Происхождение земноводных. Надотряд кистеперые Кистеперые рыбы были типично водные животные

Тесная связь с водой, сходство с рыбами на ранних стадиях развития указывают на происхождение земноводных от древних рыб. Остается уточнить, от какой же именно группы рыб берут свое начало земноводные и какая сила выгнала их из водной среды и заставила перейти к наземному существованию. Современные двоякодышащие рыбы считались амфибиями, а затем стали в них видеть связующее звено между амфибиями и настоящими рыбами.

Появление древнейших земноводных относится к концу девонского периода, а расцвет к каменноугольному.

Первоначально амфибии были представлены мелкими формами. Древнейшие ископаемые амфибии каменноугольного периода по общей форме тела напоминают наших тритонов, но отличаются от всех современных земноводных сильным развитием кожного скелета, особенно на голове. Поэтому их выделили в особый подкласс стегоцефалов.

Строение черепа является самой характерной особенностью стегоцефалов. Он состоит из многочисленных костей, плотно смыкающийся друг с другом и оставляющих отверстие только для глаз, ноздрей, и еще одно непарное отверстие имеется на темени. У большинства стегоцефалов брюшная сторона тела была покрыта панцирем из сидящих рядами чешуй. Осевой скелет развит слабо: сохранялась хорда и позвонки состояли из отдельных элементов, еще не спаянных в одно сплошное целое.

По теории академика И.И. Шмальгаузена, земноводные, а следовательно и все наземные позвоночные, произошли от древних пресноводных кистеперых рыб. Промежуточная форма между рыбами и земноводными получила название ихтиостеги.

Древние амфибии были в большей мере приурочены к водоемам, чем их современные потомки. В водной среде их удерживал и тяжелый костный череп, и слабый позвоночник. В результате группа стегоцефалов, давшая начало и позднейшим амфибиям, и древнейшим рептилиям, - престала существовать, а дальнейшее развитие класса пошло в направлении разгрузки костного черепа, устранения костных образований на коже и окостенения позвоночника. В настоящее время процесс исторического развития амфибий привел к образованию трех резко обособленных групп – уже известных нам отрядов хвостатых и бесхвостых амфибий и очень своеобразного отряда безногих, или червяг, в котором насчитывается около 50 видов, приуроченных к влажным тропическим странам обоих полушарий. Это специализированная группа, представители которой «ушли в подполье»: они живут в почве, питаясь там различной живностью, и по внешнему виду напоминают земляных червей.

В современной фауне наиболее процветающей группой оказываются бесхвостые амфибии (около 2100 видов). В пределах этой группы дальнейшее развитие пошло в различных направлениях: одни формы остались тесно связанными с водной средой (зеленые лягушки), другие оказались более приспособленными к наземному существованию (бурые лягушки и особенно жабы), третьи перешли к жизни на деревьях (квакши), разойдясь таким образом в жизненных сообществах (биоценозах) нашей современной природы.

Отряд безногие (≈60 видов).

Питаясь различной мелкой живностью, амфибии истребляют значительное количество насекомых и их личинок. Поэтому лягушек и жаб можно зачислить в категорию защитников урожая и друзей садоводов и огородников.

Отряд хвостатые (280 видов

Древнейшие известные земноводные. Долгое время все сведения о древнейших земноводных ограничивались отпечатками пятипалых конечностей, найденными в позднедевонских отложениях.

Раскопки, произведенные в Гренландии и в Канаде в 30-х годах, обнаружили в слоях того же возраста неполные скелеты (черепа) самих животных. Что эти остатки при надлежат земноводным, доказывается наряду с другими признаками присутствием затылочных мыщелков, ушной вырезки в черепном панцире и видоизмененным в стремя гиомандибуляре. Но вместе с тем эти древнейшие из известных земноводных стоят ближе всех прочих ископаемых амфибий к рыбам по присутствию рудиментарной жаберной крышки и по наружным ноздрям, которые у них располагались на самом краю верхней челюсти — явление, свойственное двоякодышащим рыбам. И тем не менее Эти животные— уже настоящие амфибии и относятся к отряду Ichtyostegalia, что свидетельствует о том, что разделение класса на группы произошло еще раньше, не позднее нижнего девона, так что классу земноводных не менее 300 млн. лет.

