Ихтиостега — это род вымерших животных, которые тесно связаны с тетраподами, то есть с четвероногими наземными позвоночными. Они были обнаружены в виде окаменелостей в породах, расположенных в восточной Гренландии, в позднем девонском периоде, примерно 370 миллионов лет назад. Хотя Ихтиостега часто называется «четвероногими» из-за наличия конечностей и пальцев, на самом деле она представляла собой более примитивную форму, чем настоящие четвероногие, и более точное название для нее было бы стегоцефальным или стволовым четвероногим.
История изучения
В 1932 году исследователь Севе-Седерберг описал четыре вида ихтиостег, которые были обнаружены в верхнем девоне в восточной части Гренландии. По его открытиям, эти виды могли быть схожи друг с другом, поскольку их морфологические различия не были явно выражены. Различия между видами проявлялись в пропорциях и структуре черепа. Для сравнения было использовано четырнадцать экземпляров, собранных в рамках Датской Восточной Гренландской экспедиции 1931 года. Дополнительные образцы были собраны в период с 1933 по 1955 годы.
Род ихтиостега имеет близкое родство с акантостегой (Acanthostega gunnari), также найденной в восточной Гренландии. По сравнению с акантостегой, череп ихтиостеги выглядит более схожим с черепом рыбы, однако ее пояс передних конечностей более мощный и лучше приспособлен к передвижению.
Внешний вид
Ихтиостега (лат. Ichthyostega, от др.-греч. ἰχθυο- + στέγη — рыбья кровля) представляет собой род примитивных стегоцефалов, населявших землю в период девона, и является единственным в своем семействе, Ichthyostegidae. Этот вид является одним из ключевых морфологических промежуточных форм между рыбами и четвероногими.
У ихтиостег были лапы, однако, вероятно, они не использовались для передвижения на суше. Ихтиостеги обладали хвостовым плавником и определенными органами чувств, которые функционировали только в воде. Их тела были покрыты мелкими чешуйками.
Размеры ихтиостег составляли приблизительно 1,5 метра в длину, а на задних лапах у них имелось по семь пальцев. Точное количество пальцев на передних лапах пока не установлено, однако предполагается, что их также было семь. На хвосте у ихтиостегов присутствовал плавник типа «рыбий», который поддерживался невральными и гемальными дугами.
Ноздри находились у нижнего края челюстей. Слезная кость примыкала к ноздре, но не к глазнице. Отсутствие межвисочной кости (что исключает возможность происхождения большинства темноспондилов от этого рода), непарность заднетеменной кости, соприкосновение челюстной кости с квадратноскуловой, а также сохранение подкрышечных и предкрышечных костей характеризовали анатомию ихтиостегов. Носовые кости были широкие, глазницы овальные и располагались в центральной части черепа. Хорда через отико-окципитальную часть мозговой коробки достигала гипофизарной ямы.
Виды
Род Ichthyostega включает в себя три вымерших вида:
- Ichthyostega eigili, описанный Севе-Седербергом в 1932 году.
- Ichthyostega stensioei, также описанный Севе-Седербергом в 1932 году.
- Ichthyostega watsoni, третий вид, также описанный Севе-Седербергом в 1932 году.
Среда обитания
Остатки ихтиостега были обнаружены на территории Гренландии. Хотя точное местоположение обитания этого вида неизвестно, предполагается, что ихтиостеги населяли северное полушарие и обитали в нынешних водах Атлантического и Северного Ледовитого океанов. В девонском периоде климат был относительно теплым, и, вероятно, ледников не существовало. Температурные различия между экватором и полюсами были менее значительными, чем в настоящее время. Погода также была сухой, особенно вдоль экватора, где преобладала высокая засушливость.
Реконструкция температуры поверхности тропического моря показывает среднюю температуру около 25 °C в начале девона. Уровень углекислого газа в атмосфере резко снизился в течение девонского периода из-за захоронения новых лесов, что привело к охлаждению температуры на 5 °C в середине девона. Однако в позднем девоне температура снова повысилась до уровня, сравнимого с началом девона.
