Négylábú hal: újabb hiányzó láncszem a szárazföldi gerincesek felé

Egy Lettországban előkerült négylábú halfosszília segít az egyik legfontosabb evolúciós esemény, a gerincesek szárazföldre lépésének még pontosabban megértésében. Az új lelet megerősíti azt az elméletet, hogy a korai kétéltűek nem rendezhetők egyetlen folyamatos leszármazási sorba, hanem különböző csoportok indultak meg közel azonos időben a szárazföld felé.

A napjainkban erősen veszélyeztetett kétéltűeknek nagyon hosszú földtörténeti múltja van. Jellegzetes, megkülönböztető tulajdonságaik többsége azért jelent meg, mert bár képesek a szárazföldön élni, a legtöbb fajuk még mindig nagyon szorosan kötődik a vízhez, legalábbis életciklusának nagy részében. A kulcsfontosságú kétéltű tulajdonságok már azoknál a Tetrapodáknál (elsődlegesen négylábú gerincesek: kétéltűek, hüllők, madarak és emlősök) megjelentek, amelyek először másztak ki a devon időszakban a szárazföldre, mintegy 370 millió évvel ezelőtt.

Átmeneti formák és primitív kétéltűek

Az őslénytani leletekből nagyon jól lehet követni, hogyan fejlődtek ki a legkorábbi kétéltűek a halakból. Szinte valamennyi kulcsfontosságú átmeneti formát, más szóval hiányzó láncszemet felfedezték már Kanada sarki területein, Grönlandon és Lettországban. Ezek a területek persze a mainál jóval melegebb éghajlattal rendelkeztek devon időszakban, hiszen az egykori trópusokon helyezkedtek el.

Az első kétéltűek legközelebbi rokonai a lebenyesúszós halak voltak, melyek a mai bojtosúszós halakkal és a tüdőshalakkal (lásd keretes írásunkat) vannak rokonságban. Ezeknél az uszonyokat nem vékony porcszalagok, hanem csontok erősítik, és egy csontos öv támogatja mellső végtagjaikat. Ezek a szerkezetek alapvetően nem azért fejlődtek ki, hogy lehetővé tegyék az állatok számára a szárazföldön való mászkálást. Viszont ezekkel tudták vonszolni magukat a sekélytengerek iszapos aljzatán, vagy az édesvízi mocsarak fenekén. "Lehorgonyozták" magukat az aljzathoz az erős áramlatokban, vagy lesből várakozva gyors előrelendüléssel tudtak a prédaállatra támadni.

Az egyik legfontosabb lebenyesúszós hal a Panderichthys, amely 1 méternél is hosszabb volt, és a feje tetején lévő csövön tudott vizet belélegezni. Ez arra utal, hogy az állat beásta magát a lágy iszapba, miközben áldozatára várakozott, és erőteljes mellső végtagjait használva szökkent elő a víz alatti támadás kezdetekor. A kutatók szerint később ebből a függőleges csőből alakult ki a középfül egyik csontja

Habár még nem tudjuk pontosan, hogy a kétéltűek miért özönlötték el először a szárazföldeket, ezeknek az átmeneti állatoknak a fosszíliái azt mutatják, hogy fokozatosan egyre inkább alkalmazkodtak a szárazföldi környezetekhez. A későbbi fajok már olyan alapvető adaptációkat fejlesztettek ki, mint például az erős bordaketrec, amely alátámasztotta a megnövekedett testsúlyukat a vízen kívül. A legkorábbi igazi Tetrapodák azonban még mindig teljesen a vízi életmódra korlátozódtak.

A legidősebb és legprimitívebb ismert kétéltű az Acanthostega, amelynek még kopoltyúi voltak, és nem tudta a végtagjait a testsúlyának alátámasztására használni. Figyelemre méltó, hogy az Acanthostega és sok egyéb korai Tetrapoda akár 8 ujjat is növesztett a végtagjain, míg az összes későbbi Tetrapoda áttért az ötujjas alapmodellre, amely azonban később sok irányba módosulhatott (például a bálnák uszonyai, a madarak vagy a denevérek szárnyai). A korai Tetrapodák elterjedése azt sugallja, hogy ezek a sekélytengerekben, valamint édesvízi környezetekben is meg tudtak élni, ami megkülönbözteti őket a mai kétéltűektől. A korai Tetrapodák viszonylag nagytermetű ragadozó állatok voltak, és ökológiai értelemben jobban hasonlítottak a krokodilokhoz, mint például a békákhoz.

Négylábú halak - több csoport indult a szárazföld felé

A Ventastega curonica nevű faj, amelynek most került elő egy értékes maradványa, 365 millió éve, mintegy 100 millió évvel a dinoszauruszok megjelenése előtt élt a mai Lettország területén lévő egykori sekélytengerekben. A Nature-ben megjelent tanulmány szerint leginkább egy kis testű alligátorhoz hasonlított.

