Учёные пересмотрели анатомию «живого ископаемого» целаканта, изменив представления об эволюции черепа позвоночных

Один из авторов исследования, Алессио Датово, рядом с образцом целаканта в Национальном музее естественной истории Смитсоновского института. Автор: Музей зоологии (MZ), USP

Целакант известен как «живое ископаемое», поскольку его анатомия почти не изменилась за последние 65 миллионов лет. Несмотря на то, что это одна из самых изученных рыб в истории, она продолжает раскрывать новую информацию, способную изменить наше понимание эволюции позвоночных. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances учёными из Университета Сан-Паулу (USP) в Бразилии и Смитсоновского института в США.

Повторно изучив черепную мускулатуру африканского целаканта (Latimeria chalumnae), авторы обнаружили, что только 13% ранее идентифицированных эволюционных мышечных новообразований для крупнейших линий позвоночных оказались точными. Исследование также выявило девять новых эволюционных преобразований, связанных с инновациями в питании и дыхании у этих групп.

«В конечном итоге целакант ещё больше похож на хрящевых рыб [акул, скатов и химер] и четвероногих [птиц, млекопитающих, амфибий и рептилий], чем считалось ранее, и ещё более отличается от лучепёрых рыб, которые составляют около половины ныне живущих позвоночных», — говорит Алессио Датово, профессор Музея зоологии (MZ) при USP, руководивший исследованием.

Среди ошибочно приписываемых целакантам эволюционных новшеств — мышцы, отвечающие за активное расширение буккофарингеальной полости, простирающейся от рта до глотки. Этот набор мышц напрямую связан с захватом пищи и дыханием. Однако исследование показало, что эти предполагаемые мышцы у целакантов на самом деле являются связками — структурами, неспособными к сокращению.

Лучепёрые рыбы (actinopterygii) и лопастепёрые рыбы (sarcopterygii) отделились от общего предка примерно 420 миллионов лет назад. К лопастепёрым относятся такие рыбы, как целаканты и двоякодышащие, а также все четвероногие, поскольку они произошли от водного предка. Сюда входят млекопитающие, птицы, рептилии и амфибии.

У лучепёрых рыб, таких как аквариумные карпы, легко заметить, как рот движется, чтобы всасывать пищу. Эта способность дала лучепёрым значительное эволюционное преимущество; сегодня они составляют около половины всех ныне живущих позвоночных.

Это фундаментальное отличие от других рыб, таких как целаканты и акулы, которые в основном питаются, кусая добычу.

«В предыдущих исследованиях предполагалось, что этот набор мышц, обеспечивающий большую всасывающую способность, также присутствует у целакантов и, следовательно, эволюционировал у общего предка костных позвоночных, что, как мы теперь показали, не соответствует действительности. Это появилось как минимум на 30 миллионов лет позже, у общего предка ныне живущих лучепёрых рыб», — отмечает Датово.

За кулисами исследования

Целаканты — чрезвычайно редкие рыбы, обитающие на глубине около 300 метров под поверхностью воды и проводящие дни в подводных пещерах.

Одна из причин, по которой они так мало изменились со времён вымирания динозавров, — это отсутствие хищников и относительно защищённая среда обитания. Это привело к медленным изменениям в их геноме, как показало исследование 2013 года, опубликованное в журнале Nature.

Первоначально целаканты были известны только по окаменелостям возрастом около 400 миллионов лет. Лишь в 1938 году было обнаружено живое животное, к изумлению учёных. В 1999 году в азиатских водах обнаружили ещё один вид (Latimeria chalumnae).

Из-за редкости музейных образцов исследователям из USP и Национального музея естественной истории Смитсоновского института пришлось проявить настойчивость, чтобы найти учреждение, готовое предоставить животных для вскрытия.

Филдовский музей в Чикаго и Вирджинский институт морских наук в США наконец согласились предоставить по одному экземпляру. По словам Датово, заслуга в получении образцов принадлежит соавтору статьи Г. Дэвиду Джонсону.

Джонсон, родившийся в 1945 году, был, по словам Датово, «вероятно, величайшим анатомом рыб своего времени». Он погиб в ноябре 2024 года в результате несчастного случая дома, пока исследование находилось на стадии рецензирования.

«Вопреки возможным представлениям, вскрытие образца не означает его уничтожение, если всё сделано правильно», — говорит Датово.

Исследователь, который занимается подобными исследованиями уже более 20 лет, потратил шесть месяцев на разделение всех мышц и костей черепа целаканта. Эти структуры теперь сохранены и могут изучаться индивидуально другими учёными, что исключает необходимость вскрывать новых животных.

Личное изучение каждой мышцы и нерва позволило авторам точно определить, что на самом деле находится в голове целаканта, указать ранее не описанные структуры и исправить ошибки, повторяющиеся в научной литературе более 70 лет.

«В литературе было много противоречий. Когда мы наконец смогли изучить образцы, мы обнаружили больше ошибок, чем предполагали. Например, 11 структур, описанных как мышцы, на самом деле оказались связками или другими видами соединительной ткани. Это имеет радикальные последствия для функционирования рта и дыхания, поскольку мышцы выполняют движение, а связки только передают его», — объясняет он.

Из-за положения целакантов на древе жизни позвоночных это открытие влияет на наше понимание эволюции черепа у всех других крупных групп позвоночных.

Используя трёхмерные микротомографические изображения черепов других групп рыб, как вымерших, так и ныне живущих, исследователи смогли определить, где располагались мышцы, обнаруженные у целакантов. Эти изображения предоставляются другими учёными, изучающими анатомию рыб с помощью 3D-сканирования.

В будущей работе Датово планирует проанализировать сходство с мышцами четвероногих, таких как амфибии и рептилии.

Больше информации: Aléssio Datovo et al, Coelacanths illuminate deep-time evolution of cranial musculature in jawed vertebrates, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt1576

Источник: FAPESP