В это время не отмечается соответствующее увеличение концентрации углекислого газа, а выветривание континентов увеличивается, что подтверждается более высокими температурами. Кроме того, некоторые доказательства, такие как распределение растений, указывают на потепление в конце девона. Именно в этот период датируются найденные окаменелости. Возможно, что ихтиостеги выжили и в следующем каменноугольном периоде. Их последующее вымирание, вероятно, связано с снижением температуры в их местах обитания.
В этот период климат оказал влияние на доминирующие организмы в рифах. В теплые периоды основными рифообразующими организмами были микробы, в то время как в более холодные времена доминировали кораллы и строматопороидные губки. Потепление в конце девона, возможно, даже способствовало исчезновению строматопороидов.
Характер и образ жизни
Возраст животного был оценен примерно в 370 миллионов лет, что относит его к девонскому периоду. Ихтиостега является одним из самых древних известных четвероногих. Благодаря своим особенностям, включающим в себя черты как у рыб, так и у амфибий, Ichthyostega является важным свидетельством и подтверждением теории эволюции.
Одним из наиболее удивительных фактов об ихтиостеге является не только наличие у нее перепончатых ног, но и способность дышать воздухом — хотя и только на короткие периоды времени. Тем не менее, даже с этой удивительной способностью, она, вероятно, проводила не так много времени на суше. Это обусловлено тем, что она была достаточно тяжелой, а ее конечности не были достаточно сильными, чтобы перемещать ее мощное тело.
Предплечье и передние конечности у Ихтиостеги, по-видимому, были массивными, и предплечье не могло полностью выпрямиться. Пропорции этого животного сравнимы с морским слоном среди современных животных. Возможно, Ихтиостега поднималась на скалистые пляжи, перемещая передние конечности параллельно и тянула за собой задние конечности.
Животное не было способно к типичной походке четвероногих, так как передние конечности не имели достаточного диапазона вращательного движения. Тем не менее, точный образ жизни ихтиостеги до сих пор неясен из-за ее необычных особенностей.
Питание
Пальцы у ихтиостеги плохо гнулись, а мышечная система была слабой. Тем не менее, это животное уже могло передвигаться по болотистым участкам суши помимо водной среды. Примерно 70-80% времени ихтиостега проводила в воде, покоряя водную стихию, а оставшееся время пыталась осваивать сушу. Ее основными источниками пищи служили обитатели морей того времени, такие как рыбы, морской планктон и, возможно, морские растения. Уровень моря в девонском периоде был в целом высоким.
В морских экосистемах продолжали преобладать различные организмы:
- Мшанки;
- Разнообразные и обильные брахиоподы;
- Загадочные гедереллиды;
- Микроконхиды;
- Криноиды, подобные лилиям, которые были в изобилии, несмотря на их сходство с цветами;
- Трилобиты все еще были довольно распространены.
Возможно, Ихтиостега питалась некоторыми из этих видов. Ранее ученые предполагали, что ихтиостега была связана с появлением четвероногих на суше. Однако, скорее всего, она выходила на сушу лишь на короткие периоды времени, прежде чем возвращаться в воду. Кто из древних позвоночных действительно стал первым завоевателем суши, до сих пор неизвестно.
В девонском периоде происходила интенсивная колонизация суши. В начале периода в моховых лесах и бактериальных коврах силура появились примитивные корневые растения, которые создали первоначальные устойчивые почвы, а также появились членистоногие, такие как клещи, скорпионы, тригонотарбиды и многоножки. Хотя членистоногие появились на суше еще раньше, чем в раннем девоне, и данные об окаменелостях, таких как Climactichnites, указывают на возможное появление наземных членистоногих уже в кембрии.
Первые возможные окаменелости насекомых появились в раннем девоне. Данные о самых ранних тетраподах представлены в виде следов окаменелостей в мелководных лагунах морской карбонатной платформы/шельфа в течение среднего девона, хотя эти следы подверглись сомнению, и ученые предположили, что они могут быть следами кормления рыб. Все это быстро развивающееся растительное и животное миропонимало Ихтиостегу потенциальным источником пищи.
