Акулы все-таки потеряли скелет

Молекулярные биологи из Австралии наконец поставили точку в дискуссии, которая тянется уже более ста лет между эволюционистами и палеонтологами. Первые считали, что у хрящевых рыб никогда не было костного скелета, а вторые — что когда-то он был. Исследователи обнаружили у хрящевых рыб комплекс белков, отвечающих за формирование костной ткани.

Дискуссия о том, был ли у хрящевых рыб изначально костный скелет (который потом они по каким-то причинам потеряли) или нет — достаточно старая. Она началась еще в первой половине прошлого века, и вели ее два ученых с мировым именем — отечественный эволюционист и сравнительный анатом Алексей Николаевич Северцов и шведский палеонтолог Эрик Хельге Освальд Стенше. Причем первый считал, что у акул и их родственников скелета никогда не было, а второй — полагал, что все-таки был, но со временем "сплыл".

Следует заметить, что система аргументации обоих ученых была совершенно различной. Северцев в основном приводил свои аргументы, исходя из строения тела современных животных — именно основываясь на нем, он и делал заключение о тенденциях эволюции. Кроме того, Алексей Николаевич был "прогрессистом" — он был уверен, что формирование крупных групп животных идет путем ароморфозов — прогрессивных эволюционных изменений строения тела, что приводят к общему повышению уровня организации организмов.

Ну, а если посмотреть на эволюцию низших позвоночных с такой точки зрения, то все становится ясно — сначала появляются представители группы бесчелюстных (Agnatha), из которых до современности дожили лишь миноги и миксины. У них скелет исключительно хрящевой. Далее возникают рыбы, одни из которых имеют аналогичный скелет, а другие — окостеневший. Северцов счел это окостенение тем самым ароморфозом, что поднял костистых рыб на эволюционно новый уровень и "назначил" их более "продвинутой" группой. А хрящевых, которые по строению скелета были близки к бесчелюстным, по его мнению, были более примитивными — они сформировались еще до того, как началось окостенение, и, соответственно, "получить" костный скелет никак не могли.

В отличие от Северцова, который, честно говоря, не часто прибегал к палеонтологической аргументации, Эрик Стенше, как и следовало ожидать, базировал свою точку зрения именно на данных каменной летописи Земли. Он утверждал, что в скелетах древних хрящевых рыб достаточно часто находятся окостеневшие элементы. Например, у акулы Doliodus problematicus, которая бороздила океаны 409 млн лет тому назад, в плавниках имелись твердые костные шипы, похожие на таковые костистых рыб. Окостенения встречаются и у ее близких и дальних родственников из позднего палеозоя и раннего мезозоя, тогда как уже ближе к меловому периоду костная ткань совершенно исчезает из скелетов этих животных.

Таким образом, Стенше предполагал, что, видимо, изначально костным скелетом обладали как предки современных костных, так и хрящевых рыб (и вполне возможно, этот скелет образовывался у них независимо). Однако последние через некоторое время стали "облегчать себе жизнь", избавляясь от костных элементов в скелете и возвращаясь к его хрящевому варианту. Причину этого Стенше видел в том, что так было легче плавать, ибо плавательный пузырь в те времена был еще весьма и весьма неразвит у обеих групп рыб (у хрящевых в итоге он так и не появился). И в этих условиях облегчение скелета давало большие эволюционные преимущества — хрящевые рыбы смогли перейти к активному плаванию в толще воды уже в конце палеозоя, тогда как костистые фактически "ползали по дну" еще до середины мезозоя.

Впрочем, этот спор был призван решить не только локальный зоологический, но и глобальный эволюционный вопрос. В самом деле, если прав оказался бы Северцов, то получается, что эволюция скелета позвоночных шла только в одном направлении — путем прогресса. Ну, а если ближе к истине оказалась бы точка зрения Стенше, то можно быть уверенным в том, что все это происходило нелинейно и прогресс легко сменялся регрессом, формируя таким образом окончательный облик современных животных.

Следует заметить, что оба ученых так и не смогли в итоге докопаться до истины и каждый остался при своем мнении. Их дискуссию продолжили ученики, причем последователи Стенше обвиняли своих оппонентов в игнорировании палеонтологических данных, а последние указывали на слабое место в аргументации шведского палеонтолога — ведь не было найдено не то чтобы ископаемого ряда, демонстрировавшего постепенную потерю хрящевыми скелета, но и даже полностью окостеневшей акулы.

В итоге недавно ученым все-таки удалось поставить точку в этом споре. Правда, сделали это не палеонтологи и не эволюционисты, а… молекулярные биологи. Исследователи из Школы медицинских наук Мельбурнского королевского технологического института (Австралия) сначала решили выяснить, что за белки отвечают у рыб за формирование костей. Вообще, у позвоночных животных часто за формирование подобных структур отвечает белок-регулятор под названием Wnt. Он влияет на многие внутренние процессы в клетках, в частности на активность ряда генов. В частности, этот белок может активировать другой регулятор — бета-катенин, который, исходно находясь в цитоплазме, после этого проникает в ядро и запускает гены, белки которых начинают процесс формирования костных тканей (Sfrp и склеростин).

Так вот, исследовав геном одной из самых древних хрящевых рыб, сохранившихся до наших дней почти без изменений — химеры Callorhinchus milii, ученые выяснили, что гены, кодирующие Wnt и бета-катенин там есть. Более того, они расположены в геноме этой хрящевой рыбы примерно также, как и в таковом млекопитающего. Ну, а это означает только одно — данная хрящевая рыба вполне может синтезировать костный скелет, если "захочет", по крайней мере, молекулярных ограничений на это нет. Другое дело, что ей это не нужно — в отсутствии плавательного пузыря все хрящевые предпочтут иметь облегченный скелет, иначе они просто не смогут плавать.

Как видите, судя по всему, Стенше был прав — при формировании рыб из бесчелюстных у первых возник твердый скелет. Однако вот использовали они это приобретение по-разному. Хрящевые рыбы через какое-то время, поняв все ограничения, которые накладывала эта структура на их передвижение, решили вовсе отказаться от этого эволюционного "подарка". Что является хорошим доказательством того, что в эволюции позвоночных действительно прогрессы могли сменяться столь же бурными регрессами…

Антон Евсеев