Как земноводные учились превращаться

22.08.2023 00:00

Переход примитивных земноводных от водной среды обитания к наземному были очень растянуты во времени. В процессе эволюции преобразование земноводных было сконцентрировано на коротком этапе индивидуального развития, что способствовало появлению метаморфоза.

Некоторые изменения провоцировались рядом факторов, которые постепенно уступили одному регулятору – гормону щитовидной железы. Позвоночные вышли на сушу во второй половине девонского периода (380–390 млн. лет тому назад). Это событие повторяется и по сегодняшний день – земноводные постоянно демонстрируют выход из воды на примере своего жизненного цикла (метаморфозы).

Ни для кого не секрет, что жабы, саламандры и лягушки на суше проводят только вторую часть своей жизни – взрослую, а первую в воде – на стадии личинки. Превращение земноводных с личинки во взрослую особь протекает очень быстро и бурно. Но, несмотря на большую схожесть с древними наземными позвоночными современные бесхвостые земноводные немного другая группа животных.

Метаморфозы современных животных происходят по-разному. Например, личинки хвостатых земноводных уже немного похожи на взрослых особей, а вот головастики лягушек практически не отличимые от обычных рыб. Однако, как и у головастиков, так и у хвостатых в процессе метаморфоза происходят изменения: редуцируются плавники и часть скелета жаберных дуг, губные складки, наружные жабры, зарастают жаберные щели, изменяется строение кожных желез и кожи, меняется строение небной области, расположение зубов, формируется слезно-носовой проток и наружное веко, личиночный гемоглобин меняется на взрослый, а в качестве окончательного продукта азотного обмена вырабатывается мочевина вместо аммония.

Если современные виды хвостатых амфибий расположить в ряд от самых примитивных к продвинутым, то можно увидеть направленное изменение характеристик метаморфоза. Следовательно, можно предположить, что общие черты изменений соответствуют эволюции метаморфоза амфибий. Метаморфоз у безногих земноводных и примитивных саламандр сильно растянут во времени – развитие разных органов и системы организма происходит асинхронно. А вот у саламандр многие преобразования происходят непосредственно перед выходом на сушу. За метаморфозы саламандр отвечают морфогенетическая индукция и частично тиреоидные гормоны. Это означает, что одни морфологические структуры, развиваясь, стимулируют развитие других. Например, обонятельным мешком или слезно-носовым каналом провоцируется развитие некоторых костей черепа. В результате этого морфогенетическое развитие становится трудно модифицируемым, так как отдельные преобразования происходят независимо друг от друга, образуя неразрывную последовательность. Из-за этого некоторые морфологические структуры стали не нужными в ходе эволюции, но без них не может происходить полноценный метаморфоз. Так, к примеру, испанский тритон Pleurodeles waltl живет только в воде и не нуждается в слезно-носовом протоке, необходимом для жизни на суше, но, тем не менее, он у него формируется. Вероятней всего это связано с тем, что проток служит индуктором, который стимулирует развитие кости (praefronto-lacrimale), предназначенной для защиты обонятельной капсулы.

В процессе прогрессивной эволюции саламандр большое количество метаморфных преобразований переходило под контроль тиреоидных гормонов. У одних видов даже развились элементы “некробиотического” метаморфоза – процесс, когда личиночные органы рассасываются или отмирают. В результате чего метаморфоз саламандр стал быстрым и начал делиться на две стадии: личиночную и взрослую. Подобное преобразование позволяет личинкам и взрослым особям саламандр эволюционировать независимо друг от друга. В результате этого личиночная и взрослая стадии отличаются друг от друга: личинка саламандры к воде приспособлена лучше, а взрослая саламандра лучше к наземной жизни. У некоторых видов саламандр, таких как саламандра-плетодонцид разделение водной и наземной стадий развития стало предпосылкой к полной утрате стадии личинки и спровоцировало переход к прямому развитию. У них из яиц вылупляются миниатюрные копии взрослых саламандр. Аналогичные эволюционные процессы в каменном периоде привели и к появлению первых рептилий. Относительно древнейших амфибий, то их метаморфоз проходил медленно, а взрослые особи по своей морфологии практически не отличались от личинок.

Большинство тенденций эволюции метаморфоза наблюдаются и у других животных. К примеру, метаморфоз “неправильных” морских ежей протекает двумя этапами. Плавающая личинка изменяется в миниатюрного морского ежа, который со временем изменяет строения и превращается в двустороннесимметричное животное. Метаморфоз ежей происходят асинхронно. Следовательно, прогрессивная эволюция способна приводить не только к росту целостности, но и к диссоциации – рост независимых частей. Подобное явление наблюдается в онтогенезе саламандр.