Ученые обнаружили наиболее успешные окаменелые челюсти эпохи палеозоя

Новости МирТесен

Появление челюстей и способность откусывать и пережевывать пищу стало значительным этапом в развитии позвоночных. Новое исследование палеонтологов проливает свет на процесс формирования этой ключевой части скелета и на ранние стадии ее эволюции.

Практически все современные позвоночные, включая млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, хрящевых и костных рыб — имеют нижнюю челюсть, которая нужна для откусывания и пережевывания. Однако миноги и другие круглоротые, самые примитивные из современных позвоночных, челюстей лишены.

Изначально челюсти отсутствовали у всех существ — древнейшие известные позвоночные в этом плане были похожи на простейших миног. Этих бесчелюстных делает и, скажем, отсутствие миелина, что было критически важно для оперативного распространения нервного импульса по нервной системе.

Первые позвоночные дышали под водой, используя жабры. Жаберные дуги, поддерживающие эти жабры, состояли из костных структур. Впоследствии именно эти кости смогли изменить свою функцию и стать основой для первых челюстей.

«Челюсти представляют собой важнейший компонент строения гнатостомов, то есть животных, обладающих челюстями» рассказал Вильям Дикин, аспирант Университета Бристоля (Великобритания) и один из авторов свежего исследования. — Эти структуры не только получили широкое распространение: челюсти присутствуют почти у всех позвоночных и всегда служат для захвата и переработки пищи. В отличие от этого, передние или задние конечности, а также хвост, могут иметь самое разное назначение».

Поэтому Уильям считает делают челюсти весьма ценным объектом для изучения эволюционных процессов. На самом деле, эту часть черепа различных позвоночных можно описать с помощью четко определенных и универсальных характеристик – что позволяет проводить их объективное сравнение.

Чтобы разобраться с этим вопросом, авторы новой статьи в журнале Science AdvancesУченые изучили 121 вид древних позвоночных, зафиксировав 45 различных характеристик челюстей каждого из них. Исследование охватило преимущественно плакодерм, или панцирных рыб — тех, кто населял моря в конце силурийского и девонского периодов палеозойской эры. Следует указать, что плакодермы впоследствии полностью исчезли. Важно подчеркнуть, что, несмотря на визуальное сходство, эти животные не являются близкими родственниками современных «настоящих» рыб.

Среди проанализированных вариантов присутствует и хорошо известный дунклеостей ( Dunkleosteus) — мощные челюсти, способные разрушить даже самую крепкую кость. При этом стоит отметить, что отсутствовало… зубов: их ему заменяли острые края костей.

В процессе исследования ученые использовали передовые математические методы и анализ данных для определения ключевых факторов, влияющих на эволюцию строения челюстей. Для этой цели был разработан обширный набор виртуальных моделей «гипотетических челюстей», а также создано пространство морфологических характеристик, позволившее провести количественное описание и сопоставление всего разнообразия форм.

Палеонтологи пришли к заключению, что древнейшие челюсти отличались эффективной структурой для быстрого смыкания и обладали высокой прочностью. Это позволяет предположить, что их владельцы были хищниками. Интересно, что самыми удачными конструкциями оказались древнейшая. С появлением новых систематических групп челюстной аппарат претерпевал значительные изменения и нередко утрачивал свои первоначальные оптимальные характеристики.

Эволюционное расхождение позвоночных привело к тому, что им пришлось выбирать между мощными и быстро закрывающимися челюстями. Этот выбор оказал влияние на дальнейшее эволюционное развитие многих позвоночных.