Одно из важнейших эволюционных событий в истории жизни на Земле — переход от рыб к четвероногим — позвоночным животным с конечностями. Это произошло где-то между средним и поздним девоном, но когда точно, неизвестно. Исследователи из Гарвардского университета для точной оценки времени происхождения четвероногих применили недавно разработанный статистический метод байесовского эволюционного анализа, который используется в эпидемиологии для изучения эволюции вирусов, таких как коронавирус COVID-19, и лишь недавно стал инструментом палеонтологов. С помощью этого метода авторы смогли очень точно установить точный возраст происхождения четвероногих — 390 миллионов лет назад, что на 15 миллионов лет раньше, чем самые древние известные ископаемые окаменелости четвероногих.
"Обычно следы появляется после тел их создателей, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования профессора Стефани Пирс с факультета органической и эволюционной биологии. — В этом случае у нас есть следы четвероногих, которые старше первых окаменелостей на несколько миллионов лет, что крайне необычно".
Исследователи также установили, что предки четвероногих, имели исключительно низкие темпы анатомической эволюции. Рыбы были хорошо адаптированы к водной среде и им не нужно было меняться. А вот первые четвероногие, вышедшие на сушу, эволюционировали очень быстро. "Мы обнаружили, что эволюционные линии, приведшие к появлению первых четвероногих, приобрели основные новые адаптивные черты невероятно быстрыми темпами, которые сохранялись на протяжении примерно 30 миллионов лет", — говорит второй автор статьи доктор Тиаго Симоэс.
Авторы с помощью молекулярных методов изучили, насколько быстро эволюционировали различные части тела ранних четвероногих, такие как череп, челюсти и конечности, а также силу естественного отбора, действующего на каждую из них, и выяснили, что череп и челюсти развивались быстрее, чем остальные части тела, включая конечности. "Это говорит о том, что изменения черепа играли более важную роль на начальных этапах перехода от рыб к четвероногим, чем изменения остальной части скелета. Эволюция конечностей для жизни на суше была важна, но в основном на более поздних стадиях эволюции четвероногих, когда они стали полностью наземными", — объясняет Пирс. "Мы видим несколько анатомических нововведений в их черепе, связанных с кормлением и добычей пищи, которые позволили перейти от рыбоподобного захвата добычи, основанного на присасывании, к укусу, а также увеличение размера и местоположение орбиты глаз. Эти изменения подготовили четвероногих к поискам пищи на суше и исследованию новых пищевых ресурсов, недоступных их родственникам-рыбам", — дополняет Симоэс.
Классической гипотезе о том, что новые группы животных возникали при высоких темпах анатомических изменений и разнообразия видов, авторы противопоставляют новый взгляд. По их мнению, в такие переломные моменты сначала быстро развивались анатомические изменения, а расширение видового разнообразия происходит только несколько миллионов лет спустя.