Палеонтологи выяснили, что у предков рыб и сухопутных животных челюсти появились после того, как обонятельные центры освободили для них место. Для этого обонятельной системе  пришлось «переехать» на внешнюю часть черепа.

С челюстями и без

Ископаемая рыба ShuyuУ первых позвоночных был хорошо развит череп, но не было челюстей. Бесчелюстные рыбы господствовали 440 миллионов лет назад – в силурийском периоде. Но уже в девоне (416 миллионов лет назад) более совершенные челюстные рыбы вытеснили бесчелюстных.

Большинство современных позвоночных умеют открывать рты и жевать. Они – челюстные, эволюционные потомки девонских рыб. Но на Земле осталось и несколько десятков видов, которые смогли выжить, не разевая рта – это миноги и миксины.«По живым бесчелюстным позвоночным сложно судить о том, как происходила реорганизация черепа», – пишут палеонтологи под руководством Филипа Донохью (Philip Donoghue) из Бристольского университета (University of Bristol).

Чтобы собрать «эволюционный пазл» полностью, палеонтологи исследовали ископаемые остатки нескольких видов бесчелюстных рыб рода Galeaspida, возрастом 370-435 миллионов лет. Впервые они были обнаружены в середине 1980-х годов в Китае и Вьетнаме, а сейчас ученым удалось заглянуть внутрь окаменелостей.

Палеонтологи объясняют, что черепа Galeaspida особенно ценны для эволюционистов: они сочетают признаки бесчелюстных и челюстных рыб, а значит, могут дать информацию, которую невозможно найти в головах миксин и миног.

Без челюсти с одной ноздрей

С помощью томографа Филип Донохью (Philip Donoghue) и его коллеги заглянули в самые дальние уголки черепной коробки ископаемых бесчелюстных рыб, после чего создали трехмерную модель черепа и «портрет» рыбы.

У животного одна ноздря и нет челюсти. Ротовая полость расширена, как у всех бесчелюстных рыб. Жаберные мешки спрятаны под кожей: рыбам приходилось дышать так, как это делают тритоны – через кожу.Но в отличие от более примитивных родственников, у Galeaspida, как и у современных рыб, два обонятельных центра.

Насекомые имеют фиксированную систему дыхательных трубочек — трахей, поэтому, когда гусеница растёт, она начинает испытывать недостаток кислорода. Это служит сигналом к началу линьки, во время которой дыхательная система личинки пополняется новыми «воздуховодами».

Гусеница каролинского бражника (фото jeffk42)Прежде чем превратиться во взрослую бабочку, гусеница интенсивно питается и растёт, время от времени претерпевая линьку. Всего таких линек перед главным метаморфозом бывает 4–5. Линьки и окукливание гусеницы контролируются сложно организованной гормональной системой. Но что именно даёт насекомому сигнал к линьке?

Исследователи из Университета Дьюка (США) утверждают, что решающим фактором в данном случае оказывается дыхательная система гусеницы. Она у насекомых представлена системой трубочек — трахей, которые пронизывают всё тело и открываются на поверхности; грубо говоря, газообмен происходит с помощью пассивной вентиляции. Второй особенностью системы трахей является то, что на стадии личинки она не растёт вместе с телом между линьками. Каждая стадия личинки-гусеницы имеет строго фиксированную по размерам дыхательную систему. Сама гусеница интенсивно растёт, её шкурка до какой-то степени эластична, но образовывать новые трахеи она не позволяет. И вот, когда имеющаяся дыхательная система уже не может обеспечивать ткани кислородом, происходит линька, во время которой образуются новые трахеи, открывающиеся на поверхности тела.

Эксперименты проводились с гусеницами каролинского бражника Manduca sexta. Учёные отметили, что каждая следующая линька начинается тогда, когда масса гусеницы увеличивается в 4,8 раза по сравнению с предыдущим показателем.

