Откуда у позвоночных челюсти

Учёные реконструировали строение мозга древнейших рыб и пришли к выводу, что образованию челюстей у них предшествовали серьезные изменения в строении мозга, а именно раздвоение обонятельного органа.

Все позвоночные, от рыб до млекопитающих, имеют пару челюстей. Исключение составляют лишь миноги и миксины, составляющие класс круглоротых. Между тем учёные до сих пор не могли понять, как предки современных позвоночных сумели получить челюсти. Из-за отсутствия более или менее значимых ископаемых останков, которые демонстрировали бы этапы образования челюстного аппарата, учёным оставалось считать это эволюционным скачком: дескать, челюсти появились из ниоткуда. Однако те, кто занимается вопросами индивидуального развития, говорили, что и строение мозга, и способ его образования во время эмбриогенеза должны были претерпеть значительные изменения, чтобы дать возможность сформироваться такой сложной вещи, как челюстные кости.

Чтобы представить эволюционные и онтогенетические процессы, сопровождавшие образование челюстей, международная группа исследователей попыталась воспроизвести строение головы древних галеаспид — вымершей группы бесчелюстных рыб.

Галеаспиды населяли моря силура и девона. По мнению палеонтологов, они являются даже более близкими родственниками челюстных позвоночных, чем ныне живущие миноги и миксины. В своей работе исследователи попытались воссоздать строение мозга галеаспид на основе рентгеноструктурного анализа ископаемых останков. (Метод позволяет детально исследовать строение костей, не нарушая их целостности.)

Как утверждают учёные в журнале Nature, эти древние рыбы уже имели парный обонятельный орган, хотя носовое отверстие у них было только одно (единственная ноздря характерна также для современных круглоротых). Это имело важнейшее значение для формирования челюстных костей. Кости эти, как и всё в нашем организме, берутся из стволовых клеток, которые в процессе индивидуального развития приходят в нужное место и дают начало разным тканям и органам. В случае с челюстями у эволюции могла возникнуть одна проблема: миграции стволовых клеток вперёд, к месту «постройки» челюстей, мог помешать обонятельный орган, лежащий как раз них на пути. Но у галеаспид обонятельный орган разделился, и стволовые клетки, предназначенные для челюстей, могли пройти между его половинками к месту, так сказать, назначения.

По примерным подсчётам, «эволюционные работы» в этом направлении могли вестись на протяжении 10 млн лет.

К подобному выводу исследователи пришли, воссоздав и проанализировав возможные варианты строения нервов и кровеносных сосудов, которые подходили к поверхности черепа древнейших рыб. Правда, разделение обонятельного органа и появление парных носовых отверстий могло произойти по самым разным причинам. Исследователи говорят, что за счёт раздвоения ноздрей у галеаспид могла улучшиться, например, вентиляция жабр. Так или иначе, современные физические методы позволили палеонтологам раскрыть ещё одну эволюционную загадку.