Земноводные произошли от древних кистеперых рыб. Происхождение земноводных

26.09.2019

Земноводные возникли в нижнем или среднем девоне, т. е. не меньше 300 млн. лет назад. Предками их были рыбы, обладающие легкими и такими парными плавниками, из которых могли развиться пятипалые конечности. Таким требованиям удовлетворяют древние кистеперые рыбы. Они обладают легкими, а в скелете их парных плавников отчетливо обнаруживаются элементы, гомологичные частям скелета наземной пятипалой конечности. На то, что предками земноводных были действительно древние кистеперые рыбы, указывает также поразительное сходство покровных костей их черепа с костями черепа палеозойских земноводных. Так же как у земноводных, у кистеперых встречались как верхние, так и нижние ребра. Напротив, двоякодышащие рыбы, также обладающие легкими, по целому ряду признаков значительно отличаются от земноводных.

Таким образом, особенности дыхания и передвижения, обеспечивающие возможность выхода на сушу, предки земноводных приобрели, будучи еще настоящими водными позвоночными. Причиной возникновения этих приспособлений, видимо, был особый режим пресных водоемов, в которых жили некоторые кистеперые рыбы, периодическое пересыхание их или бедность кислородом. Однако ведущим биологическим фактором, определившим разрыв предков земноводных с водоемом, закрепление их на суше, были новые кормовые возможности, найденные ими в новой среде обитания. Наибольшего разнообразия и численности земноводные достигли в каменноугольном и Пермском периодах, отличавшихся ровным, влажным и теплым климатом на больших пространствах.

Ископаемые палеозойские земноводные относятся к группе стегоцефалов, или панцирноголовых. Их раньше выделяли в особый подкласс стегоцефалов (Stegocephalia) в противоположность современным земноводным, объединяемым в подкласс беспанцирных (Lissamphibia). Однако выяснено, что современные отряды земноводных произошли от различных древних отрядов. Следовательно, такое разделение искусственно.

Характернейшей особенностью стегоцефалов был сплошной панцирь из кожных костей, покрывавший черепную коробку сверху и с боков (стегальный череп), так что оставались отверстия только для ноздрей, глаз и теменного органа, который у них был, по-видимому, хорошо развит. Кроме того, у большинства форм был брюшной панцирь, состоявший из налегающих друг на друга костных чешуек и покрывавший брюшную сторону животного. Этот панцирь мог иметь двоякое защитное значение: во время плавания по поверхности водоема (сверху тело не нуждалось в защите, так как тогда сухопутных позвоночных еще не существовало) и при ползании по неровной почве. Стегоцефалы отличались от современных земноводных рядом примитивных признаков (в том числе костным панцирем), унаследованных от кистеперых рыб.

Кроме того, у некоторых форм, судя по капролитам (окаменевший кал), имелся спиральный клапан в кишечнике, иногда таз еще не сочленялся с позвоночником, а плечевой пояс сохранял связь с черепом, часто и передние конечности были снабжены пятью пальцами и т. д. В течение каменноугольного и пермского периодов, обозначаемых часто как век земноводных, стегоцефалы достигли большой численности и разнообразия. Учитывая ископаемые остатки стегоцефалов, палеонтологи в настоящее время разделяют класс земноводных на два подкласса: дугопозвонковых (Apsidospondyli) и тонкопозвонковых (Lepospondyli), Первый подкласс делят на два надотряда: надотряд Labyrinthodontia объединяет разнообразных лабиринтодонтов (4-5 отрядов) и надотряд прыгающих (Salientia), включающий всех многообразных современных бесхвостых (отряд Anura). Ископаемый бесхвостых амфибий выделен в отдельный отряд (Proanura).

Лабиринтодонты (Labyrinthodontia) были наиболее разнообразны. У них «лаби-онтный» тип зубов, имевшийся уже у древних кистеперых рыб, достигал наибольшего развития, так что на поперечном разрезе зубов видна необычайно сложная разветвляющихся эмалевых петель. К лабиринтодонтам относились крупные земноводные каменного, пермского и триасового периодов. 3а это время они претерпели большие изменения: ранние формы имели умеренные размеры и рыбообразную форму тела, более поздние достигали очень крупной величины (череп до 1 м и больше), тело их было укорочено и утолщено заканчивалось коротким толстым хвостом. Второй подкласс - тонкопозвонковых (Lepospondyli) включает три отряда дефалов каменноугольного периода.

то были мелкие, но очень хорошо приспособленные к жизни в воде амфибии, много которых вторично утратили конечноти. Этих лепоспондил считают исходными формами для современных отрядов хвостатых (Urodela) и безногих (Apoda) земноводных. Почти все стегоцефалы вымерли в пермский период и в течение триасового доживали свой век лишь немногочисленные, крайне специализированные лабиринтодонты. Начиная с верхней юры и нижнего мела появляются вполне типичные бесхвостые и хвостатые земноводные. Амфибии третичного периода уже мало отличаются от ныне живущих.

Кистеперые рыбы - это один из самых древних видов рыб, которых считали вымершими 70 млн. лет назад. Но в 1938 году произошла сенсация - ученые случайно узнали, что на Земле еще жива одна древнейшая из древних кистеперая рыба. Назвали эту «воскресшую» из морских глубин живую «ископаемую» рыбу латимерией, изучили, описали и взяли под охрану.

Кистеперые рыбы (Crossopterygii) - надотряд лопастеперых рыб - являются древнейшей группой рыб. До начала 20 века кистеперые считались вымершими в глубокой древности - 70 млн. лет назад, но в 1938 году выловили диковинную рыбу и ученые признали ее древней кистеперой рыбой. Латимерия, так назвали рыбу, - это единственный представитель кистепёрых рыб, доживших до наших дней. Обитает латимерия только в районе Коморских островов на глубине 400-1000 метров.

Кистеперые рыбы появились 406-360 млн. лет назад и вымерли около 70 млн. лет назад, считают ученые. Их ископаемые остатки обнаружены в морских и пресных водах по всей планете. Из отряда кистеперых рыб ученые выделяют 17 семейств. Рыбы имели длину от 7 см до 5 метров, были малоподвижны. Кистеперые рыбы имели многочисленные конические зубы, что выдает в них серьезных хищников.

Большую часть времени кистеперые рыбы проводили на дне, по которому передвигались при помощи плавников.

Необычное строение плавников и дало название рыбе. В результате передвижения по дну у этих рыб развилась мощная мускулатура в основании плавников. Скелет мясистых плавников состоял из нескольких разветвленных в форме кисти сегментов, вот ученые и дали название этим «ископаемым» рыбам - «кистеперые».

Современные ученые полагают, что от пресноводных кистеперых произошли первые земноводные, которые вышли на сушу и дали начало земным позвоночным животным. Такая версия выхода живых существ из моря на сушу в научном мире не однозначная и не бесспорная, но то, что ряд кистепёрых рыб, например, тиктаалик - Tiktaalik, имели ряд переходных признаков, сближающих их с земноводными - это доказанный факт. Пресноводные кистеперые, например, имели двойное дыхание: жаберное и легочное.

Наука высоко оценивала заслуги кистеперых в эволюции земных животных: бегали по дну мирового океана, преобразовались, включили «второе дыхание», вышли на берег и дали шанс нам, сухопутным. Но, подарив сухопутную жизнь другим существам, сами, как динозавры, вымерли.

Настоящей сенсацией стала живая кистеперая рыба, которую случайно поймали в 1938 в Южной Африке в устье реки Халумнэ на глубине 70 м. Рыба имела длину около 150 сантиметров и весила 57 килограммов. Профессор Дж. Смит отнес ее к целакантам и в 1939 опубликовал описание нового вида. Рыбу нового вида, относящуюся к вымершим «ископаемым» рыбам назвали латимерией (Latimeria chalumnae), в честь хранительницы музея мисс Куртенэ-Латимер, передавшей первый выловленный экземпляр рыбы ученым. В дальнейшем выяснили, что местные рыбаки, оказывается, уже и раньше ловили кистеперых рыб и употребляли их в пищу.

После сенсационной находки все кинулись искать кистеперых рыб. И находили! Была открыта популяция из 500 особей кистеперых рыб близ Коморских островов. Ныне отлов рыб разрешен только для научных целей, и поймано всего около 200 экземпляров. Люди берегут кистеперых: было бы преступлением погубить считавшуюся вымершей и «воскресшую» рыбу древнейшего происхождения. Латимерия взята под охрану и внесена в Международную Красную книгу.

Латимерии обитают на глубине 180-220 м. Как и их далекие предки латимерии - убежденные хищники, и в подтверждение этого в полости рта имеют много острых зубов. Днем они обычно прячутся в укрытиях, а ночью охотятся на рыб и кальмаров. Сами латимерии могут стать жертвами охотников, которые «хищнее» их - крупных акул.

Самые крупные выловленные экземпляры этих целакантов имеют длину 1,8 м и массу 95 кг. Ученые сообщают, что растут латимерии медленно, но живут, к счастью, - долго. Эти живые «реликвии» мало чем отличаются от ископаемых целакантов мезозоя - своих вымерших собратьев. У рыб мощный хвост и сильные подвижные парные плавники, а вот черепная коробка заполнена жироподобным веществом, и мозги в ней занимают не более 1/1000 объема.

У латимерии 7 плавников, 6 из них - сильные, крепкие, хорошо развиты, напоминают конечности (лапы). Во время передвижения латимерия становится на эти парные плавники и, перебирая ними как лапами, перемещается. Впрочем, латимерии ведут малоподвижный образ жизни, находясь почти все время на дне морском.

Латимерии являются яйцеживородящими. Их ярко-оранжевые яйца 9 см в диаметре весят до 300 г. Беременность у латимерий длится около 13 месяцев, а крупные яйца имеют характерный ярко-оранжевый цвет. Длина тела новорожденных детенышей достигает 33 см.

В полости тела латимерии имеется дегенерированное легкое, но у латимерий полностью отсутствуют внутренние ноздри, и они не могут дышать атмосферным кислородом. Все тело этих кистепёрых рыб покрыто чешуйками - костными пластинками ромбической или округлой формы.

Ученые, изучающие латимерий - потомков древнейших рыб, пришли к выводу, что древние кистеперые рыбы в своем развитии пошли по 2-м направлениям. Первый путь - возникновение целакантов. Данная линия дожила до нашего времени и предстала перед нами в облике латимерии. Другие кистеперые приспособились к дыханию на воздухе и на своих крепких подвижных плавниках выползли на сушу, наверное, их потомками являются наземные позвоночные.

Эти рыбы плохо переносят яркий дневной свет и житие вне глубин моря.

Однако, в 1972 году ученым удалось гостя из «прошлого» переселить в научно-исследовательскую лабораторию на остров Мадагаскар.

Это был небольшой целокант, который весил 10 кг и имел длину 90 см. Уникальный живой экземпляр кистеперой рыбы живет в аквариуме в столице Дании Копенгагене.

В 1986 году японские ученые показала латимерию по телевидению.

Был снят уникальный фильм: съемки велись на глубине более 50м в Индийском океане возле Коморских островов.

Большую часть времени кистеперые рыбы проводили на дне, по которому передвигались при помощи плавников.

Эти рыбы плохо переносят яркий дневной свет и житие вне глубин моря. Однако, в 1972 году ученым удалось гостя из «прошлого» переселить в научно-исследовательскую лабораторию на остров Мадагаскар. Это был небольшой целокант, который весил 10 кг и имел длину 90 см. Уникальный живой экземпляр кистеперой рыбы живет в аквариуме в столице Дании Копенгагене. В 1986 году японские ученые показала латимерию по телевидению. Был снят уникальный фильм: съемки велись на глубине более 50м в Индийском океане возле Коморских островов.

Древнейшие известные земноводные. Долгое время все сведения о древнейших земноводных ограничивались отпечатками пятипалых конечностей, найденными в позднедевонских отложениях.

Раскопки, произведенные в Гренландии и в Канаде в 30-х годах, обнаружили в слоях того же возраста неполные скелеты (черепа) самих животных. Что эти остатки при надлежат земноводным, доказывается наряду с другими признаками присутствием затылочных мыщелков, ушной вырезки в черепном панцире и видоизмененным в стремя гиомандибуляре. Но вместе с тем эти древнейшие из известных земноводных стоят ближе всех прочих ископаемых амфибий к рыбам по присутствию рудиментарной жаберной крышки и по наружным ноздрям, которые у них располагались на самом краю верхней челюсти — явление, свойственное двоякодышащим рыбам. И тем не менее Эти животные— уже настоящие амфибии и относятся к отряду Ichtyostegalia, что свидетельствует о том, что разделение класса на группы произошло еще раньше, не позднее нижнего девона, так что классу земноводных не менее 300 млн. лет.

Происхождение земноводных. Если рассуждать теоретически, предками земноводных должны были быть рыбы, обладавшие легкими и такими пар ными плавниками, из которых могли бы развиться пятипалые конечности. Таким требованиям удовлетворяют древние кистеперые рыбы, в частности Eusthenopteron и Sauripterus. На то, что предками земноводных были действительно древние кистеперые рыбы, указывает также поразительное сходство между покровными костями их черепа и соответствующими костями палеозойских земноводных. Наконец, судя по современным кистеперым и двоякодышащим, кровеносная система этих древних кистеперых рыб во многом походила на кровеносную систему земноводных. То, что двоякодышащие рыбы не могли быть прямыми предками земноводных, доказывается их крайне специализированным черепом, лишенным вторичных челюстей, своеобразными зубными пластинками, бисериальными парными плавниками и рядом других анатомических признаков. Однако следует еще раз подчеркнуть, что древние двоякодышащие рыбы стояли близко к древним кистеперым и располагались в системе, может быть, не очень далеко от прямых предков земноводных.

(по Давиташвили). I — плечевой пояс и плавник Sauripterns; II — внутренний скелет грудного плавника Sauripterus; III —скелет передней конечности стегоцефала: 1 — элемент, гомологичный плечевой кости, 2 — элемент, гомологичный лучевой кости, 3 — элемент, гомологичный локтевой кости

(по Шмальгаузену):

1 — заднетеменная кость, 2 — теменная кость, 3 — лобная, 4 — носовая, 5 — межчелюстная, 6 — верхнечелюстная, 7 — предлобная, 8 — заднелобная, 9 — заглазничная, 10 — скуловая, 11 — чешуйчатая, 12 — квадратноскуловая, 13 — ноздря, 14 — глазница, 15 — отверстие для теменного органа

Условия жизни в среднем палеозое. В девоне появились настоящие наземные растения; в тот же период появились и наземные беспозвоночные, в том числе и насекомые. Появление наземных беспозвоночных, т. е. потен циальной пищи, позволило выйти на сушу и позвоночным животным. Однако как растительность, так и членистоногие и первые наземные позвоночные достигли пышного расцвета только в течение каменноугольного периода. Прибрежная растительность и водные растения многочисленных мелких пресных водоемов этого периода падали в воду и гнили. В результате вода лишалась кислорода. При этих условиях рыбы, перешедшие на дыхание атмосферным воздухом, оказались в выгодном положении. Таким образом, недостаток кислорода в водоемах, определивший возникновение органов воздушного дыхания у кистеперых рыб, подготовил выход предков амфибий на сушу. Однако ведущим биологическим фактором, определившим выход позвоночных на сушу, были огромные, не используемые до того запасы пищи на суше в виде наземных беспозвоночных при отсутствии конкуренции в новой среде обитания.

Современные кистеперые рыбыявляются представителями древнейшего вида, который считался полностью исчезнувшим около 70 млн лет назад. Но в 1938 г. редчайшая особь была поймана в Индийском океане у южных африканских берегов. Второй раз такая рыба выловлена в той же самой области. Все пойманные особи были досконально изучены и взяты под охрану.

Кто такие кистеперые рыбы?

Это древнейшие представители, которые появились около 406-360 млн лет назад. Их останки были найдены в морской и пресной среде на разных частях . Ученые предполагают, что в местах их обитания мог быть недостаток кислорода, из-за чего появились некоторые особенности в строении их плавников и дыхательной системы:

мощная мускулатура;
скелет напоминал разветвленными частями кисть, что и послужило основанием для названия;
двойное дыхание (в том числе и легочное).

Длина этих представителей могла достигать до 7 м, они вели малоподвижный образ жизни, преимущественно по дну водоёмов. У них имелись многочисленные зубы конической формы, что позволило сделать вывод, что ти рыбы были хищниками.

Среди ученых есть гипотеза о том, что от представителей кистеперых возникли первые земноводные. Но полностью эта теория не доказана, но аргументы в ее пользу есть:

хорошо развитая мускулатура помогла выбраться на сушу;
имевшееся, кроме жаберного, еще и легочное дыхание;
задние носовые отверстия, которые были у кистеперых, позволяли учуять приближающуюся добычу.

По данным ученых, все представители этого вида вымерли около 70 млн лет назад, поэтому пойманная в 1938 г. кистеперая рыба стала настоящей сенсацией. Вдохновившиеся специалисты, решили попробовать поймать еще рыб. Оказалось, что была целая популяция, которая находилась у Коморских островов.

Обнаруженной рыбе дали название латимерия. До 1998 г. был только один вид данного рода, но потом у индонезийских берегов поймана еще одна разновидность латимерии. Они обитают на достаточно большой глубине и ведут ночной образ жизни. Как и их древние предки, являются хищниками, что подтверждает наличие множества острых зубов. Днем прячутся в зарослях, а в ночное время выплывают на охоту - на рыб и кальмаров. Но и сами латимерии могут стать добычей более крупных видов рыб, например, акул.

Современные представители мало чем отличаются от своих древних родственников. У них имеется мощный хвост, сильные плавники с хорошо развитой мускулатурой, но черепная коробка почти полностью заполнена жироподобной жидкостью. Плавников у латимерии 7, 6 из них хорошо развиты и очень сильно напоминают конечности. Когда она передвигается, то опирается на парные плавники и перебирает ими. Но такое случается редко, потому что рыбы практически всё время находятся на дне моря.

У современных кистеперых рыб окраска синевато-серая с большими серо-белыми пятнами, которые расположены по всему рыбьему туловищу. Рисунок, который получается в результате этих пятен, является индивидуальным для каждой рыбы, что помогает при наблюдениях за ними.

У такой окраски есть еще одно предназначение - она является хорошей маскировкой, потому что светлые пятна являются отражением той местности, в которой они обитают. По этой окраске можно отличить два вида латимерии: у умирающей коморской происходит смена цвета с синего на коричневый, а у индонезийской разновидности окраска всегда остается коричневого оттенка с золотистым блеском на белых пятнах.

Размножение кистеперых

Латимерии являются яйцеживородящими. У яиц ярко-оранжевая окраска, диаметр у них - 9 см и вес - около 300 г. Беременность у этих рыб длится 13 месяцев, а длина тела их детёнышей достигает 33 см. Благодаря научным исследованиям, выяснилось, что у них развитая и сложная для рыб репродуктивная система. В яйцах имеется достаточный запас желтка, что позволяет эмбрионам питаться с его помощью и получать достаточное количество кислорода.

После достижения половозрелого возраста самки размножаются 1 раз в несколько лет. Достоверно неизвестно, как у латимерий происходит внутреннее оплодотворение и где потом обитают молодые особи после рождения. Во время подводных исследований молодняк не был обнаружен, и только две молодые рыбы были найдены свободно плавающими в толще воды.

Кистеперые - это тропические рыбы, обитающие в морях на глубине около 100 м. В тех глубоких водах, в которых плавают латимерии, пищи для них немного, поэтому ночью они поднимаются несколько выше. Такой выбор среды обитания обусловлен у особей обоих видов тем, что они комфортно себя ощущают при температуре 16-18 градусов. Неудивительно, что ночью рыбы перемещаются в верхние слои воды, потому что ночная среда не вызывает дискомфорт. Днем латимерии возвращаются обратно и мало двигаются, что можно связать с экономией энергии. Существует мнение, что если ее поднять на поверхность, где температура превышает 20 градусов, то у латимерии происходит настолько сильный стресс, что не помогает даже помещение её в холодную воду.

До 1997 г. считалось, что представители кистеперых обитают только в юго-западном районе Индийского океана, в центре которого располагаются Коморские острова. Именно поэтому найденный там вид латимерии назвали коморским. Позднее был обнаружен еще один экземпляр у берегов Индонезии. Ученые стали считать, что данная рыба случайно оказалась в тех водах, но позже было доказано, что это самостоятельный вид латимерии. Неоднократно происходили уловы у берегов Кении, была найдена постоянная популяция в южноафриканской бухте, что расширило ареал кистеперых вдоль всего побережья ЮАР.

Возникновение латимерий, которых обнаружили ученые.
Другие, возможно, смогли приспособиться к дыханию на суше и с помощью крепких плавников выбраться из воды. Поэтому есть гипотеза, что такие латимерии стали потомками наземных существ.

Способы их сохранения

Когда, считавшаяся вымершей, рыба была поймана у Коморских островов, они являлись французской территорией. Поэтому ловить их разрешалось только французам, но страна преподносила пойманных латимерий как дипломатический подарок. Во время масштабных исследований, которые проводились в 80-е гг., появилось мнение, что хордовая жидкость продлевает жизнь. Тогда образовался черный рынок, где стоимость одной рыбы достигала больших сумм. После этого коморские латимерии стали на грани исчезновения, и были приняты меры по спасению вида.

Был создан специальный совет, который занимался вопросами сохранения вида. После проведенных исследований оказалось, что заявленная ранее численность особей завышена. Предпринятые меры по спасению популяции привели к постоянной численности коморского вида. В 2009 г. их численность составляла 300-400 особей.

Современные кистеперые рыбынаходятся под угрозой исчезновения из-за того, что у них небольшой ареал, специфичная физиология и образ . Латимерия уникальна не только потому, что является представителем древнейшей группы рыб, но она может быть важным эволюционным звеном для появления сухопутных существ. Поэтому нужно стараться сохранить этот редкий вид.