Давно уже интригующая ученых тайна возникновения уникальной дыхательной системы черепах была недавно раскрыта африканским палеонтологом Тайлером Лайзоном благодаря окаменелостям древних рептилий из пермской формации Карру.
Трехмерная реконструкция внутренностей черепахи Chelydra serpentina. Белым цветом показан скелет, голубым – легкие, красным (розовым) – дыхательная мускулатура.
Как известно, большинство наземных позвоночных дышат благодаря циклическим расширениям и сужениям грудной клетки. Межреберные мышцы, попеременно то раздвигающие ребра, то сжимающие их обратно, действуют подобно насосу, накачивая атмосферный воздух в легкие, а затем выжимая отработанную газовую смесь наружу. Однако у черепах, по понятным причинам, эта схема работать не может – ведь их ребра слились в единый жесткий панцирь и шевелиться не способны в принципе. Зато внутри тела черепахи расположена широкая брюшная мышца, действующая наподобие диафрагмы человека, то есть как поршень, движения которого заменяют расширения и сжатия грудной клетки.
Когда и как возник этот уникальный механизм дыхания? Очевидно, его эволюция была непосредственно связана с появлением панциря, но, к сожалению, этой фразой до последнего времени и исчерпывались познания палеонтологов об истории эволюции дыхательной мускулатуры черепах. Существенно продвинуться в данном вопросе удалось доктору Тайлеру Лайзону из университета Витватерсранда.
«Кажется довольно ясным, что панцирь черепахи и ее дыхательный механизм развивались в тандеме, но что из них возникло раньше? Это немного похоже на дилемму яйца и курицы», – отметил он. Внимательно изучив анатомию и гистологию современных черепах, а также богатые сборы южноафриканских предков черепах из пермского периода, палеонтолог вместе с коллегами пришел к выводу, что дыхательный аппарат, подобный современному, имелся уже у раннего предка черепах Eunotosaurus africanus, жившего 260 млн лет назад. До появления полноценного панциря между тем оставалось еще по меньшей мере 50 млн лет.
В своей работе Лайзон показал, что эунотозавр заполняет морфологический разрыв между ранними сухопутными рептилиями и специализированными настоящими черепахами, являясь своего рода археоптериксом среди черепах. Как ему удалось выяснить, на первых этапах эволюции черепахового плана строения тела происходили постепенное увеличение жесткости стенки тела за счет расширения ребер и одновременное разделение функций между ребрами и брюшной дыхательной мускулатурой. Когда кости ребер расширились и сковали тело прочным панцирем, они уже не годились для дыхания, обеспечение которого полностью легло на мышцы живота.
«Впервые описанный в 1892 году, Eunotosaurus является одним из самых ранних предков черепах. Имеется порядка 50 их образцов из формации Карру, отличающихся многообразием и многочисленностью. Тот факт, что мы находим Eunotosaurus в самых глубоких слоях формации, говорит о том, что более ранних предков черепах нам еще предстоит открыть», – отметил соавтор исследования и коллега Лайзона по университету, профессор Брюс Рабидж.
Теперь Лайзон планирует сосредоточиться на исследовании причин, по которым ребра черепах начали расширяться. «Этот процесс является первым шагом в общем повышении жесткости стенки тела у базальных черепах, который в конечном итоге приводит к появлению полноценного панциря и уникального способа дыхания. Мы планируем изучить этот ключевой аспект, чтобы лучшее понимать, почему ребра начали расширяться», – пообещал африканский ученый.
Статья Origin of the unique ventilatory apparatus of turtles опубликована в журнале Nature Communications
Doi: 10.1038/ncomms6211