Происхождение земноводных. Если рассуждать теоретически, предками земноводных должны были быть рыбы, обладавшие легкими и такими пар ными плавниками, из которых могли бы развиться пятипалые конечности. Таким требованиям удовлетворяют древние кистеперые рыбы, в частности Eusthenopteron и Sauripterus. На то, что предками земноводных были действительно древние кистеперые рыбы, указывает также поразительное сходство между покровными костями их черепа и соответствующими костями палеозойских земноводных. Наконец, судя по современным кистеперым и двоякодышащим, кровеносная система этих древних кистеперых рыб во многом походила на кровеносную систему земноводных. То, что двоякодышащие рыбы не могли быть прямыми предками земноводных, доказывается их крайне специализированным черепом, лишенным вторичных челюстей, своеобразными зубными пластинками, бисериальными парными плавниками и рядом других анатомических признаков. Однако следует еще раз подчеркнуть, что древние двоякодышащие рыбы стояли близко к древним кистеперым и располагались в системе, может быть, не очень далеко от прямых предков земноводных.

(по Давиташвили). I — плечевой пояс и плавник Sauripterns; II — внутренний скелет грудного плавника Sauripterus; III —скелет передней конечности стегоцефала: 1 — элемент, гомологичный плечевой кости, 2 — элемент, гомологичный лучевой кости, 3 — элемент, гомологичный локтевой кости

(по Шмальгаузену):

1 — заднетеменная кость, 2 — теменная кость, 3 — лобная, 4 — носовая, 5 — межчелюстная, 6 — верхнечелюстная, 7 — предлобная, 8 — заднелобная, 9 — заглазничная, 10 — скуловая, 11 — чешуйчатая, 12 — квадратноскуловая, 13 — ноздря, 14 — глазница, 15 — отверстие для теменного органа

Условия жизни в среднем палеозое. В девоне появились настоящие наземные растения; в тот же период появились и наземные беспозвоночные, в том числе и насекомые. Появление наземных беспозвоночных, т. е. потен циальной пищи, позволило выйти на сушу и позвоночным животным. Однако как растительность, так и членистоногие и первые наземные позвоночные достигли пышного расцвета только в течение каменноугольного периода. Прибрежная растительность и водные растения многочисленных мелких пресных водоемов этого периода падали в воду и гнили. В результате вода лишалась кислорода. При этих условиях рыбы, перешедшие на дыхание атмосферным воздухом, оказались в выгодном положении. Таким образом, недостаток кислорода в водоемах, определивший возникновение органов воздушного дыхания у кистеперых рыб, подготовил выход предков амфибий на сушу. Однако ведущим биологическим фактором, определившим выход позвоночных на сушу, были огромные, не используемые до того запасы пищи на суше в виде наземных беспозвоночных при отсутствии конкуренции в новой среде обитания.

Современные кистеперые рыбыявляются представителями древнейшего вида, который считался полностью исчезнувшим около 70 млн лет назад. Но в 1938 г. редчайшая особь была поймана в Индийском океане у южных африканских берегов. Второй раз такая рыба выловлена в той же самой области. Все пойманные особи были досконально изучены и взяты под охрану.

Кто такие кистеперые рыбы?

Это древнейшие представители, которые появились около 406-360 млн лет назад. Их останки были найдены в морской и пресной среде на разных частях . Ученые предполагают, что в местах их обитания мог быть недостаток кислорода, из-за чего появились некоторые особенности в строении их плавников и дыхательной системы:

мощная мускулатура;
скелет напоминал разветвленными частями кисть, что и послужило основанием для названия;
двойное дыхание (в том числе и легочное).

Длина этих представителей могла достигать до 7 м, они вели малоподвижный образ жизни, преимущественно по дну водоёмов. У них имелись многочисленные зубы конической формы, что позволило сделать вывод, что ти рыбы были хищниками.