Масса и размер тела, безусловно, зависят друг от друга, и для того, чтобы проверить гипотезу о взаимосвязи линьки и размера дыхательной системы, исследователи искусственно создавали для гусениц недостаток кислорода. В результате подопытные начинали линять, не достигнув размера тела, который обычно запускал линьку. Значит, не размер сам по себе, а его соотношение с фиксированной дыхательной системой подавало сигнал к началу процесса: трахеи не могли снабжать выросшее тело достаточным количеством кислорода.

Что любопытно, даже с отрезанной головой гусеницы реагировали линькой на снижение количества кислорода в воздухе. Вероятно, пишут авторы в журнале PNAS, гормоны экдизоны, управляющие у насекомых линькой и метаморфозом, образуются не только в голове, но и в брюшке. В то же время переключение на линьку (и сам этот процесс) происходит слишком медленно, если подчиняется лишь тому гормону, который вырабатывается в туловище. Насекомые имеют фиксированную систему дыхательных трубочек — трахей, поэтому, когда гусеница растёт, она начинает испытывать недостаток кислорода. Это служит сигналом к началу линьки, во время которой дыхательная система личинки пополняется новыми «воздуховодами».

Прежде чем превратиться во взрослую бабочку, гусеница интенсивно питается и растёт, время от времени претерпевая линьку. Всего таких линек перед главным метаморфозом бывает 4–5. Линьки и окукливание гусеницы контролируются сложно организованной гормональной системой. Но что именно даёт насекомому сигнал к линьке?

Исследователи из Университета Дьюка (США) утверждают, что решающим фактором в данном случае оказывается дыхательная система гусеницы. Она у насекомых представлена системой трубочек — трахей, которые пронизывают всё тело и открываются на поверхности; грубо говоря, газообмен происходит с помощью пассивной вентиляции. Второй особенностью системы трахей является то, что на стадии личинки она не растёт вместе с телом между линьками. Каждая стадия личинки-гусеницы имеет строго фиксированную по размерам дыхательную систему. Сама гусеница интенсивно растёт, её шкурка до какой-то степени эластична, но образовывать новые трахеи она не позволяет. И вот, когда имеющаяся дыхательная система уже не может обеспечивать ткани кислородом, происходит линька, во время которой образуются новые трахеи, открывающиеся на поверхности тела.

Эксперименты проводились с гусеницами каролинского бражника Manduca sexta. Учёные отметили, что каждая следующая линька начинается тогда, когда масса гусеницы увеличивается в 4,8 раза по сравнению с предыдущим показателем.

Масса и размер тела, безусловно, зависят друг от друга, и для того, чтобы проверить гипотезу о взаимосвязи линьки и размера дыхательной системы, исследователи искусственно создавали для гусениц недостаток кислорода. В результате подопытные начинали линять, не достигнув размера тела, который обычно запускал линьку. Значит, не размер сам по себе, а его соотношение с фиксированной дыхательной системой подавало сигнал к началу процесса: трахеи не могли снабжать выросшее тело достаточным количеством кислорода.

Что любопытно, даже с отрезанной головой гусеницы реагировали линькой на снижение количества кислорода в воздухе. Вероятно, пишут авторы в журнале PNAS, гормоны экдизоны, управляющие у насекомых линькой и метаморфозом, образуются не только в голове, но и в брюшке. В то же время переключение на линьку (и сам этот процесс) происходит слишком медленно, если подчиняется лишь тому гормону, который вырабатывается в туловище.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

На западе Австралии, в чёрном песчанике геологического формирования Стрелли, возраст которого оценивается в 3,4 млрд лет относяциеся к Палеоархею, найдены клеточные окаменелости.

Возможно, старейшие окаменелости, известные науке (здесь и ниже фото авторов работы)Честь открытия принадлежит Мартину Брэсьеру (Martin Brasier), палеобиологу Оксфордского университета (Великобритания), и его сотрудникам.

Расположенный в глубине континента бассейн Стрелли когда-то был песчаным пляжем. Земля в то время выглядела совсем иначе: средняя температура океана составляла около 45 ˚С, кислорода не хватало. Скорее всего, первая жизнь полагалась на серосодержащие соединения. Другие точки зрения гласят, что ранние бактерии практиковали фотосинтез или использовали водород для производства энергии. Имеет смысл предположить существование самых разнообразных организмов с широким спектром разновидностей обмена веществ.

