Международная группа исследователей представляет первые наблюдения за развитием черепа и мозга у живой латимерии Latimeria chalumnae. Их исследование, опубликованное в журнале Nature, дает новый взгляд на биологию этого культового животного и эволюцию черепа позвоночных.
Латимерия Латимерия - морская рыба, тесно связанная с четвероногими, четвероногими позвоночными, включая земноводных, млекопитающих и рептилий. Считалось, что латимерии вымерли 70 миллионов лет назад, до случайной поимки живого экземпляра южноафриканским рыбаком в 1938 году. Спустя восемьдесят лет после своего открытия латимерия по-прежнему представляет научный интерес для понимания происхождения четвероногих и эволюции их ближайших ископаемых родственников - кистеперых рыб.
Одной из самых необычных особенностей латимерий является шарнирная черепная коробка, которая в остальном встречается только у многих ископаемых лопастных рыб девонского периода (410-360 миллионов лет назад). Черепная коробка латимерий полностью разделена на переднюю и заднюю части суставом, называемым «внутричерепным суставом». Кроме того, головной мозг расположен далеко в задней части черепной коробки и занимает всего 1% полости, в которой он находится. Это несоответствие между мозгом и его полостью совершенно не имеет себе равных среди живых позвоночных. То, как растет череп латимерии и почему мозг остается таким маленьким, годами озадачивало ученых. Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи изучили образцы на разных стадиях развития черепа из нескольких общедоступных коллекций естествознания.
Хотя многие экземпляры взрослых латимерий доступны в коллекциях естествознания, более ранние стадии жизни, такие как зародыши, крайне редки. Поэтому ученые использовали самые современные методы визуализации, чтобы визуализировать внутреннюю анатомию образцов, не повреждая их. В частности, они оцифровали плод длиной 5 см, самую раннюю стадию развития, доступную для латимерии, с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии в Европейском синхротроне (ESRF). За последние два десятилетия ESRF накопил уникальный опыт в разработке неинвазивных методов, широко используемых в исследованиях эволюционной биологии.
Кроме того, исследователи также визуализировали другие этапы с помощью мощного магнитно-резонансного томографа (МРТ) в Институте мозга и позвоночника (Париж, Франция) и обычного рентгеновского микро-КТ в Национальном музее «Histoire naturelle» (Париж, Франция). Эти данные были использованы для создания подробных 3D-моделей, которые позволили ученым описать, как форма черепа, головного мозга и хорды (трубка, проходящая ниже головного и спинного мозга на ранних стадиях жизни) меняется от плода к взрослый.
Они также наблюдали, как эти структуры расположены относительно друг друга на каждой стадии, и сравнивали свои наблюдения с тем, что известно о формировании черепа у других позвоночных.
В отличие от большинства других позвоночных, у которых хорда заменяется позвоночником на ранних этапах эмбрионального развития, у латимерий хорда значительно расширяется. Резкое увеличение хорды, вероятно, влияет на формирование структуры мозговой оболочки и может лежать в основе формирования внутричерепного сустава. На мозг также может повлиять увеличение хорды, поскольку относительный размер резко уменьшается в процессе развития.
Эти результаты впервые проливают свет на развитие черепа и мозга живых латимерий и открывают новые возможности для исследования эволюции головы позвоночных.
Хьюго Дьютель, ведущий автор и научный сотрудник в области палеобиологии в Бристольском университете, Великобритания, говорит: «Это очень уникальные наблюдения, но они представляют собой лишь крошечный шаг вперед по сравнению с тем, что нам известно о развитии другие виды. Вопросов пока больше, чем ответов! Латимерия до сих пор хранит много ключей к нашему пониманию эволюции позвоночных, и важно защитить этот вид, находящийся под угрозой исчезновения, и окружающую его среду».