Среди ученых есть гипотеза о том, что от представителей кистеперых возникли первые земноводные. Но полностью эта теория не доказана, но аргументы в ее пользу есть:

хорошо развитая мускулатура помогла выбраться на сушу;
имевшееся, кроме жаберного, еще и легочное дыхание;
задние носовые отверстия, которые были у кистеперых, позволяли учуять приближающуюся добычу.

По данным ученых, все представители этого вида вымерли около 70 млн лет назад, поэтому пойманная в 1938 г. кистеперая рыба стала настоящей сенсацией. Вдохновившиеся специалисты, решили попробовать поймать еще рыб. Оказалось, что была целая популяция, которая находилась у Коморских островов.

Обнаруженной рыбе дали название латимерия. До 1998 г. был только один вид данного рода, но потом у индонезийских берегов поймана еще одна разновидность латимерии. Они обитают на достаточно большой глубине и ведут ночной образ жизни. Как и их древние предки, являются хищниками, что подтверждает наличие множества острых зубов. Днем прячутся в зарослях, а в ночное время выплывают на охоту - на рыб и кальмаров. Но и сами латимерии могут стать добычей более крупных видов рыб, например, акул.

Современные представители мало чем отличаются от своих древних родственников. У них имеется мощный хвост, сильные плавники с хорошо развитой мускулатурой, но черепная коробка почти полностью заполнена жироподобной жидкостью. Плавников у латимерии 7, 6 из них хорошо развиты и очень сильно напоминают конечности. Когда она передвигается, то опирается на парные плавники и перебирает ими. Но такое случается редко, потому что рыбы практически всё время находятся на дне моря.

У современных кистеперых рыб окраска синевато-серая с большими серо-белыми пятнами, которые расположены по всему рыбьему туловищу. Рисунок, который получается в результате этих пятен, является индивидуальным для каждой рыбы, что помогает при наблюдениях за ними.

У такой окраски есть еще одно предназначение - она является хорошей маскировкой, потому что светлые пятна являются отражением той местности, в которой они обитают. По этой окраске можно отличить два вида латимерии: у умирающей коморской происходит смена цвета с синего на коричневый, а у индонезийской разновидности окраска всегда остается коричневого оттенка с золотистым блеском на белых пятнах.

Размножение кистеперых

Латимерии являются яйцеживородящими. У яиц ярко-оранжевая окраска, диаметр у них - 9 см и вес - около 300 г. Беременность у этих рыб длится 13 месяцев, а длина тела их детёнышей достигает 33 см. Благодаря научным исследованиям, выяснилось, что у них развитая и сложная для рыб репродуктивная система. В яйцах имеется достаточный запас желтка, что позволяет эмбрионам питаться с его помощью и получать достаточное количество кислорода.

После достижения половозрелого возраста самки размножаются 1 раз в несколько лет. Достоверно неизвестно, как у латимерий происходит внутреннее оплодотворение и где потом обитают молодые особи после рождения. Во время подводных исследований молодняк не был обнаружен, и только две молодые рыбы были найдены свободно плавающими в толще воды.

Кистеперые - это тропические рыбы, обитающие в морях на глубине около 100 м. В тех глубоких водах, в которых плавают латимерии, пищи для них немного, поэтому ночью они поднимаются несколько выше. Такой выбор среды обитания обусловлен у особей обоих видов тем, что они комфортно себя ощущают при температуре 16-18 градусов. Неудивительно, что ночью рыбы перемещаются в верхние слои воды, потому что ночная среда не вызывает дискомфорт. Днем латимерии возвращаются обратно и мало двигаются, что можно связать с экономией энергии. Существует мнение, что если ее поднять на поверхность, где температура превышает 20 градусов, то у латимерии происходит настолько сильный стресс, что не помогает даже помещение её в холодную воду.

До 1997 г. считалось, что представители кистеперых обитают только в юго-западном районе Индийского океана, в центре которого располагаются Коморские острова. Именно поэтому найденный там вид латимерии назвали коморским. Позднее был обнаружен еще один экземпляр у берегов Индонезии. Ученые стали считать, что данная рыба случайно оказалась в тех водах, но позже было доказано, что это самостоятельный вид латимерии. Неоднократно происходили уловы у берегов Кении, была найдена постоянная популяция в южноафриканской бухте, что расширило ареал кистеперых вдоль всего побережья ЮАР.

