Палеонтологи из Чикагского университета обнаружили первую детальную окаменелость миксины, слизистого, похожего на угря, питающегося падалью океана. Окаменелость возрастом 100 миллионов лет помогает ответить на вопросы о том, когда эти древние бесчелюстные рыбы отделились от эволюционного древа от линии, давшей начало современным позвоночным с челюстями, включая костистых рыб и людей.
Ископаемое, названное Tethymyxine tapirostrum, представляет собой 12-дюймовую рыбу, встроенную в плиту известняка мелового периода из Ливана. Он заполняет 100-миллионный пробел в летописи окаменелостей и показывает, что миксины более тесно связаны с кровососущей миногой, чем с другими рыбами. Это означает, что и миксины, и миноги развили свою форму тела, похожую на угря, и странные системы питания после того, как они отделились от остальных позвоночных около 500 миллионов лет назад.
«Это серьезная реорганизация генеалогического древа всех рыб и их потомков. Это позволяет нам установить эволюционную дату уникальных черт, которые отличают миксин от всех других животных», - сказал Тецуто Мияшита, доктор философии, Чикагский научный сотрудник кафедры биологии и анатомии организмов Калифорнийского университета в Чикаго, руководивший исследованием. Результаты опубликованы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Раздача слизистых мертвецов
Современные миксины известны своим причудливым, кошмарным внешним видом и уникальным защитным механизмом. У них нет ни глаз, ни челюстей, ни зубов, которыми они могли бы кусать, вместо этого они используют шипастый языкоподобный аппарат, чтобы сдирать плоть с мертвой рыбы и китов на дне океана. Когда их беспокоят, они могут мгновенно превратить воду вокруг себя в облако слизи, забивающее жабры потенциальных хищников.
Эта способность производить слизь - вот что дало окаменелость тетимиксина. Мияшита использовал технологию визуализации под названием синхротронное сканирование в Стэнфордском университете, чтобы идентифицировать химические следы мягких тканей, которые остались в известняке, когда миксина окаменела. Эти мягкие ткани редко сохраняются, поэтому так мало примеров древних родственников миксин для изучения.
Сканирование уловило сигнал кератина, того же материала, из которого состоят ногти у людей. Кератин, как оказалось, является важной частью того, что делает защиту слизи миксины такой эффективной. Миксины имеют ряд желез вдоль тела, которые производят крошечные пакеты из плотно скрученных кератиновых волокон, смазываемых слизисто-липкой массой. Когда эти пакеты попадают в морскую воду, волокна взрываются и захватывают воду внутри, превращая все в помои, которыми акулы задыхаются. Волокна настолько прочны, что при высыхании напоминают шелковые нити; их даже изучают как возможные биосинтетические волокна для изготовления одежды и других материалов.
Мияшита и его коллеги обнаружили более сотни скоплений кератина вдоль тела окаменелости, а это означает, что древняя миксина, вероятно, развила свою слизистую защиту, когда в морях появились грозные хищники, такие как плезиозавры и ихтиозавры, которых мы больше не видим сегодня.
«Теперь у нас есть окаменелость, которая может отодвинуть происхождение строения тела, похожего на миксину, на сотни миллионов лет», - сказал Мияшита. «Теперь следующий вопрос заключается в том, как это меняет наш взгляд на отношения между всеми этими ранними линиями рыб».
Перетряхиваем генеалогическое древо позвоночных
Особенности новой окаменелости помогают разместить миксин и их родственников на генеалогическом древе позвоночных. В прошлом ученые расходились во мнениях относительно того, кому они принадлежат, в зависимости от того, как они решали вопрос. Те, кто опирается только на ископаемые свидетельства, склонны заключать, что миксины настолько примитивны, что даже не являются позвоночными. Это означает, что у всех рыб и их позвоночных потомков был общий предок, более или менее похожий на миксину.
Но те, кто работает с генетическими данными, утверждают, что миксины и миноги более тесно связаны друг с другом. Это говорит о том, что современные миксины и миноги - лишние в генеалогическом древе позвоночных. В таком случае примитивный вид миксин и миног обманчив, а общий предок всех позвоночных, вероятно, был чем-то более условно рыбоподобным.
Работа Мияшиты примиряет эти два подхода, используя физические доказательства анатомии животного из окаменелостей, чтобы прийти к такому же выводу, что и генетики: миксины и миноги должны быть сгруппированы отдельно от остальных рыб.
«В некотором смысле это меняет повестку дня в том, как мы понимаем этих животных», - сказал Майкл Коутс, доктор философии, профессор биологии и анатомии организмов в Калифорнийском университете в Чикаго и соавтор нового исследования.«Теперь у нас есть важное подтверждение того, что они представляют собой отдельную группу. Хотя они по-прежнему являются частью биоразнообразия позвоночных, теперь мы должны более внимательно посмотреть на миксин и миног и признать их кажущуюся примитивность специализированным состоянием.
В последние несколько лет палеонтологи все чаще используют сложные методы визуализации, но исследование Мияшиты - одно из немногих, в которых используется синхротронное сканирование для идентификации химических элементов в окаменелостях. Хотя было крайне важно обнаружить анатомические структуры в окаменелостях миксины, он считает, что это также может быть полезным инструментом, помогающим ученым обнаруживать краску или клей, используемые для украшения окаменелости или даже для прямой подделки образца. Любая попытка оживить ископаемый образец оставляет химические отпечатки пальцев, которые светятся, как праздничные украшения при синхротронном сканировании.
«Я впечатлен тем, что Tetsuto выстроил здесь, - сказал Коутс. «Он максимально использовал все различные методы и подходы, которые можно применить к этой окаменелости, чтобы извлечь из нее информацию, понять ее и тщательно проверить».
Исследование «Миксина из мелового периода в море Тетис и примирение морфолого-молекулярного конфликта в филогении ранних позвоночных» было поддержано Национальным научным фондом и Национальным советом по научным и инженерным исследованиям (Канада). Дополнительные авторы включают Роберта Фаррара и Питера Ларсона из Института геологических исследований Блэк-Хиллз; Филипп Мэннинг и Рой Вогелиус из Манчестерского университета; Николас Эдвардс и Уве Бергманн из Национальной ускорительной лаборатории SLAC; Дженнифер Энн из Детского музея Индианаполиса; и Ричард Палмер и Филип Карри из Университета Альберты.