Международная группа ученых исследовала развитие черепа и головного мозга у латимерий – единственного современного представителя ископаемого отряда целакантообразных, сообщается на сайте исследовательского ускорительного комплекса ESRF. Работа, опубликованная в журнале Nature, дает новое понимание биологии этого культового животного и эволюции черепа позвоночных.
Целакант (сокращенное название целакантообразных) латимерия – морская рыба, которая тесно связана с позвоночными четвероногими, включая земноводных, млекопитающих и рептилий. Считалось, что целаканты вымерли около 65 миллионов лет назад, пока в 1938 году не был пойман живой образец этого ископаемого отряда. Спустя восемьдесят лет после открытия, латимерия по-прежнему представляет научный интерес для ученых: она фактически позволяет заглянуть в эпоху динозавров и проследить происхождение тетрапод (четвероногих) и эволюцию ближайших ископаемых родственников латимерий – лопастеперых рыб.
Одна из самых необычных особенностей латимерии – ее «шарнирный» череп, который встречается только у многих ископаемых рыб с плавниками из девонского периода (410-360 миллионов лет назад). Череп латимерии разделен внутренним суставом на переднюю и заднюю части: благодаря этому рыба может открывать рот не только с помощью опускания нижней челюсти, но также поднимая верхнюю. Кроме того, мозг лежит далеко от задней части черепной коробки и занимает всего 1% полости, в которой он находится. Это несоответствие между мозгом и его полостью совершенно не имеет аналогов среди живых позвоночных. Как формируется такой «двухкамерный» череп и почему мозг остается таким маленьким – эти вопросы годами ставили ученых в тупик. Чтобы ответить на них, исследователи изучили образцы латимерий на разных этапах развития латимерии из нескольких общедоступных коллекций.
Многие образцы взрослых рыб хранятся в естественнонаучных коллекциях, но ученым нужны были образцы на более ранних стадиях жизни – например, плод, – а они встречаются крайне редко и являются очень ценными. Поэтому ученые использовали современные методы, чтобы визуализировать внутреннюю анатомию образцов, не повреждая их. В частности, они получили цифровое изображение плода длиной пять сантиметров – самой ранней стадии латимерии – с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии на Европейском синхротроне (ESRF). За последние два десятилетия команда ESRF разработала уникальные неинвазивные методы, которые широко используются в исследованиях по эволюционной биологии.
Кроме того, исследователи также изобразили другие стадии развития с помощью мощного сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ) в Институте мозга и позвоночника (Франция) и обычного рентгеновского микро-КТ-сканирования в Национальном музее естественной истории (Франция). Эти данные были использованы для создания подробных трехмерных моделей, которые позволили ученым описать, как форма черепа, головного мозга и хорды (эластичная «трубка», проходящая ниже мозга и спинного мозга на ранних этапах жизни) меняются в процессе роста организма.
Они также наблюдали, как эти структуры располагаются относительно друг друга на каждой стадии, и сравнивали свои наблюдения с тем, как формируется череп у других позвоночных.
В отличие от большинства других позвоночных, где хорда заменяется позвоночником в начале эмбрионального развития, у латимерии хорда значительно расширяется. Резкое увеличение хорды, вероятно, влияет на формирование структуры мозга и может лежать в основе формирования внутричерепного сустава. Мозг может также пострадать от увеличения хорды, так как его размер резко уменьшается по мере роста рыбы.
Эти результаты впервые освещают развитие черепа и мозга латимерии и открывают новые возможности для исследования эволюции головы позвоночных.
[Фото: LAURENT BALLESTA, GOMBESSA EXPEDITIONS, ANDROMEDE OCEANOLOGY LT., Dutel et al.]