Химический анализ давно намекал на то, что жизнь на Земле возникла около 3,5 млрд лет назад, но с «вещдоками» было туго, поскольку очень сложно доказать, что образования, похожие на древние клетки, действительно являются древними клетками. Например, в 1980-х в формировании Апекс-Черт (Apex Chert) в 30 км от бассейна Стрелли были найдены структуры, которые сначала сочли окаменелыми цианобактериями, жившими 3,5 млрд лет назад. Однако в этом году было доказано, что они имеют неорганическое происхождение. Подобная неопределённость ставит под сомнение любую находку.

Г-н Брэсьер был в числе критиков находки в Апекс-Черт, но насчёт своего открытия он уверен. Размеры, формы окаменелостей, наличие в них того, что похоже на углерод-содержащие клеточные стенки, — всё это характерно для бактериальных колоний. Следы имеют от 5 до 80 мкм в диаметре. Форма разнообразна: сфера, эллипсоид, палочка.Бассейн Стрелли и его тайна

Стенки «клеток» имеют одинаковую толщину — в отличие от сильно изменчивых углеродистых слоёв, находящихся в образованных геологическими процессами неорганических следах. Окаменелости также бедны углеродом-13 — тяжёлой формой углерода, содержащейся в атмосфере. Это признак биологической активности, так как живые организмы преимущественно пользуются более лёгкой формой — углеродом-12.

В «клеточных стенках» и рядом с ними найдены микрометровые кристаллы сульфида железа (пирита). Аналогичный характер осаждения этого вещества наблюдается в современных бактериях, которые питают свой метаболизм за счёт превращения серосодержащих частиц — сульфатов — в сульфиды. С другой стороны, мы не знаем, существовал ли подобный процесс в древних микроорганизмах, — а значит, это не может считаться убедительным доказательством.

Однако, по мнению ряда специалистов, увязка микрофоссилий с метаболизмом — наиболее интересный аспект работы и может иметь значение для дальнейших попыток идентификации ископаемых микроорганизмов. В том числе на Марсе.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Международная группа учёных получила трёхмерные изображения двух сенокосцев, живших более 300 млн лет назад (в каменноугольном периоде).

Dyspnoi (здесь и ниже фото авторов исследования)Восьминогие существа с сантиметровым тельцем принадлежали подотрядам Dyspnoi и Eupnoi.

Существует предположение, что сенокосцы одними из первых среди сухопутных организмов приобрели современный нам вид, в то время как их кузены пауки и скорпионы ещё находились на довольно ранней стадии эволюции. Сравнение отсканированных окаменелостей с их нынешними потомками укрепило эту точку зрения. Удивительным образом эти животные и впрямь почти не изменились за сотни миллионов лет. Вероятно, достигли совершенства.

Кроме того, трёхмерные изображения подтвердили, что Dyspnoi и Eupnoi около 305 млн лет назад имели общего предка, о чём ранее свидетельствовали ДНК-тесты.Eupnoi

Судя по изображениям, Eupnoi, скорее всего, жили в опавшей листве, что позволяло им скрываться от хищников. Они обладали длинными ногами с изгибом на конце — такими же, как у их потомков, которые пользуются ими для того, чтобы перебираться с листка на листок. Тело Eupnoi имело очень тонкую и мягкую внешнюю оболочку (наружный скелет): часть брюшка разрушилась в процессе окаменения.

Dyspnoi могли похвастаться спинными шипами, которые не позволяли хищникам получить удовольствие от этой пищи. Представители данного подотряда, вероятно, предпочитали сырые древесные остатки лесной подстилки. Современный американский потомок этих существ Acuclavella cosmetoides имеет такие же шипы и тоже живёт в лесной подстилке.

