Дослідити еволюцію людських черепів допоможуть стародавні скам’янілості риб

Скам’янілий череп риби віком 455 мільйонів років розкриває анатомію, яка є абсолютно новою для вивчення хребетних тварин, заповнюючи прогалину в знаннях на 100 мільйонів років.

Вивчення безщелепної риби ордовицького періоду Eriptychius americanus свідчить про те, що ранній розвиток захисного купола мозку хребетних був складнішим, ніж вважали вчені.

“Це заповнює велику прогалину в нашому розумінні еволюції черепа всіх хребетних, в тому числі і людини”, – говорить Річард Дірден, палеобіолог з Центру біорізноманіття Naturalis в Нідерландах і провідний автор нової статті.

Еволюція черепної коробки – найважливішої структури у всіх хребетних, яка захищає тендітну нервову систему від здавлювання – вивчена недостатньо.

Однак той факт, що вони чітко відрізняються у живих щелепних і безщелепних риб, може дати нам деякі підказки.

Важливою зміною в історії хребетних був розвиток гнатостомних, або щелепних хребетних, від лінії безщелепних предків. На жаль, між найдавнішими хребетними та сучасними рибами існує прогалина у скам’янілостях: найдавніший відомий збережений тривимірний череп хребетних датується приблизно 100 мільйонами років після появи перших хребетних.

Безщелепні риби Ордовицького періоду є одними з найдавніших хребетних, виявлених на сьогоднішній день, але про їхню анатомію мало що відомо через відсутність зчленованих решток. Принаймні, до цього часу.

“На перший погляд, еріптихій – не найкрасивіша зі скам’янілостей, – каже Дірден. “Однак, використовуючи сучасні методи візуалізації, ми змогли показати, що він зберігає щось унікальне: найдавнішу тривимірно збережену голову хребетної тварини у викопних рештках”.

Використовуючи рентгенівську техніку під назвою комп’ютерна томографія, Дірден і його колеги змогли цифрово реконструювати череп Eriptychius за фрагментами кісток, які були виявлені в гірській породі в Хардінг-Сандстоун, штат Колорадо, в 1940-х роках.

Зображення робочого процесу, що показує скановану викопну рештку Eriptychius americanus, модель і 3D-зображення. (Польовий музей природничої історії / Річард Дірден / Іван Самсон)

Їх реконструкція показує, що еріптихіус мав новий підхід до скелетування черепа, який контрастував з єдиним, злитим черепним корпусом сучасних щелепних риб.

Симетричний набір мінералізованих хрящів у голові еріптихіуса між нюховою цибулиною та областю очей міг слугувати для захисту мозку та органів чуття.

Це певним чином схоже на анатомію живих безщелепних риб – так званих циклостом (згадаймо міног), які мають повністю зв’язану хрящову оболонку, що утримує мозок. Але в ериптихів ці хрящі не з’єднані між собою у відкритий каркас, а радше охоплюють їхні структури окремо.

Команда вчених вважає, що ці хрящі утворилися з інших клітин, ніж ті, що беруть участь у хрящовій оболонці головного мозку живих безщелепних хребетних.

“Істотна відмінність нейро-краніальної анатомії ордовицьких еріптихів від циклостом або гнатостом допомагає пояснити, чому було так важко провести пряме анатомічне порівняння між черепами цих двох груп живих хребетних”, – пише команда в своїй статті.

Таким чином, Eriptychius може являти собою крок в еволюції структур, які відокремлюють мозок від інших частин голови.

Дослідники припускають, що ці особливості черепа можуть відображати умови, в яких розвивалися як щелепні, так і безщелепні хребетні. Схоже, що у ранніх щелепних хребетних простір між зовнішнім скелетом і мозком заповнювала мозкова оболонка.

“Це надзвичайно цікаві результати, які можуть розкрити ранню еволюційну історію того, як примітивні хребетні захищали свій мозок”, – говорить палеобіолог Іван Сансом з Бірмінгемського університету у Великобританії.

“Eriptychius americanus, схоже, є першим доказом існування ряду хрящів, що відокремлюють мозок від решти голови”.

Такого рівня реконструкції зразка раніше не робили, попри те, що він тривалий час перебував у музейних сховищах.

“Це дослідження підкреслює важливість музейних колекцій і застосування нових методів у їх вивченні”, – каже Сансом.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.