Исследование, проведенное учеными из Музея естественных наук в Берлине, показало эволюцию схем окостенения в позвоночнике четвероногих позвоночных. Антуан Верьер и его коллеги смогли реконструировать схему формирования костей позвоночного столба у предка всех наземных позвоночных на основе большого набора данных современных и ископаемых позвоночных с включением редких новых данных от 300-миллионнолетней рептилии Mesosaurus tenuidens. Результаты исследования опубликованы на этой неделе в журнале Scientific Reports.

Позвоночник или позвоночный столб является определяющим и дающим название признаком всех позвоночных, и его развитие в целом хорошо изучено. Однако некоторые важнейшие моменты его эволюционной истории остаются загадочными. Новое исследование, проведенное группой специалистов из Берлинского университета имени Гумбольдта и Музея естественных наук в Берлине, Германия, раскрывает новые аспекты этой истории.

Палеонтолог Антуан Верриер, первый автор исследования, проведенного в рамках его докторской диссертации, говорит, что проект начался с исключительно хорошо сохранившихся окаменелостей рептилии Mesosaurus tenuidens. Мезозавр был первой рептилией, приспособившейся к жизни в воде. Обладая длинным рылом и мощным плавательным хвостом, он обитал во внутреннем море в южных районах суперконтинента Пангея.

"На некоторых редких молодых экземплярах мы заметили, что невральные дуги - шипы, расположенные на вершине основной части позвонка, - закрывались от головы к хвосту по мере роста животных, подобно молнии. Мы хотели понять, как эта закономерность вписывается в эволюционную историю наземных позвоночных, но быстро поняли, что имеющейся информации на удивление мало. Поэтому мы решили изучить этот вопрос самостоятельно".

Команда изучила четыре основные схемы развития позвоночного столба амниот:

    Окостенение центрума (основного тела позвонка).
    Окостенение парных нервных дуг
    Слияние первоначально формирующихся парных элементов нервных дуг в один позвоночник
    Слияние нервных дуг с центрумом, также называемое нейроцентральным слиянием.

Они использовали статистические модели, чтобы проследить, как эти различные модели изменялись на протяжении примерно 300 миллионов лет истории наземных позвоночных, и с их помощью смогли реконструировать модели общего предка всех наземных позвоночных.

"Больше всего нас удивило то, что эти узоры, похоже, оставались относительно стабильными на протяжении последних 300 миллионов лет", - говорит профессор Йорг Фрёбиш. "Современные и вымершие позвоночные чрезвычайно разнообразны по форме тела и образу жизни, а элементы их позвоночных столбов организованы в сложные блоки, которые сильно различаются между видами. Тем не менее, схемы окостенения оказались гораздо более консервативными, чем можно было ожидать, исходя из большого морфологического разнообразия."

Хотя изученные закономерности были относительно стабильными на протяжении всей эволюции, учитывая огромный временной диапазон, некоторые отклонения все же имели место. Примечательно, что птицы, млекопитающие и приземистые рептилии развили свои собственные специфические способы окостенения позвонков, которые отличаются от предкового состояния у амниот. И опять же, в пределах этих групп модели также оказались на удивление стабильными.

"Страусы и чайки, например, имеют совершенно разные анатомии и образ жизни, но их позвоночные столбы окостеневают похожим образом. Это показывает, что между основными линиями наземных позвоночных наблюдаются некоторые изменения, но внутри каждой из основных линий развитие позвоночника остается довольно стабильным", - говорит профессор Надя Фрёбиш.

"Наше исследование - еще один прекрасный пример того, как данные ископаемых и современных животных могут объединиться, чтобы получить действительно более глубокую картину развития и эволюции основных структур тела", - говорит Антуан Верьер.