Окаменевшие останки сенокосцев редки, ибо их мягкие и одновременно хрупкие крохотные тела плохо сохраняются. На сегодня обнаружено только 33 древних вида. Как правило, для доступа к ним приходится расколоть камень, и в результате специалист может увидеть лишь часть останков. Для получения полной картины используется компьютерная томография.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

По некоторым расчётам, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше — 6,5 млн. Животных на планете всего около 8,7 млн видов, грибов — 611 тыс., растений — 300 тыс. При этом растениям повезло больше всего: из них описано 72% видов, тогда как животных — 12%, грибов — только 7%.

Подробнее...

Количество видов эукариотических организмов на нашей планете примерно равно 8,7 миллиона. Правда, на сегодня описано только 15%, а потому на открытие оставшихся видов у биологов может уйти около пятисот лет.

Один из новооткрытых видов — рыба Halieutichthys intermedius, обнаруженная в 2010 году в водах Мексиканского залива (фото LLW Productions)Карл Линней предложил бинарную номенклатуру для описания видов живых существ и заложил основы современной классификации живого мира более 250 лет назад. За это время было открыто и классифицировано около 1,2 млн видов животных и растений. И чем больше биологи делали открытий, тем чаще они задумывались о том, сколько всего на Земле живого. Примерные оценки варьировались от 3 до 100 млн.

Группа учёных из Дальхаузского университета (Канада) предлагает свой, «наиболее корректный» способ оценки биоразнообразия планеты. По её прикидкам, опубликованным на сайте PLoS Biology, общее число видов живых существ примерно равно 8,7 млн плюс-минус 1,3 млн.Ещё один вид-2010 — паук Caerostris darwini с Мадагаскара, плетущий сети диаметром 25 метров (фото galileo.gallery)

В своей работе исследователи опирались на существующую таксономическую систему живых организмов. Животные и растения описываются таксономическими рангами всё более высокого порядка: вид — род — семейство — порядок (отряд) и т. д. Число видов всегда больше, чем число родов, а число родов всегда больше, чем количество семейств, так что соотношение таксономических рангов между собой можно представить в виде пирамиды. Учёные использовали численную пропорцию, связывающую разные ступени пирамиды, для предсказания того, сколько живности насчитывает её самая нижняя (видовая) ступень. Этот метод, по их словам, работает не только со всей таксономической массой видов, но и с её подразделениями. Так, полученные видовые результаты согласуются с реальным положением дел у млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий.

Итак, по расчётам канадцев, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше — 6,5 млн. Животных на планете всего около 8,7 млн видов, грибов — 611 тыс., растений — 300 тыс. При этом растениям повезло больше всего: из них описано 72% видов, тогда как животных — 12%, грибов — только 7%.

Необходимо отметить, что исследователи занимались лишь эукариотами и не пытались предсказать число видов бактерий. С другой стороны, современная систематика — наука динамичная, многие таксоны меняют своё место в иерархии, систематическое положение многих видов не застраховано от изменений.

Представление о том, сколько видов живёт на Земле, может быть полезно не только с теоретической, но и с практической точки зрения, поскольку это позволит более точно оценивать влияние человека и его роль в биосфере. Что же до «простых зоологов», непонятно, радоваться им открывшемуся изобилию или наоборот: за последние 250 лет было описано менее 15% видов, и, если не принимать в расчёт сокращение биоразнообразия, на открытие оставшихся животных и растений должно уйти около 480 лет.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Едва заметный жирный осадок, обнаруженный в следах гекконов, наконец-то может решить загадку дивной способности этих ящериц приклеиваться к стенам и потолкам.

Лапа геккона (Фото Ali Dhinojwala / University of Akron)Предыдущие исследования показали, что гекконы не пользуются клейкими веществами или присосками. За эти подвиги несёт ответственность ван-дер-ваальсово взаимодействие между микроскопическими белковыми щетинками на подушечках лап гекконов и поверхностью, за которую они цепляются, игнорируя силу тяжести.

