Согласно новому исследованию Примитивные дышащие воздухом рыбы, прямые предки которых впервые появились около 400 миллионов лет назад, демонстрируют механизмы, контролирующие работу сердца, которые ранее считались присущими только млекопитающим.
У млекопитающих частота сердечных сокращений увеличивается при вдохе и уменьшается при выдохе - кардиореспираторный процесс, известный как дыхательная синусовая аритмия (РСА). Многие ученые считали, что этот процесс и лежащие в его основе механизмы контроля происходят исключительно у млекопитающих, но настоящее исследование ставит под сомнение это предположение.
Ученые из Великобритании и Бразилии изучали южноамериканскую двоякодышащую рыбу, Lepidosiren paradoxa, и обнаружили, что системы, позволяющие этому примитивному позвоночному контролировать кровоток во время дыхательных циклов, очень похожи на те, что обнаружены у млекопитающих.
Двоякодышащие рыбы относятся к древней группе кистеперых рыб (класс Dipnoi), у которых непрерывная летопись окаменелостей берет свое начало в девонском периоде около 400 миллионов лет назад. Это было время, когда первые позвоночные выползли на сушу, дав начало земноводным, а в последующие тысячелетия - рептилиям, птицам и млекопитающим.
С их протолегкими и протоконечностями двоякодышащие рыбы представляют собой самую раннюю стадию эволюции дышащих воздухом позвоночных. Они населяют тропические, пресноводные бассейны и реки с медленным течением, которые часто содержат очень низкий уровень растворенного кислорода и могут исчезнуть в сухой сезон..
Двоякодышащие рыбы имеют тот же тип периодического дыхания, что и наземные позвоночные, они поднимаются к поверхности воды через равные промежутки времени, чтобы проветрить свой похожий на легкие орган, дышащий воздухом, и зависят исключительно от этих легких для поглощения кислорода во время засухи.
Во главе с экспертами из Университета Бирмингема и Федерального университета Сан-Карлоса (UFSCar) в Сан-Паулу международная команда опубликовала свои выводы в журнале Science Advances.
Профессор Тед Тейлор из Университета Бирмингема сказал: «Когда двоякодышащие рыбы глотают воздух на поверхности воды, их сердцебиение мгновенно увеличивается, что сигнализирует о переброске крови в легкие существа».
Это возможно, потому что у животного неразделенное сердце, что позволяет варьировать пропорцию крови, отводимой в легкие; в отличие от млекопитающих, у нас есть полностью разделенное сердце с равными объемами крови, перекачиваемой отдельно в легкие и тело с каждым ударом сердца.
"Наше исследование установило четкую функцию у двоякодышащих рыб этого увеличения частоты сердечных сокращений в максимальном поглощении кислорода во время каждого вдоха, что не было окончательно продемонстрировано для RSA у млекопитающих. Это предполагает, что это может быть пережитком их связи. к древним земноводным предкам."
Профессор Тейлор добавил, что «двоякодышащие рыбы имеют относительно сложную систему контроля, которая генерирует эти изменения частоты сердечных сокращений, связанные с дыханием, со свойствами, которые предвосхищают описанные для млекопитающих».
"Мы обнаружили, что они включают несколько мест расположения нервных клеток в стволе мозга, которые иннервируют сердце изолированными волокнами, проводящими быстрые импульсы, вызывая мгновенную сердечную реакцию на каждый вдох".
Эта иллюстрация рыбы с доказанным древним происхождением высокоразвитой системы, контролирующей изменения частоты сердечных сокращений, предполагает, что ее эволюция была обязательно связана с появлением дыхания воздухом через легкие примитивных позвоночных, а не с гораздо более поздним появлением млекопитающих..
Это понимание ставит под сомнение предположения о примате млекопитающих, сделанные некоторыми биомедицинскими физиологами и многими психобиологами, демонстрируя, что «примитивные» механизмы, хотя и ранние, не обязательно просты.