Размножение и продолжительность жизни
Предполагается, что ихтиостеги и их родственники проводили время, наслаждаясь солнечным теплом, чтобы поднять температуру своего тела. Они также возвращались в воду, чтобы охладиться, охотиться за пищей и размножаться. Их образ жизни требовал сильных передних конечностей, чтобы поднять хотя бы переднюю часть тела из воды, а также более мощную грудную клетку и позвоночник, чтобы поддерживать их, когда они загорались на животе, подобно современным крокодилам.
Ихтиостеги стали прародителями двух основных ветвей земноводных, отличающихся строением черепа и конечностей. В позднем девоне появились лабиринтодонты. Внешне они напоминали крокодилов или саламандры. На сегодняшний день известны сотни видов лабиринтодонтов, которые обитали в заболоченных лесах и реках.
Вода была необходима для ихтиостег и других ранних наземных четвероногих, поскольку яйца не могли выжить вне воды, и процесс размножения не мог происходить без водной среды. Вода также играла важную роль в развитии и внешнем оплодотворении ихтиостегов. С тех пор большинство наземных позвоночных развили два метода внутреннего оплодотворения: прямой, как у всех амниот и некоторых амфибий, или косвенный, как у многих саламандр, где самка помещает сперматофор на землю, а затем самка его поглощает.
Естественные враги
Хотя передние конечности ихтиостеги не были восстановлены известными окаменелостями животного, считается, что они были более развиты, чем задние конечности. Ученые предполагают, что именно с помощью передних конечностей ихтиостега перемещала свое тело из воды на сушу.
По всей видимости, локомоция, или способ передвижения, была ограничена минимальными изменениями движений под водой с использованием комбинации движений хвоста и ног. Ноги были специально адаптированы для преодоления подводных препятствий, таких как затопленные подводные растения.
Хотя и были возможны движения на суше, ихтиостега была более приспособлена к жизни в воде, особенно на взрослой стадии своей жизни. Она редко покидала воду, и, возможно, меньший размер молодых особей помогал им легче передвигаться по суше, чтобы избежать опасности со стороны крупных хищников до тех пор, пока они не вырастут до достаточного размера, чтобы не стать добычей.
Ученые считают, что перемещение на сушу предоставило животным большую безопасность от хищников, уменьшило конкуренцию за пищу и предоставило определенные экологические преимущества, отсутствующие в водной среде, такие как более высокая концентрация кислорода и контроль температуры. Это предполагает, что конечности эволюционировали так, чтобы адаптироваться к проведению части времени на суше.
Тем не менее, исследования показали, что у саркоптеригов развились конечности, подобные четвероногим, способные хорошо передвигаться по суше, прежде чем они отправились на сушу. Это указывает на то, что они сначала адаптировались к передвижению по земле под водой, а затем перешли на сушу.
Популяция и статус вида
Ихтиостега — вид, который вымер давно, что делает сложным оценку его распространенности на Земле. Поскольку окаменелости этого животного были обнаружены только в Гренландии, вероятно, популяции Ихтиостеги были невелики. Эти существа существовали в трудный период. Крупное вымирание произошло в начале последней фазы девона, когда около 372,2 миллионов лет назад внезапно исчезли все ископаемые рыбы-агнаты, кроме гетерострак псаммостеидов.
Вымирание в позднем девоне было одним из пяти основных событий исчезновения в истории жизни Земли, и было более радикальным, чем событие, закрывшее меловой период. Этот кризис в первую очередь затронул морское сообщество и выборочно повлиял на мелководные организмы в теплой воде. Одной из наиболее пострадавших групп были строители великих рифовых систем.
Среди сильно пострадавших морских групп были брахиоподы, аммониты, трилобиты, акритархи, рыбы без челюстей, конодонты и все плакодермы. Наземные растения, а также пресноводные виды, вроде наших предков четвероногих, остались относительно незатронутыми событием позднего девонского вымирания.
Причины исчезновения видов в позднем девоне до сих пор остаются неизвестными, и все объяснения остаются на уровне предположений. В таких условиях ихтиостега продолжала выживать и размножаться. Удары астероидов изменяли поверхность Земли и влияли на ее обитателей.