Возникновение латимерий, которых обнаружили ученые.
Другие, возможно, смогли приспособиться к дыханию на суше и с помощью крепких плавников выбраться из воды. Поэтому есть гипотеза, что такие латимерии стали потомками наземных существ.

Способы их сохранения

Когда, считавшаяся вымершей, рыба была поймана у Коморских островов, они являлись французской территорией. Поэтому ловить их разрешалось только французам, но страна преподносила пойманных латимерий как дипломатический подарок. Во время масштабных исследований, которые проводились в 80-е гг., появилось мнение, что хордовая жидкость продлевает жизнь. Тогда образовался черный рынок, где стоимость одной рыбы достигала больших сумм. После этого коморские латимерии стали на грани исчезновения, и были приняты меры по спасению вида.

Был создан специальный совет, который занимался вопросами сохранения вида. После проведенных исследований оказалось, что заявленная ранее численность особей завышена. Предпринятые меры по спасению популяции привели к постоянной численности коморского вида. В 2009 г. их численность составляла 300-400 особей.

Современные кистеперые рыбынаходятся под угрозой исчезновения из-за того, что у них небольшой ареал, специфичная физиология и образ . Латимерия уникальна не только потому, что является представителем древнейшей группы рыб, но она может быть важным эволюционным звеном для появления сухопутных существ. Поэтому нужно стараться сохранить этот редкий вид.

Кистеперые рыбы являются одним из самых древнейших видов рыб, известных человечеству. До начала двадцатого века они считались вымершими еще около 70 млн. лет назад. Их окаменелые останки были обнаружены во многих пресноводных и морских водоемах планеты. Тщательный осмотр окаменелостей позволил ученым предположить, что эти рыбы относились к разряду довольно серьезных хищников. Многочисленные конические зубы, мощная мускулатура и довольно приличная длина тела (от 7 см до 5 м) делали это животное серьезным соперником в любой водной среде.

Свое название кистеперые рыбы получили от необычного строения скелета мясистых плавников. Он состоял из нескольких разветвленных в форме кисти сегментов. Подобное строение плавников не только позволяло рыбе проводить довольно большое количество времени на дне водоема, но и с успехом передвигаться по дну при помощи плавников. Основным результатом таких передвижений стала довольно мощная мускулатура.

Взвесив все полученные данные, современные ученые пришли к выводу, что общая характеристика рыб позволяет провести параллель между кистеперыми рыбами и первыми земноводными. Этот вывод напрашивается на основании некоторых любопытных признаков, имеющихся у обоих классов. Одним из подтверждений подобной теории был назван Тиктаалик. Существо, относящееся к кистеперым рыбам, наделенное внешностью крокодила, имело наибольшее количество черт, объединяющих его с земноводными. Он обладал жаберным и легочным, а плавники уже практически напоминали по строению конечности животного.

На основании всего перечисленного наука пришла к выводу, что надотряд кистеперые рыбы принял непосредственное участие в эволюции земноводных, подарил жизнь на земле другим существам, а сам полностью вымер.

Однако это утверждение считалось правильным только до 1938 года, когда огромную шумиху среди ученых произвела необычная рыба, пойманная в Южной Африке. Разглядывая очередной улов в обычном рыбацком траулере, госпожа Латимер натолкнулась на странную синюю рыбу длиной около 150 см и весом около 57 кг. Со своей находкой женщина отправилась в музей, однако, там не смогла определиться с видовой принадлежностью экземпляра. Не имея никакой возможности сохранить рыбу живой, Латимер с помощью таксидермиста изготовила чучело этого существа. Каково же было удивление известного профессора Смита, когда в этом экспонате он увидел все характеристики представителя отряда кистеперых. После тщательного осмотра и анализа находки эту рыбу назвали в честь женщины, открывшей ее свету. Теперь Latimeria chalumnae - единственная живая кистеперая рыба на планете.

