Примерно 375 миллионов лет назад забавно выглядящая рыба по имени Тиктаалик выбралась на берег, используя новые приспособления: лопастные плавники для передвижения по суше и воздушные мешочки в горле для вдыхания кислорода из воздуха. Тиктаалик, у которого тоже были жабры, является самым ранним известным общим предком четвероногих.
За сотни миллионов лет четвероногие эволюционировали в бесчисленное количество видов, включая Homo sapiens. Итак, если люди произошли от рыб, почему у нас нет жабр?
Частично ответ практический: жабры должны оставаться влажными, чтобы работать, что не идеально для животных, которые не живут под водой. Жабры имеют большую площадь поверхности и тысячи крошечных кровеносных сосудов, обеспечивающих легкий доступ кислорода к кровотоку. Когда вода переливается через жабры, кислород проникает внутрь, а углекислый газ выходит наружу, сказал Крис Орган, биолог-эволюционист из Университета штата Монтана. Если бы у наземных животных были жабры, они бы быстро высохли, что сделало бы их неэффективным способом дыхания. С другой стороны, наши человеческие легкие хорошо забирают кислород из воздуха и поступают в нашу кровь через газообмен.
Но легкие существовали задолго до перехода от моря к суше. «Легкие на самом деле удивительно примитивны в эволюции«, — сказал в интервью Live Science Нил Шубин, биолог-эволюционист из Чикагского университета, который был частью команды, обнаружившей ископаемоетиктаалика в 2004 году. Когда наши рыбообразные предки еще жили под водой, у них уже были легкие в дополнение к жабрам.
«Рыба не выходит на сушу и не говорит:»Мне нужны легкие; я собираюсь развить легкие», — сказал Орган в интервью Live Science. Только рыбы с существующими легкими смогли выбраться на сушу и выжить. Если бы рыба без легких попыталась жить на суше, она бы умерла. «Речь идет о наличии этих черт, которые развились по другим причинам, что затем позволило этому животному использовать эту новую среду обитания», — добавил он.
Точно так же ученые считают, что у наших рыбных предков развились руки для передвижения по дну океана, сказал Орган, которые позже пригодились для поиска пищи и передвижения по суше. Вот тут-то и возник естественный отбор: поскольку эти структуры, похожие на руки, были полезны на суше, у животных в течение следующих нескольких миллионов лет развились более длинные конечности и кисти. То же самое, вероятно, произошло и с легкими. Мягкие ткани, такие как легкие, плохо окаменевают, поэтому ученые не уверены точно, как развивались легкие человека, сказал Орган. Но существующие данные свидетельствуют о том, что первые легкие сначала эволюционировали в простые легкие ящериц, а затем в разделенные легкие, характерные для млекопитающих. Примечательно, что у млекопитающих появилась диафрагма — мышца, регулирующая наше дыхание, — возможно, еще 300 миллионов лет назад.
И наоборот, структуры, которые больше не приносят пользы, часто исчезают. Со временем жабры уменьшились и стали доступны только молодым особям, пока в конечном итоге они полностью не исчезли у наземных животных в каменноугольном периоде около 315 миллионов лет назад, сказал Орган. Это было примерно в то время, когда начали эволюционировать первые рептилии и предки первых птиц и млекопитающих.
Может показаться странным, что у примитивных рыб вообще были легкие. Хотя жабры хорошо извлекают кислород из воды, они не всегда обеспечивают поступление большого количества кислорода, особенно для более крупных животных, которым его требуется больше. Сезонные изменения также могут влиять на количество кислорода в воде, отметил Шубин. Например, если в воде много опавших листьев, они будут поглощать кислород. Итак, воздушные мешочки — примитивные легкие — позволяли рыбам заглатывать воздух над поверхностью, чтобы пополнить потребление кислорода. Современные двоякодышащие рыбы, которые существуют более 400 миллионов лет, обладают такой же способностью, что помогает объяснить, почему перемещение на сушу вообще было возможно.
Но мы не потеряли эти ранние жабры полностью. Человеческие эмбрионы обладают подозрительной физической особенностью: крошечные складки, называемые глоточными дугами, напоминают жабры, но мы не используем их для дыхания. И хотя это не совсем жабры, они определенно являются пережитком древних жабр, что-то вроде древнего рецепта, по которому теперь готовят что-то другое, чем раньше, сказал Шубин. На протяжении эмбрионального развития эти дуги становятся частями челюсти, горла и ушей. «Каждое существо, у которого есть голова, проходит стадию глоточной дуги», — сказал Шубин. Другими словами, голова животного не может сформироваться без глоточных дуг.
Водные виды, дышащие жабрами, тоже имеют эти дуги в эмбриональном развитии. Единственная разница в том, что дуги развиваются в настоящие жабры вместе с окружающими их костями, мышцами, нервами и артериями,