Древняя «акула» из Китая может быть старейшим челюстным предком человека
Живых акул часто изображают высшими хищниками морского царства. Палеонтологи смогли идентифицировать окаменелости их вымерших предков, которые датируются сотнями миллионов лет до времени, известного как палеозойский период. Эти ранние «акулы», известные как акантодианы, были ощетинены шипами. В отличие от современных акул, у них образовалась костная «броня» вокруг парных плавников.
Недавнее открытие нового вида акантодий из Китая удивило ученых своей древностью. Находка примерно на 15 миллионов лет старше самых ранних окаменелостей тела акантодов и является древнейшей неоспоримой челюстной рыбой. Эти выводы были опубликованы в журнале Nature 28 сентября.
Реконструированная из тысяч крошечных фрагментов скелета, Fanjingshania, названная в честь известного объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО Fanjingshan, представляет собой причудливую рыбу с внешней костяной «броней» и несколькими парами плавниковых шипов, которые отличают ее от живых челюстных рыб, хрящевых акул и скатов, а также костные лучеперые и кистеперые рыбы.
Исследование Fanjingshania группой исследователей из Академии наук Китая, Педагогического университета Цюйцзин и Бирмингемского университета показало, что этот вид анатомически близок к группам вымерших колючих «акул», известных под общим названием акантоды. В отличие от современных акул, акантоды имеют окостенения кожи в области плеч, которые примитивно встречаются у челюстных рыб.
Ископаемые останки Fanjingshania были извлечены из образцов костного пласта формации Rongxi на участке в уезде Shiqian провинции Гуйчжоу, Южный Китай.
Эти находки представляют собой вещественные доказательства диверсификации основных групп позвоночных за десятки миллионов лет до начала так называемой «эпохи рыб» около 420 миллионов лет назад.
Исследователи определили особенности, которые отличают Fanjingshania от любого известного позвоночного. У него есть кожные пластинки плечевого пояса, которые сливаются как единое целое с рядом шипов - грудным, прегрудным и предтазовым. Кроме того, было обнаружено, что брюшная и боковая части плечевых пластин доходят до заднего края шипов грудных плавников. У этого вида отчетливые туловищные чешуи с коронками, состоящими из ряда зубчатых элементов (одонтодов), украшенных прерывистыми узловатыми гребнями. Примечательно, что развитие дентина отмечается в чешуе, но отсутствует в других компонентах кожного скелета, таких как шипы плавников.
«Это древнейшая челюстная рыба с известной анатомией», — сказал профессор Чжу Минь из Института палеонтологии и палеоантропологии позвоночных (IVPP) Китайской академии наук. «Новые данные позволили нам поместить Fanjingshania в филогенетическое древо ранних позвоночных и получить столь необходимую информацию об этапах эволюции, ведущих к возникновению важных приспособлений позвоночных, таких как челюсти, сенсорные системы и парные придатки».
С самого начала ученым было ясно, что плечевой пояс Fanjingshania с множеством шипов на плавниках является ключом к точному определению положения нового вида в эволюционном древе ранних позвоночных. Они обнаружили, что группа акантодиев, известная как климатииды, обладает полным набором плечевых шипов, обнаруженных в Фаньцзиншании. Более того, в отличие от нормального развития кожной пластинки, грудные окостенения Fanjingshania и climatiids срастаются с видоизмененными туловищными чешуями. Это рассматривается как специализация примитивного состояния челюстных позвоночных, у которых костные пластины растут из единого центра окостенения.
Неожиданно ископаемые кости Fanjingshania демонстрируют признаки обширной резорбции и ремоделирования, которые обычно связаны с развитием скелета у костистых рыб, включая человека.
«Этот уровень модификации твердых тканей беспрецедентен для хондрихтов, группы, в которую входят современные хрящевые рыбы и их вымершие предки», — сказал ведущий автор доктор Пламен Андреев, исследователь из Университета Qujing Normal. «Это говорит о большей, чем считается в настоящее время, пластичности развития минерализованного скелета в начале диверсификации челюстных рыб».
Особенности резорбции Fanjingshania наиболее очевидны в изолированных туловищных чешуях, которые демонстрируют зубчатое отслоение элементов короны и удаление кожной кости с основания чешуи. Тонкие срезы и томографические срезы показывают, что за этой резорбтивной стадией последовало отложение замещающих элементов коронки. Удивительно, но наиболее близкие примеры такого ремоделирования скелета обнаруживаются в зубных рядах и кожных зубах (зубцах) вымерших и современных костистых рыб. Однако у Fanjingshania резорбция не затрагивала отдельные зубы или зубчики, как это происходило у костистых рыб, а вместо этого удаляла область, которая включала множественные зубцы чешуи. Этот своеобразный механизм замещения больше напоминает восстановление скелета, чем типичное замещение зуба/зубца челюстных позвоночных.
Филогенетическая гипотеза Fanjingshania, в которой используется числовая матрица, полученная из наблюдаемых признаков, подтвердила первоначальную гипотезу исследователей о том, что этот вид представляет собой раннюю эволюционную ветвь примитивных хондрихтианов. Эти результаты имеют большое значение для нашего понимания того, когда возникли челюстные рыбы, поскольку они совпадают с оценками морфологических часов для возраста общего предка хрящевых и костных рыб, датируя его примерно 455 миллионами лет назад, в период, известный как ордовик.
Эти результаты говорят нам о том, что отсутствие неоспоримых остатков челюстных рыб ордовикского возраста может быть объяснено недостаточным отбором проб осадочных толщ сопоставимой древности. Они также указывают на сильную склонность к сохранению зубов, челюстей и окаменелостей сочлененных позвоночных в слоях, одновременных с Fanjingshania.
«Новое открытие ставит под сомнение существующие модели эволюции позвоночных, значительно сокращая временные рамки появления челюстных рыб от их ближайших бесчелюстных предков», — сказал доктор Иван Дж. Сансом из Бирмингемского университета.