Однако исследователи из Университета Акрона (США) заметили, что в следах геккона что-то есть. Анализ остатков показал, что они состоят в основном из фосфолипидов с фосфохолиновыми концевыми группами. Кроме того, обнаружены преимущественно гидрофобные метиловые и метиленовые группы, а также полное отсутствие воды в месте контакта подушечки пальца с поверхностью.

Присутствие липидов до сих пор никогда не рассматривалось в моделях адгезии гекконов.

Быть может, когда-нибудь на их основе удастся создать многоразовую клейкую ленту и другие продукты, обладающие всеми свойствами лап гекконов?..

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the Royal Society Interface.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Современные млекопитающие делятся на три группы: яйцекладущие (клоачные), сумчатые и плацентарные. Первые входят в подкласс первозвери, а вторые и третьи объединяются в подкласс звери. Вопрос о том, когда сумчатые и плацентарные разделились, остаётся предметом дискуссий. Находки ископаемых говорят, что это произошло в меловом периоде около 125 млн лет назад, а генетический анализ ДНК современных млекопитающих отодвигает эту дату вглубь времён.

Обнаруженный в Китае частичный скелет маленького существа, похожего на землеройку, заставляет предположить, что дивергенция имела место более 160 млн лет назад в Юрском периоде. Находка сделана в знаменитых отложениях провинции Ляонин. Вид назвали Juramaia sinensis, то есть «юрской матерью из Китая».

Это самый ранний представитель инфракласса плацентарных из известных науке. Он весил всего 15 г и питался, скорее всего, насекомыми. Сохранившаяся часть скелета (от кончика носа до середины спины) свидетельствует о том, что он неплохо лазил по деревьям.

На его плацентарную природу указывают моляры и премоляры, расположение кончиков зубов и незначительные характеристики передних лап и запястий, рассказывает ведущий автор описания Ло Чжэси из Музея естественной истории им. Карнеги (США). Взятые вместе эти черты указывают на то, что предшественники сумчатых (метатерии) и плацентарных к тому времени уже разошлись.

Предыдущим обладателем рекорда древности среди плацентарных была Eomaia («рассветная мать»), жившая на 35 млн лет позже. Она была найдена в той же формации и описана в 2002 году.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Примитивные млекопитающие из отряда однопроходных и эволюционно древние страусы демонстрируют начальные этапы эволюции сна: и те, и другие спят «в одну фазу», без смены стадий быстрого и медленного сна.

Фаза быстрого сна: наибольшую активность проявляют те области мозга, которые управляют движениями глаз, это третья и четвёртая линии сверху. (Рисунок James Holmes)Большинство птиц и млекопитающих спят, чередуя фазы медленного и быстрого сна. Обе характеризуются особым поведением электрической активности головного мозга, которую можно отследить с помощью электроэнцефалографии. Если не вдаваться в подробности и не касаться различий в отдельных ритмах ЭЭГ, то во время медленного сна преобладают низкочастотные и низкоамплитудные волны. На стадии быстрого сна, наоборот, мозг активизируется, волны мозговой активности становятся более «беспокойными», наблюдаются быстрые движения глаз и снижение мышечного тонуса. Считается, что при быстром сне мозг осмысляет и архивирует информацию, полученную за время бодрствования.

Исследователей давно занимает проблема эволюции сна. И впрямь — как сложилась эта чересполосица с чередованием фаз? К сожалению, никакие окаменелости не могут рассказать нам, как спали древнейшие археоптериксы и саблезубые тигры, поэтому учёным приходится опираться на данные, собранные с ныне живущих зверей и птиц. Так, к примеру, известно, что почти все млекопитающие имеют обе фазы сна, а вот самые древние из них, яйцекладущие утконосы и ехидны, объединяемые в группу однопроходных, спят однофазным сном. При этом у них всё-таки есть некие зачатки второй фазы, а именно движения глаз и снижение мышечного тонуса, но ЭЭГ спящих утконосов демонстрирует только фазу медленного сна и какой-то гибрид из медленного и быстрого состояний.