A svédországi Uppsala Egyetem kutatói szerint az élőlénynek Tetrapoda-jellegű feje volt, a teste viszont halszerű, négy primitív uszonnyal kiegészítve. Alaposabban megfigyelve a maradványokat felfedezhető a farokuszony, a kopoltyúfedő a fej oldalán, valamint a fejen és a testen keresztülfutó pórus-sorok. A fajt egyébként már 1994-ben leírták, néhány töredékes lelet alapján. A most előkerült maradványok (koponya, agykitöltés, a mellső végtag és a medenceöv egyes csontjai) alapján azonban sokkal pontosabb képet tudnak rajzolni az állatról.

Az élőlénynek a négylábú gerincesekre jellemző feje volt, a teste viszont halszerű lehetett

A Ventastega vízben élő állat volt, de a szárazföldi állatok irányába mutató változások jelentős része már felismerhető a felépítésében. Így egy fontos láncszemnek tekinthető a vízből a szárazföldre vezető evolúciós úton. Néhány évvel ezelőtt, a Kanadában talált Tiktaalik felfedezésekor úgy tűnt, hogy az az "igazi" hiányzó láncszem a halak és a szárazföldi gerincesek között. A némileg később élt Ventastega tovább finomítja ezt az átmenetet: a Tiktaalik és a legkorábbi valódi szárazföldi gerincesek (pl. Acanthostega) között helyezkedik el a törzsfán.

Egyes tulajdonságai azonban primitívebbek, mint a Tiktaalik hasonló bélyegei, amiből az következik, hogy az egyes tulajdonságok nem egységesen változnak az evolúció során, hanem mozaikszerűen. A Ventastega már "megszerzett" néhány szárazföldi gerinces tulajdonságot, más tulajdonságok esetében viszont a Tiktaalik volt lépéselőnyben. Ez megerősíti azt az elméletet, hogy a korai kétéltűek nem rendezhetők egyetlen folyamatos leszármazási sorba, hanem különböző csoportok indultak meg közel azonos időben a szárazföld felé.

A Ventastega rekonstrukciója oldalnézetből. Per Ahlberg svéd paleontológus és kollégái az új leletek alapján összeállították a teljes koponyát, a vállövet és a medence egy részét. A rajz többi része az egyik rokon nemzetség, az Acanthostega fosszíliái alapján készült. A vonal 10 centiméteres hosszúságot jelöl

A Ventastega már rendelkezett primitív lábakkal, melyeken a lábujjak száma jóval nagyobb volt a ma megszokottnál. Az 1-1,3 méter hosszú állat végtagjai nagyon hasonlítottak az Acanthostega lábaihoz, melyek oldalra nyúltak ki az állat testéből, és a lábujjaik száma lehetett hét, nyolc, vagy akár kilenc is. A lábujjak sokasága azonban nem vezetett evolúciós sikerhez, és mindkét nemzetség nagyon rövid időn belül eltűnt a földtörténet színpadáról.

Kiváló lelőhely

A paleontológusok nagyon elégedettek a lettországi lelőhellyel, amely kiváló maradványokat szolgáltatott. Ez részben annak köszönhető, hogy geológiai értelemben nyugodt területen található, ahol a devon időszaki kőzetek a későbbi tektonikai hatásokra nem gyűrődtek magas hegységekbe, és nem szenvedtek nagyobb átalakulást (metamorfózist). Ráadásul az egykori üledék nem is vált kemény kőzetté. A maradványok nem homokkőből, hanem könnyen preparálható homokrétegekből kerültek elő. Így a példányok finom tűk és ecsetek használatával nagyon jól megtisztíthatók a laboratóriumban. A nagyon törékeny, de kiváló megtartású példányok nem is lapultak ki, megőrizték eredeti 3 dimenziós alakjukat, ami nagyban elősegíti az állatok rekonstrukcióját.

Bojtosúszósok és tüdőshalak: élő kövületek

A bojtosúszósok eredetileg édesvízi ragadozók voltak, de egy csoportjuk át tudott térni a szárazföldi életmódra, más fajok pedig a mélyebb tengerek lakóivá váltak. Az alsó-devonban jelentek meg, virágkoruk a felső-devonban és a karbonban volt. Egyetlen ma is élő nemzetségük (Latimeria) az ún. élő kövületek egyik legjobban ismert példája. A bojtosúszósokat régóta kihalt csoportnak gondolták, míg ki nem fogták egy élő példányukat 1938 karácsonyán az Indiai-óceánból.

A tüdőshalak kopoltyúval és tüdővel lélegeznek. Fejlett, végtagszerű uszonyaik alapján nagyon közel állnak a bojtosúszósokhoz. Az oxigénben szegény vagy időszakosan kiszáradó környezetekhez alkalmazkodtak. A száraz évszakban fészket építenek, amelyben át tudják vészelni a vízhiányt. Virágkoruk a felső-devonban volt, ma három nemzetségük él elszigetelten három különböző kontinensen.