life.
Diplocaulus — причудливый представитель группы Lepospondyli с головой в форме бумеранга. Изображение с сайта www.dmns.org
Третья гипотеза тоже предполагает единое происхождение трех отрядов, но выводит их из Temnospondyli.
Согласно четвертой версии от Lepospondyli произошли только червяги, а саламандры и лягушки являются потомками Temnospondyli. Уникальная палеонтологическая находка, описанная в последнем номере журнала Nature, стала сильным (и, по-видимому, решающим) аргументом в пользу последней гипотезы.
Скелет древней амфибии длиной около 11 см был найден в Техасе в отложениях раннепермского возраста (270–280 млн лет назад) еще в 1995 году. Как это часто бывает в палеонтологии, находка поначалу не привлекла внимания и оставалась неизученной до тех пор, пока ее не «переоткрыли» специалисты из четырех университетов Канады и США во главе с Джейсоном Андерсоном (Jason S. Anderson).
На препарирование находки ушли месяцы, но результат полностью оправдал затраченные усилия. Постепенно взорам ученых открылся почти полный скелет существа, представляющего собой яркий пример типичной переходной формы между современными и вымершими животными.
Древней амфибии дали родовое название Gerobatrachus, что переводится как «старая лягушка». Впрочем, с тем же успехом ее можно было назвать и «старой саламандрой». Как и положено переходной форме, геробатрахус сочетает в себе признаки своих прямых предков — темноспондильных лабиринтодонтов — и своих потомков, то есть хвостатых и бесхвостых амфибий. Впрочем, следует оговориться, что геробатрахус, скорее всего, не был прямым предком лягушек
и саламандр. Эта оговорка справедлива для всех переходных форм, найденных палеонтологами, поскольку в ископаемом состоянии сохраняется лишь ничтожная доля всех живших когда-то существ, и вероятность найти среди них «того самого, единственного и неповторимого предка» чрезвычайно мала. Настолько мала, что сегодня принято по умолчанию считать ее нулевой. Однако можно уверенно утверждать, что геробатрахус был очень близким родственником !
общего предка саламандр и лягушек.
Скелет геробатрахуса. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
«Переходный» статус геробатрахуса подтверждается строением всех частей скелета: черепа, позвоночника, поясов конечностей. Хорошо известно, что при становлении новых групп животных эволюция разных морфологических признаков идет с разной скоростью. Поэтому большинство классических «переходных форм» представляют собой мозаику примитивных и продвинутых признаков. Геробатрахус — не исключение. Одни признаки сближают его с типичными представителями группы Temnospondyli,
другие — с лягушками, третьи — с саламандрами, четвертые находятся в промежуточном состоянии.
К сожалению, большинство признаков, перечисленных и описанных авторами статьи, имеют такие устрашающие названия, что рассказывать о них в популярной заметке довольно сложно. Можно упомянуть широкий и облегченный, как у лягушек, череп, срастание двух косточек предплюсны, ранее наблюдавшееся только у саламандр, а также промежуточное число позвонков: у геробатрахуса между черепом и тазом насчитывается 17 позвонков, у его ближайших темноспондильных родственников – 21,
а у лягушек и саламандр – 14-15. Авторы особо отмечают, что общие пропорции тела, форма черепа, укороченные туловище и хвост сразу же создают у специалиста впечатление, что перед ним — палеозойский представитель батрахий (группы, объединяющей саламандр и лягушек). И это при том, что палеозойских батрахий никто никогда не видел. Иными словами, геробатрахус полностью соответствует идеальному образу общего предка лягушек и !
саламандр, который успел сложиться у специалистов к настоящему времени.
Авторы также провели тщательный статистический анализ большого массива накопленных к настоящему времени морфологических данных по ключевым группам древнейших тетрапод, включая новооткрытого геробатрахуса. Результаты анализа они представили в виде эволюционного древа (см. рисунок).
Эволюционное древо низших тетрапод, построенное на основе принципа парсимонии (минимального количества допущений) при помощи программы Paup. Стрелкой отмечено положение геробатрахуса, звездочками — современных отрядов амфибий (сверху вниз: безногие, бесхвостые, хвостатые). На этой схеме длины ветвей не несут никакого содержания; смысл имеет только порядок ветвления. Рис. из обсуждаемой
статьи в Nature
Таким образом, новая находка показала, что саламандры и лягушки произошли от общего предка, который был очень близким родственником геробатрахуса и принадлежал к группе Temnospondyli. С учетом того, что геробатрахус имел уже очень много продвинутых черт, характерных для современных батрахий, авторы предполагают, что разделение линий хвостатых и бесхвостых земноводных произошло, скорее всего, не позднее чем в середине пермского периода, примерно 260–270 млн лет назад. Верхний предел
этому разделению кладет древнейшая ископаемая лягушка Triadobatrachus, найденная в отложениях триасового периода (это значит, что в триасе уже жили настоящие лягушки, а не «общие предки» лягушек и саламандр, то есть линия саламандр отделилась раньше).
Что касается червяг, то имеющиеся на сегодняшний день данные указывают на их родство с примитивными тетраподами из группы Lepospondyli. Это значит, что момент разделения линий, ведущих к червягам и батрахиям, совпадает с моментом разделения Lepospondyli и Temnospondyli. Это разделение, судя по палеонтологическим данным, произошло не позднее, чем в середине каменноугольного периода (328–335 млн лет назад). Расчеты, основанные на сравнении нуклеотидных последовательностей
и принципе «молекулярных часов», дают весьма близкие датировки. В целом в результате открытия геробатрахуса степень сходства палеонтологических и молекулярных датировок важнейших точек ветвления эволюционного древа тетрапод значительно возросла. А это значит, что ученые на верном пути.
Биологи из Франции, США и Японии расшифровали механизм работы белка DARPP-32, функционирующего в нейронах прилежащего ядра — отдела мозга, составляющего часть «системы награды». Это позволило спроектировать мышей-мутантов, которые проявляют меньше настойчивости в выполнении действий, направленных на добычу пропитания или новой дозы наркотика.
Анализ пузырьков воздуха, запечатанных в толще антарктического льда, позволил восстановить подробную динамику содержания в атмосфере углекислого газа и метана за последние 800 тысяч лет. Величины их концентрации совершали правильные циклические колебания с периодом около 100 тыс. лет, но никогда не достигали таких высоких значений, как сейчас.