Шумиха, поднятая вокруг необычной находки, заставила многих людей броситься на поиски этих странных жителей водоемов. Однако пойманная латимерия быстро погибает, лишенная естественных условий обитания. Именно поэтому был запрещен свободный вылов «воскресшей» рыбы и ее основные популяции взяли под жесткую охрану государства.

Кистеперые рыбы латимерии, как и их древние предки, являются убежденными хищниками. Как и миллионы лет назад, они наводят ужас на своих жертв большим количеством острых зубов и крепкими сильными плавниками, напоминающими лапы животных. Под покровом ночи латимерии подстерегают в укрытиях свою добычу: кальмаров и более мелких рыб. Однако и сами с легкостью могут стать обедом для хищников покрупнее, которыми являются акулы.

Самые крупные экземпляры этого вида достигают в длину около 2 м и весят практически 100 кг. Длина тела новорожденного детеныша латимерии составляет около 33 см. Ученые считают, что растут малыши довольно медленно, но благодаря склонности к долгой жизни в итоге вырастают в довольно крупные экземпляры.

Если вас интересуют такие интересные животные, как амфибии, то я предлагаю вам погрузиться в размышления с приведением научных фактов, касающихся их эволюционного развития. Происхождение земноводных – очень интересная и обширная тема. Итак, предлагаю вам заглянуть в далекое прошлое нашей планеты!

Происхождение земноводных

Считается, что предпосылками для возникновения и формирования земноводных примерно 385 млн. лет тому назад (в середине девонского периода) послужили благоприятные климатические условия (тепло и влажность), а также наличие достаточного питания в виде уже сформировавшихся многочисленных мелких беспозвоночных животных.

А, кроме того, в тот период происходило вымывание в водоёмы большого количества органических остатков, в результате окисления которых, снижался уровень кислорода, растворенного в воде, что способствовало формированию у древних рыб изменений органов дыхания и их приспособлению к дыханию атмосферным воздухом.

Ихтиостега

Таким образом, происхождение земноводных, т.е. переход водных позвоночных к наземному образу жизни сопровождался появлением органов дыхания, приспособленных для поглощения атмосферного воздуха, а также органов, способствующих передвижению по твёрдой поверхности. Т.е. жаберный аппарат заменился на лёгкие, а плавники – на пятипалые устойчивые конечности, служащие опорой для тела на суше.

В то же время происходило изменение и других органов, а также их систем: системы кровообращения, нервной системы и органов чувств. Основными прогрессивными эволюционными изменениями строения земноводных (ароморфозом) являются следующие: развитие лёгких, образование двух кругов кровообращения, появление трёхкамерного сердца, формирование пятипалых конечностей и образование среднего уха. Зачатки новых приспособлений можно наблюдать и у некоторых групп современных рыб.

Древние кистеперые

До настоящего времени в учёном мире о происхождении земноводных ведутся споры. Одни считают, что земноводные произошли от двух групп древних кистепёрых рыб – Porolepiformes и Osteolepiformes, большинство других приводит аргументы в пользу остеолепиформных кистёперых, но не исключает возможности, что при этом могли параллельно развиваться и эволюционировать несколько близкородственных филетических линий остеолепиформных рыб.

Панцирноголовые земноводные — стегоцефалы

Эти же учёные предполагают, что параллельные линии позднее вымерли. Одним из особо эволюционировавших, т.е. видоизменившихся видов древних кистепёрых рыб, был Тиктаалик, который приобрёл целый ряд переходных признаков, сделавших его промежуточным видом между рыбами и земноводными.

Хочется перечислить эти признаки: подвижная, отделённая от пояса передних конечностей укороченная голова, напоминающая крокодилью, плечевые и локтевые суставы, видоизменённый плавник, позволявший ему приподниматься над грунтом и занимать разные фиксированные положения, не исключено, что и ходить по мелководью. Дышал Тиктаалик через ноздри, а воздух в лёгкие, возможно, нагнетал не жаберный аппарат, а щёчные помпы. Некоторые из таких эволюционных изменений характерны и для древней кистепёрой рыбы Пандерихтис.

