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 также были жабры, является самым ранним известным общим предком четвероногих животных.
За сотни миллионов лет четвероногие эволюционировали в бесчисленное количество видов, включая Homo sapiens. Итак, если люди произошли от рыб, почему же у нас нет жабр?
Частично ответ носит практический характер: 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 лёгкий доступ кислорода в кровоток. По словам Криса Органа (Chris Organ), эволюционного биолога из Университета штата Монтана, США, когда вода течёт по жабрам, кислород проникает внутрь, а углекислый газ — наружу. Если бы у наземных животных были жабры, они бы быстро высохли, что делает их неэффективным способом дыхания. С другой стороны, наши человеческие лёгкие хорошо выбирают кислород из воздуха, направляя его в кровоток посредством газообмена.
Но лёгкие существовали уже задолго до перехода с моря на сушу.
«На самом деле лёгкие удивительно примитивны в эволюции», — рассказал в интервью Live Science Нил Шубин (Neil Shubin), биолог-эволюционист из Чикагского университета, который был частью команды, обнаружившей окаменелость рыбы Тиктаалик в 2004 году.
Когда наши рыбообразные предки ещё жили под водой, у них помимо жабр уже были лёгкие.
«Рыба не вышла на сушу, чтобы сказать: «Мне нужны лёгкие; я собираюсь развивать лёгкие»», — сказал Орган в интервью Live Science.
Только рыбы с существующими лёгкими смогли попасть на сушу и выжить. Если бы на суше захотела жить рыба без лёгких, она бы просто погибла.
«Речь идёт о наличии этих черт, которые развились по другим причинам и которые затем позволили этому животному использовать эту новую среду обитания», — добавил он.
Подобно этому, учёные считают, что наши рыбоподобные предки развили руки, чтобы передвигаться по дну океана, говорит Орган, которые позже пригодились для поиска пищи и передвижения по суше. Вот тут-то и вмешался 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 лёгкими. По словам Органа, мягкие ткани, такие как лёгкие, плохо окаменевают, поэтому учёные не уверены точно, как эволюционировали лёгкие человека. Но существующие данные свидетельствуют о том, что ранние лёгкие сначала эволюционировали в простые лёгкие ящериц, а затем в разделённые лёгкие, характерные для млекопитающих. Примечательно, что у млекопитающих такой элемент, как диафрагма — мышца, которая регулирует наше дыхание, — появилась, возможно, ещё 300 миллионов лет назад.
И наоборот, структуры, которые больше не приносят пользы, часто просто исчезают. По словам Органа, со временем жабры уменьшились и стали доступны только молоди, пока в конечном итоге они полностью не исчезли у наземных животных, постоянно живущих на суше, в каменноугольном периоде около 315 миллионов лет назад. Это произошло примерно в то время, когда начали эволюционировать первые рептилии и предки первых птиц и млекопитающих.
Может показаться странным, что у примитивных рыб вообще были лёгкие. И хотя жабры хорошо извлекают кислород из воды, они не всегда обеспечивают поступление большого количества кислорода, особенно для крупных животных, которые нуждаются в нём в большем количестве. Шубин отметил, что сезонные изменения также могут влиять на количество кислорода в воде. Например, если в воде много опавших листьев, они будут поглощать кислород. Поэтому воздушные мешочки — примитивные лёгкие — позволяли рыбе заглатывать воздух над поверхностью, чтобы дополнять потребление кислорода. Современные двоякодышащие рыбы, которые существуют уже более 400 миллионов лет, обладают такой же способностью, что помогает объяснить, почему вообще стало возможным перемещение на сушу.
Но стоит отметить, что мы не полностью утратили эти ранние жабры. Так, например, человеческие эмбрионы имеют подозрительную физическую особенность: крошечные складки, называемые жаберными дугами, напоминают жабры, но мы не используем их для дыхания. И хотя это не совсем жабры, они определённо являются пережитком ранних жабр, что-то вроде древнего рецепта, по которому сейчас 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 жаберных дуг», — сказал Шубин.
Другими словами, голова животного не может сформироваться без жаберных дуг.
У водных видов, дышащих жабрами, эти дуги также присутствуют в эмбриональном развитии. По словам Шубина, единственная разница заключается в том, что дуги развиваются в настоящие жабры вместе с окружающими их костями, мышцами, нервами и артериями.
Сейчас мы можем поблагодарить нашу внутреннюю рыбу за лёгкие, которые мы теперь используем для дыхания, без, скорее всего, неудобных жаберных щелей.