Птиц на «эволюцию сна» детально до сих пор не проверяли. Было известно лишь, что у них тоже две фазы. Но только как они их получили — «в готовом виде» или, как и звери, начав «с нуля»?

Исследования специалистов из Института орнитологии общества Макса Планка (ФРГ) позволяют утверждать, что птицы в этом отношении прошли тот же путь, что и млекопитающие. Одной из самых эволюционно «ранних» групп у птиц считаются африканские страусы. Именно их и «привлекли» к эксперименту: исследователи записывали активность мозга шести самок страуса Struthio camelus во время сна, а также следили за движениями глаз и состоянием скелетных мышц птиц. Оказалось, что при внешних признаках, характерных для фазы быстрого сна, электрическая активность мозга во время такой псевдобыстрой фазы у страусов — как и у утконосов — колеблется между быстрым и медленным сном. Результаты экспериментов исследователи представили на сайте PLoS ONE.

Учёные делают вывод, что разделение фаз у птиц шло по такому же пути, как и у млекопитающих. Сначала было некое гибридное состояние, мозг пытался выйти в быстрый сон, но никак не мог в этой фазе удержаться. В пользу этого говорит и то, что «псевдобыстрый» сон у страусов и утконосов длится гораздо дольше, чем нормальный быстрый сон у более эволюционно молодых групп зверей и птиц. Разделение сна на фазы с различными функциями случилось лишь по истечении какого-то эволюционного промежутка.

С нарушениями длительности и чередования фаз сна связано несколько нервных расстройств, поэтому любые, даже сугубо теоретические сведения об эволюции сна когда-нибудь могут приобрести важное практическое значение.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

В результате скрещивания с неандертальцами и человеком Денисовской пещеры наши предки получили эффективные гены иммунных белков, которые позволили изрядно усовершенствовать иммунную систему.

Череп неандертальца (слева) и череп кроманьонца; считается, что современный человек берёт своё начало от кроманьонцев. (Фото bandero2007.)Пути эволюции причудливы. Если верить результатам работы международной группы исследователей, опубликованным в журнале Science, распутство и беспорядочные половые связи предков Homo sapiens создали нам надёжную и эффективную иммунную систему, которой мы и пользуемся по сей день.

Речь идёт о взаимоотношениях предков современного человека с неандертальцами и денисовским человеком, ещё одним нашим прародственником. Предыдущие исследования уже указывали на вероятность такого межпопуляционного скрещивания: геном современного европейца содержит 4% неандертальской ДНК, а геном нынешних меланезийцев на 4–6% состоит из ДНК денисовского человека. По итогам работы огромной группы исследователей из США, Турции, Канады и Кении стало ясно, какие именно гены перешли современному человеку от его боковых эволюционных ветвей. Учёные сосредоточились на группе генов HLA, кодирующих группу человеческих лейкоцитарных антигенов. От этих мембранных белков зависит распознавание по типу «свой — чужой»; именно HLA дают иммунной системе сигнал о вторжении.

Учёные сравнили соответствующие последовательности ДНК, полученной от доноров костного мозга и из ископаемых останков неандертальцев и денисовского человека. Результаты анализа ещё раз доказали, что наши предки скрещивались как с теми, так и с другими. Иммунные гены, пришедшие от этих разновидностей человека, оказались настолько эффективными, что распространились повсеместно. Одна из «денисовских» версий гена HLA присутствует в 50–60% населения современных Китая и Папуа — Новой Гвинеи.

Встреча разных популяций древних людей могла произойти, скорее всего, тогда, когда «африканцы» отправились в Европу и Азию, где доминирующими были неандертальцы и денисовцы. Именно благодаря «беспорядочным связям» древних людей современный человек, по утверждению авторов работы, получил иммунитет, который позволяет ему смело встречать даже незнакомые патогены. С другой стороны, различные эксперты предостерегают от излишне смелых обобщений: формирование иммунной системы можно сравнить с путешествием по минному полю, и вряд ли какому-то одному эволюционному фактору можно приписать всю заслугу формирования нашего иммунитета.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА