Каким животным дали начало кистеперые рыбы. Древние кистеперые, двоякодышащие и многоперые
Происхождение земноводных
Считается, что предпосылками для возникновения и формирования земноводных примерно 385 млн. лет тому назад (в середине девонского периода) послужили благоприятные климатические условия (тепло и влажность), а также наличие достаточного питания в виде уже сформировавшихся многочисленных мелких беспозвоночных животных.
А, кроме того, в тот период происходило вымывание в водоёмы большого количества органических остатков, в результате окисления которых, снижался уровень кислорода, растворенного в воде, что способствовало формированию у древних рыб изменений органов дыхания и их приспособлению к дыханию атмосферным воздухом.
Ихтиостега
Таким образом, происхождение земноводных, т.е. переход водных позвоночных к наземному образу жизни сопровождался появлением органов дыхания, приспособленных для поглощения атмосферного воздуха, а также органов, способствующих передвижению по твёрдой поверхности. Т.е. жаберный аппарат заменился на лёгкие, а плавники – на пятипалые устойчивые конечности, служащие опорой для тела на суше.
В то же время происходило изменение и других органов, а также их систем: системы кровообращения, нервной системы и органов чувств. Основными прогрессивными эволюционными изменениями строения земноводных (ароморфозом) являются следующие: развитие лёгких, образование двух кругов кровообращения, появление трёхкамерного сердца, формирование пятипалых конечностей и образование среднего уха. Зачатки новых приспособлений можно наблюдать и у некоторых групп современных рыб.
Древние кистеперые
До настоящего времени в учёном мире о происхождении земноводных ведутся споры. Одни считают, что земноводные произошли от двух групп древних кистепёрых рыб – Porolepiformes и Osteolepiformes, большинство других приводит аргументы в пользу остеолепиформных кистёперых, но не исключает возможности, что при этом могли параллельно развиваться и эволюционировать несколько близкородственных филетических линий остеолепиформных рыб.
Панцирноголовые земноводные — стегоцефалы
Эти же учёные предполагают, что параллельные линии позднее вымерли. Одним из особо эволюционировавших, т.е. видоизменившихся видов древних кистепёрых рыб, был Тиктаалик, который приобрёл целый ряд переходных признаков, сделавших его промежуточным видом между рыбами и земноводными.
Хочется перечислить эти признаки: подвижная, отделённая от пояса передних конечностей укороченная голова, напоминающая крокодилью, плечевые и локтевые суставы, видоизменённый плавник, позволявший ему приподниматься над грунтом и занимать разные фиксированные положения, не исключено, что и ходить по мелководью. Дышал Тиктаалик через ноздри, а воздух в лёгкие, возможно, нагнетал не жаберный аппарат, а щёчные помпы. Некоторые из таких эволюционных изменений характерны и для древней кистепёрой рыбы Пандерихтис.
Древние кистеперые
Происхождение земноводных: первые амфибии
Считается, что первые амфибии Ихтиостегиды (лат. Ichthyostegidae) появились в конце девонского периода в пресных водоёмах. Они образовали переходные формы, т.е. нечто среднее между древними кистепёрыми рыбами и ныне существующими — современными земноводными. Кожа этих древних существ была покрыта очень мелкой рыбьей чешуёй, а наряду с парными пятипалыми конечностями у них имелся обыкновенный рыбий хвост.
От жаберных крышек у них остались лишь рудименты, однако от рыб у них сохранился клейтрум (кость, относящаяся к спинному отделу и соединяющая плечевой пояс с черепом). Эти древние амфибии могли жить не только в пресной воде, но и на суше, а некоторые из них на сушу выползали лишь периодически.
Ихтиостега
Обсуждая происхождение земноводных, нельзя не сказать о том, что позднее, в каменноугольном периоде образовался ряд ветвей, состоящих из многочисленных надотрядов и отрядов амфибий. Так, к примеру, надотряд Лабиринтодонтов был весьма разнообразен и просуществовал до конца триасового периода.
В карбонском периоде образовалась новая ветвь ранних земноводных — Лепоспондилыов (лат. Lepospondyli). Эти древние земноводные были приспособлены для жизни исключительно в воде и просуществовали примерно до середины пермского периода, дав начало современным отрядам амфибий – Безногим и Хвостатым.
Хочется отметить, что все земноводные, именуемые стегоцефалами (панцирно-головыми), которые появились в палеозое, вымерли уже в триаском периоде. Предполагается, что их первыми предками были костные рыбы, которые сочетали примитивные черты строения с более развитыми (современными).
Стегоцефал
Рассматривая происхождение земноводных, хочется обратить ваше внимание на то, что более всего к панцирно-головым близки кистепёрые рыбы, поскольку они имели легочное дыхание и скелет, имеющий сходство со скелетами стегоцефалов (панцирно-головых).
По всей вероятности, девонский период, в котором образовались панцирно-головые, отличался сезонными засухами, в период которых многим рыбам жилось «несладко», поскольку вода обеднялась кислородом, а многочисленная разросшаяся водная растительность затрудняла их передвижения в воде.
Стегоцефал
В такой ситуации дыхательные органы водных существ должны были видоизменяться и превращаться в легочные мешки. Вначале возникновения проблем с дыханием древние кистепёрые рыбы просто обязаны были для получения очередной порции кислорода подниматься на поверхность воды, а позднее в условиях пересыхания водоёмов они были вынуждены приспосабливаться и выходить на сушу. В противном случае, не приспособившиеся к новым условиям животные просто погибали.
Только те водные животные, которые смогли адаптироваться и приспособиться и чьи конечности видоизменились до такой степени, что стали способны передвигаться по суше, смогли пережить эти экстремальные условия, и в итоге превратиться в земноводных. В таких сложных условиях первые земноводные, получив новые, более совершенные конечности смогли перемещаться по суше от высохшего водоёма к другому водоёму, где ещё сохранялась вода.
Лабиринтодонты
В то же время, те животные, которые были покрыты тяжёлой костной чешуёй (чешуйчатым панцирем) с трудом могли передвигаться по суше и, соответственно, чьё кожное дыхание было затруднено, были вынуждены редуцировать (воспроизвести) костный панцирь на поверхности своего тела.
У некоторых групп древних амфибий он сохранился лишь на брюхе. Надо сказать что панцирно-головые (стегоцефалы) сумели дожить только до начала мезозойской эры. Все современные, т.е. существующие ныне отряды земноводных сформировались лишь в конце мезозойского периода.
На этой ноте мы заканчиваем свой рассказ о происхождении земноводных. Хочется надеяться, что вам понравилась эта статья, и вы вернётесь на страницы сайта ещё, погрузившись за чтением в удивительный мир живой природы.
А подробнее, с интереснейшими представителями земноводных (амфибий), вас познакомят эти статьи:
Кистеперые рыбы являются одним из самых древнейших видов рыб, известных человечеству. До начала двадцатого века они считались вымершими еще около 70 млн. лет назад. Их окаменелые останки были обнаружены во многих пресноводных и морских водоемах планеты. Тщательный осмотр окаменелостей позволил ученым предположить, что эти рыбы относились к разряду довольно серьезных хищников. Многочисленные конические зубы, мощная мускулатура и довольно приличная длина тела (от 7 см до 5 м) делали это животное серьезным соперником в любой водной среде.
Свое название кистеперые рыбы получили от необычного строения скелета мясистых плавников. Он состоял из нескольких разветвленных в форме кисти сегментов. Подобное строение плавников не только позволяло рыбе проводить довольно большое количество времени на дне водоема, но и с успехом передвигаться по дну при помощи плавников. Основным результатом таких передвижений стала довольно мощная мускулатура.
Взвесив все полученные данные, современные ученые пришли к выводу, что общая характеристика рыб позволяет провести параллель между кистеперыми рыбами и первыми земноводными. Этот вывод напрашивается на основании некоторых любопытных признаков, имеющихся у обоих классов. Одним из подтверждений подобной теории был назван Тиктаалик. Существо, относящееся к кистеперым рыбам, наделенное внешностью крокодила, имело наибольшее количество черт, объединяющих его с земноводными. Он обладал жаберным и легочным, а плавники уже практически напоминали по строению конечности животного.
На основании всего перечисленного наука пришла к выводу, что надотряд кистеперые рыбы принял непосредственное участие в эволюции земноводных, подарил жизнь на земле другим существам, а сам полностью вымер.
Однако это утверждение считалось правильным только до 1938 года, когда огромную шумиху среди ученых произвела необычная рыба, пойманная в Южной Африке. Разглядывая очередной улов в обычном рыбацком траулере, госпожа Латимер натолкнулась на странную синюю рыбу длиной около 150 см и весом около 57 кг. Со своей находкой женщина отправилась в музей, однако, там не смогла определиться с видовой принадлежностью экземпляра. Не имея никакой возможности сохранить рыбу живой, Латимер с помощью таксидермиста изготовила чучело этого существа. Каково же было удивление известного профессора Смита, когда в этом экспонате он увидел все характеристики представителя отряда кистеперых. После тщательного осмотра и анализа находки эту рыбу назвали в честь женщины, открывшей ее свету. Теперь Latimeria chalumnae - единственная живая кистеперая рыба на планете.
Шумиха, поднятая вокруг необычной находки, заставила многих людей броситься на поиски этих странных жителей водоемов. Однако пойманная латимерия быстро погибает, лишенная естественных условий обитания. Именно поэтому был запрещен свободный вылов «воскресшей» рыбы и ее основные популяции взяли под жесткую охрану государства.
Кистеперые рыбы латимерии, как и их древние предки, являются убежденными хищниками. Как и миллионы лет назад, они наводят ужас на своих жертв большим количеством острых зубов и крепкими сильными плавниками, напоминающими лапы животных. Под покровом ночи латимерии подстерегают в укрытиях свою добычу: кальмаров и более мелких рыб. Однако и сами с легкостью могут стать обедом для хищников покрупнее, которыми являются акулы.
Самые крупные экземпляры этого вида достигают в длину около 2 м и весят практически 100 кг. Длина тела новорожденного детеныша латимерии составляет около 33 см. Ученые считают, что растут малыши довольно медленно, но благодаря склонности к долгой жизни в итоге вырастают в довольно крупные экземпляры.
А между тем в позднем ордовике, в нижнем силуре в море уже плавали панцирные бесчелюстные рыбообразные . Силур и девон - время их расцвета. Голову и переднюю часть тела у многих из них укрывал костный панцирь, а не защищенная им задняя часть тела несла на своей коже. острые зубы!
Знаменательный момент. Мир стал кусаться! Природа изобрела зубы! Кольчугой из мелких острых зубов одела она своих первых позвоночных детей. Потом часть зубов переместилась в рот - на челюсти. К тому времени, надо сказать, у древних предрыб уже появились челюсти (из первой жаберной дуги). А это значит, что они стали уже настоящими рыбами!
«Древнейшими представителями челюстных позвоночных были акантодии , ископаемые остатки которых известны уже из силура. Акантодии были, следовательно, современниками специализированных бесчелюстных позвоночных и могли произойти лишь из более примитивных форм, живших в ордовике и оставивших после себя только следы в виде разрозненных небольших кожных зубов» (академик И. Шмальгаузен).
Самые примитивные обладатели хорды: и оболочники, и ланцетники - извечные обитатели морей. Из этого «. следует, что первоначальная дифференциация позвоночных животных наверняка проходила в море, а последующая их история могла разыгрываться и в пресных водах. Этот вопрос мы должны здесь немного обсудить.
Два американских исследователя, Ромер и Гров, в 1935 году высказали мысль, что позвоночные животные произошли в пресных водах. Однако В. Гросс в 1950 году на более обширном материале получил противоположный результат, которому вполне соответствует и мое собственное мнение. Гросс подсчитал, что в верхнем силуре 64 процента всех рыбообразных жило в море, в нижнем же девоне - лишь 19 процентов» (О. Кун).
Цифры показывают, что расцвет пресноводных рыбообразных наступил в нижнем девоне. И, возможно, как предполагает профессор О. Кун, их массовое переселение из морей в реки произошло именно в это время.
Однако есть противоположное суждение. Академик Л. Берг (многие ученые с ним согласны) полагает: позвоночные животные проходили ранние этапы своей эволюции в реках и озерах.
«Костные рыбы появляются в пресноводных отложениях девона сразу в виде многочисленных форм» (академик И. Шмальгаузен).
Вот эти-то пресноводные костные рыбы нас сейчас особенно интересуют, ибо от них произошли первые четвероногие обитатели суши.
Рыбы, жившие 400-350 миллионов лет назад в реках и озерах, дышали и жабрами и легкими. Оттого и назвали их двоякодышащими. Без легких они бы задохнулись в затхлой, бедной кислородом воде первобытных озер.
Одни из них зубами-жерновами жевали растения (так называемые настоящие двоякодышащие). Другие, кистеперые, ели всех, кого могли поймать. Нападали из засады и, хватая добычу, отравляли ее ядом. Он стекал из нёбной железы вниз по канальцам на зубах. (Если только ихтиологи не ошиблись, решив, что межчелюстная железа кистеперых рыб была ядовитой.)
Позднее кистеперые рыбы из группы целакантов переселились опять в море. Но им там не повезло: они неожиданно вымерли (все, кроме знаменитой латимерии, открытие которой недавно наделало столько шуму).
Кистеперых, которые сохранили верность пресным водам, ожидало великое будущее: им было суждено породить ихтиостегов - прямых предков всех четвероногих и пернатых обитателей суши.
У древних рыб с легкими были удивительные лапоподобные плавники с членистым скелетом, похожим на кисть, очень подвижные и мускулистые. На этих плавниках они ползали по дну. Наверное, вылезали и на берег, чтобы спокойно здесь подышать и отдохнуть. (Суша в ту пору была пустынна - идеальное место для ищущих уединения.) Постепенно плавники- ходули превратились в настоящие лапы. Рыбы вышли из воды и стали жить на суше.
Но какая же причина побудила рыб, которые, надо полагать, чувствовали себя в воде совсем неплохо, покинуть родную стихию? Недостаток кислорода?
Нет, кислорода хватало. Когда в затхлой воде его становилось мало, они могли подняться на поверхность и дышать чистым воздухом. Итак, недостаток кислорода в воде не мог служить причиной, заставившей рыб переменить место жительства.
Может быть, их выгнал на сушу голод?
Тоже нет, потому что суша в то время была более пустынна и беднее пищей, чем моря и озера.
Может быть, опасность?
Нет, и не опасность, так как кистеперые рыбы были самыми крупными и сильными хищниками в озерах той эпохи.
Стремление остаться в воде - вот что побудило покинуть воду! Это звучит парадоксально, но именно к такому заключению пришли ученые, внимательно исследовав возможные причины. В ту далекую эпоху неглубокие сухопутные водоемы часто пересыхали. Озера превращались в болота, а те в лужи. Наконец, под палящими лучами солнца высыхали и лужи. Кистеперые рыбы, которые на своих удивительных плавниках умели неплохо ползать по дну, чтобы не погибнуть, должны были искать новые убежища, новые лужи, наполненные водой.
В поисках воды рыбам приходилось проползать по берегу значительные расстояния. И выживали те, кто хорошо ползал, кто лучше мог приспособиться к сухопутному образу жизни. Так постепенно благодаря суровому отбору рыбы, искавшие воду, обрели новую родину. Они стали обитателями двух стихий - воды и суши. Произошли земноводные животные, или амфибии, а от них - пресмыкающиеся, затем млекопитающие и птицы. И наконец, по планете зашагал человек! Тут мы слишком забежали вперед. Пока из гигантской «лягушки» получился человек, прошло без малого 400 миллионов лет. Так что последуем по порядку. На очереди у нас амфибии.
Палеонтологи уже давно спорят о том, что за существо было предком рыб. Выдвигаются самые разные предположения. Кто-то считает, что рыбы произошли от кольчатых червей, кто-то — от пауков. Не исключен и такой вариант: рыбы — потомки тех сухопутных животных , которым наскучила суша. Они поселились в воде, привыкли к ней, покрылись чешуей и до сих пор плавают...
ОЖИВШАЯ РЫБКА
Останки кистеперых рыб палеонтологи отыскивают в почвенных слоях, возраст которых достигает 300 миллионов лет. Ископаемые находки покрыты чешуей, но при этом их пасти напоминают звериные морды, а плавники — лапы животных. Это сходство и позволило предположить ученым, что кистеперые рыбы — прародительницы всех четвероногих зверей на Земле.
Считалось, что ископаемые давно вымерли, но в декабре 1938 года южноафриканские ихтиологи выловили живую кистеперую рыбу, которую в честь ее первой исследовательницы мисс Куртене-Латимер назвали латиметрией.
Длиной рыба была 1,5 метра, в то время как ее ископаемые предки достигали 20-25 сантиметров. Легкие у латиметрии атрофировались и превратились в большой мешок, наполненный слизью и жиром. Вместо рыбьей икры в яйцеводе самки были обнаружены два десятка яиц размером с апельсин.
Дальнейшие наблюдения показали, что латиметрии — яйцеживородящие, из их яиц появляются готовые 30-сантиметровые рыбки. А в остальном современные кистеперые очень похожи на своих ископаемых сородичей.
ПРОГРЕСС НАЛИЦО
Родственниками кистеперых, а следовательно, и предками сухопутных животных считаются двоякодышащие рыбы. До наших дней дожили три группы двоякодышащих, обитающих в пресных водоемах в тропиках Африки, Австралии и Южной Америки.
Со временем двоякодышащие и кистеперые рыбы обзавелись задиристым характером и научились прятаться в водорослях: ползая по дну, они подкарауливали добычу, а потом стремглав набрасывались на нее. Охотясь таким образом, они постепенно обзавелись и конечностями, и мощной зубастой челюстью.
Пополнив свой охотничий арсенал, двоякодышащие и кистеперые стали разевать рот на более крупную добычу, для переваривания которой им потребовалось более интенсивное окисление, а следовательно, и приток кислорода. Рыбы стали заглатывать воздух с поверхности ртом, и их плавательный пузырь с течением времени трансформировался в легкое.
С появлением конечностей и легких рыбы стали выходить на сушу в поисках моллюсков и членистоногих. До примитивных амфибий кистеперым и двоякодышащим оставался всего один шаг. Но этот шаг сделали не они, а идущие вслед за ними четвероногие рептилии, млекопитающие и даже человек.
ДАР ПРЕДВИДЕНИЯ?
Биологам не кажется странным, что пятипалый механизм стоп и кистей мы унаследовали от кистеперых рыб. Действительно, внутри их мясистых плавников находятся кости, похожие на человеческие кости рук и ног.
А—лягушка; Б—саламандра;В—крокодил;Г—летучая мышь;Д—человек:1—плечевая кость, 2—лучевая кость,3—кости запястья,4—пясти, 5—фаланги пальцев,6—локтевая кость
Плечевой пояс «живых ископаемых» состоит из лопатки, ключицы, плечевой, локтевой и лучевой костей, а на месте пальцев сохранились костные выросты, что заставляет предположить, что это рудименты ладоней и пальцев.
Только вот откуда у кистеперых — типичных морских обитателей — взялись кости конечностей типичных сухопутных животных и человека? Они ведь не используют в полной мере двигательный аппарат конечностей. Может быть, кистеперые рыбы обладали даром предвидения?
Или знали, что, после того как они выйдут на сушу, им пригодятся и руки,и ноги?
Верится с трудом. Ведь, следуя логике, любой орган тела должен быть функционально задействован с момента его появления. Иначе он будет не только лишним, но и вредным для организма.
Более правдоподобным выглядит такой сценарий: изначальный человек получает от Бога и нижние, и верхние конечности. Та же организация тела переходит от человека к обезьянам, от обезьян — к четвероногим млекопитающим, от них к рептилиям, амфибиям и кистеперым рыбам.
При этом функциональная значимость конечностей падает раз за разом, от перехода к переходу они претерпевают необратимые изменения, пока в конце концов не превращаются в плавники.
ВОЛШЕБНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ
Животные, выбравшие средой обитания воду, постепенно начинают к ней приспосабливаться. Сначала они утрачивают шею: плечи мешают движению тела в воде, поэтому голова срастается с туловищем. Парные конечности превращаются в ласты и плавники.
Хвост расплющивается в вертикальной плоскости, образуя своеобразный руль для перемещения вверх и вниз — верхнюю и нижнюю лопасти. Тазовый пояс бывших сухопутных, а нередко и сами задние конечности атрофируются из-за невостребованности.
Постепенно для удобства перемещения в воде тело расплющивается в вертикальной плоскости: череп вытягивается вверх и сдавливается с боков, ребра выпрямляются.
ПОСЛАНЦЫ НОВОЙ ЖИЗНИ
У нас есть все основания полагать, что рыбы были в прошлом жителями суши. У прародителей большинства костных рыб были легкие, надо думать, что дыхание кислородом они унаследовали от сухопутных животных. Некоторые советские ученые высказывали мысль, что предками человека могли быть наяпитеки — приморские обезьяны, обитавшие несколько миллионов лет назад на песчаных берегах морских лагун.
Впрочем, с нашей точки зрения, наяпитеки могли быть особой ветвью деградировавших людей, перешедших к полуводному образу жизни. Если бы эволюция приморских обезьян продлилась еще какое-то время, то, вероятно, они смогли бы обзавестись жабрами наряду с легкими, а также хвостом и плавательными перепонками между пальцами ног и рук.
В свое время был крайне популярен роман Беляева «Человек-амфибия», в котором профессор пересаживает человеку жабры молодой акулы. О подобной пересадке в реальной жизни не могло быть и речи, понятно, что роман считался фантастическим, но между тем Беляев был не так далек от истины...
Известно, что человек рождается практически недоразвитым — у него наблюдается своеобразная форма неотении (сохранение у взрослого животного характерных особенностей личинок). Лишь к 3 годам жизни новорожденный входит в свою физическую норму. К 11 годам у него выпадают молочные зубы и вырастают постоянные. В 14 лет происходит половое созревание.
По мнению некоторых ученых, эти факты указывают на то, что человек — это недоразвитая форма существа более высокого — сверхчеловека, а обезьяна является недоразвитым человеком. Таким образом, перед нами вырисовывается совершенно другая картина эволюции. Расселение живых существ идет с суши на море, а не наоборот. Из-за недоразвития и ранней половой зрелости животные минуют взрослые формы.
Полученный таким образом новый вид животных в процессе борьбы за существование вынужден менять среду обитания и приспосабливаться к ней. Ясно, что при таком повороте событий установить родство между многими видами животных оказывается проблематично. Ведь ученые и не предполагали, что, например, амфибия амбистома — это взрослая форма водного жителя аксолотля. Их считали за самостоятельные виды животных.
Аксолотль и (ниже) амбистома
Методы сравнительной морфологии, эмбриологии и даже палеонтологии вряд ли помогут установить родство между разными видами животных. Откуда можно узнать, что разные по строению и образу жизни звери на самом деле всего лишь стадии развития одного и того же существа? К тому же многие взрослые формы могут исчезнуть, не оставив палеонтологического следа.
Переосмысливая закон зародышевого сходства Бэра и биогенетический закон Геккеля, можно сказать, что в человеческом эмбрионе, а точнее, в «идеальном» зародыше гипотетического «сверхчеловека», как матрешки в матрешке, уже есть «готовые» эмбрионы всех сухопутных и водных животных, вплоть до простейших одноклеточных.
Геккель был не прав, утверждая, что зародыши высших животных повторяют низшие формы. На самом деле в эмбрионах высших уже «заложены» низшие животные. Эмбрион высших существ содержит в себе зародыши низших, он уже подготовлен для того, чтобы при необходимости извергнуть из себя все многообразие животного и растительного мира, посланцев новой жизни.