Древние кистеперые

Происхождение земноводных: первые амфибии

Считается, что первые амфибии Ихтиостегиды (лат. Ichthyostegidae) появились в конце девонского периода в пресных водоёмах. Они образовали переходные формы, т.е. нечто среднее между древними кистепёрыми рыбами и ныне существующими — современными земноводными. Кожа этих древних существ была покрыта очень мелкой рыбьей чешуёй, а наряду с парными пятипалыми конечностями у них имелся обыкновенный рыбий хвост.

От жаберных крышек у них остались лишь рудименты, однако от рыб у них сохранился клейтрум (кость, относящаяся к спинному отделу и соединяющая плечевой пояс с черепом). Эти древние амфибии могли жить не только в пресной воде, но и на суше, а некоторые из них на сушу выползали лишь периодически.

Ихтиостега

Обсуждая происхождение земноводных, нельзя не сказать о том, что позднее, в каменноугольном периоде образовался ряд ветвей, состоящих из многочисленных надотрядов и отрядов амфибий. Так, к примеру, надотряд Лабиринтодонтов был весьма разнообразен и просуществовал до конца триасового периода.

В карбонском периоде образовалась новая ветвь ранних земноводных — Лепоспондилыов (лат. Lepospondyli). Эти древние земноводные были приспособлены для жизни исключительно в воде и просуществовали примерно до середины пермского периода, дав начало современным отрядам амфибий – Безногим и Хвостатым.

Хочется отметить, что все земноводные, именуемые стегоцефалами (панцирно-головыми), которые появились в палеозое, вымерли уже в триаском периоде. Предполагается, что их первыми предками были костные рыбы, которые сочетали примитивные черты строения с более развитыми (современными).

Стегоцефал

Рассматривая происхождение земноводных, хочется обратить ваше внимание на то, что более всего к панцирно-головым близки кистепёрые рыбы, поскольку они имели легочное дыхание и скелет, имеющий сходство со скелетами стегоцефалов (панцирно-головых).

По всей вероятности, девонский период, в котором образовались панцирно-головые, отличался сезонными засухами, в период которых многим рыбам жилось «несладко», поскольку вода обеднялась кислородом, а многочисленная разросшаяся водная растительность затрудняла их передвижения в воде.

Стегоцефал

В такой ситуации дыхательные органы водных существ должны были видоизменяться и превращаться в легочные мешки. Вначале возникновения проблем с дыханием древние кистепёрые рыбы просто обязаны были для получения очередной порции кислорода подниматься на поверхность воды, а позднее в условиях пересыхания водоёмов они были вынуждены приспосабливаться и выходить на сушу. В противном случае, не приспособившиеся к новым условиям животные просто погибали.

Только те водные животные, которые смогли адаптироваться и приспособиться и чьи конечности видоизменились до такой степени, что стали способны передвигаться по суше, смогли пережить эти экстремальные условия, и в итоге превратиться в земноводных. В таких сложных условиях первые земноводные, получив новые, более совершенные конечности смогли перемещаться по суше от высохшего водоёма к другому водоёму, где ещё сохранялась вода.

Лабиринтодонты

В то же время, те животные, которые были покрыты тяжёлой костной чешуёй (чешуйчатым панцирем) с трудом могли передвигаться по суше и, соответственно, чьё кожное дыхание было затруднено, были вынуждены редуцировать (воспроизвести) костный панцирь на поверхности своего тела.

У некоторых групп древних амфибий он сохранился лишь на брюхе. Надо сказать что панцирно-головые (стегоцефалы) сумели дожить только до начала мезозойской эры. Все современные, т.е. существующие ныне отряды земноводных сформировались лишь в конце мезозойского периода.

На этой ноте мы заканчиваем свой рассказ о происхождении земноводных. Хочется надеяться, что вам понравилась эта статья, и вы вернётесь на страницы сайта ещё, погрузившись за чтением в удивительный мир живой природы.

А подробнее, с интереснейшими представителями земноводных (амфибий), вас познакомят эти статьи: