Преходът към хорди и гръбнаци

Любим метод на Х.Я. (а и на всички креационисти) е да внушава, че еволюционистите имат абсурдни идеи, които той самия си измисля:

“Безгръбначните имат твърда част, намираща се от външната им страна, докато рибите са гръбначни и твърдата им част е разположена във вътрешността на тялото им. За осъществяването на една такава величествена “еволюция” е необходимо приключването на милиарди стадии, ето защо би трябвало да са останали вкаменелости на милиарди на брой междинни форми, отразяващи тези стадии.” – тук

Как от бръмбар ще стане риба? Много просто – трябва да го обърнем наопаки! Това е шега естествено, но…

Обърнати наопаки

Според съдбата на бластопората (първичния отвор, получен от вгъването на зародиша) многоклетъчните билатерални (двустранно
симетрични) животни се делят на две групи. Тези, при които бластопората става уста, се наричат първичноустни (Prostomia). Такива са повечето безгръбначни, в т.ч. членестоногите с хитинова обвивка, за които намеква Х.Я.

Другата възможност е бластопората да стане анус. Устата при тях се образува от вторично вдлъбване на противоположната страна на бластопората. Това става при всички хордови (в т.ч. гръбначни) и малък брой безгръбначни, например бодлокожите. Общо тези животни се наричат вторичноустни (Deuterostomia) – справка от сайта на Майя Маркова. С други думи гръбначните и членестоногите са се разделили още в началото на еволюцията на многоклетъчните, още преди Камбрийския взрив. И са от две различни надгрупи, толкова различни, та чак обърнати надолу с главата!

На схемата: a - гаструла; b – първичноустни (Prostomia); c – вторичноустни (Deuterostomia); A – вход (уста), Anterior; P – изход (анус) Posterior

Saint-Hilaireсхема: Different strategies for midline formation in bilaterians
Saint-HilaireОригинална схема: Etienne Geoffroy Saint-Hilaire revu et corrigé (преработена)

През 1822г френският зоолог Жофроа Сент-Илер (Geoffroy Saint-Hilaire) публикувал статия, където отбелязал, че вътрешните системи при гръбначните са разположени огледално на подобните им при безгръбначните. Например при гръбначните централната нервна система се намира откъм гърба (дорзално), сърцето е откъм коремната страна (вентрално), а при членестоногите е обратно. Черният дроб се намира от лявата страна на стомаха на членестоногите и отдясно при гръбначните животни, посоката на кръвния поток в членестоноги и гръбначните също е противоположна и така нататък.

Аз бих продължила още по-нататък: Ако обърнем наопаки като ръкавица тялото на едно безгръбначно с екзоскелет, органите също биха се обърнали огледално, а скелетът би останал вътре. Дали не би могло да стане лесно с една “макромутация”?

Смелата за времето си хипотеза на Жофроа Сент-Илер била, че гръбначните и безгръбначните животни имат един и същ план за тялото, но в някакъв момент в своята еволюция са обърнати наопаки! След откритията в генетиката, тази идеята не изглежда толкова “луда”. Както писах в За мутациите и сложността , за да се появи око на главата на какъвто и да е организъм, бил той гръбначен или не, е необходим само един ген: Pax-6. И не само последователността на този ген е идентична при мишки и мухите дрозофила, но и размяната на този ген не причинява значителна промяна. Генът Pax-6 от мишка, пренесен в дрозофила предизвиква образуването на око на дрозофила, както и обратното. Традиционните възгледи за “независим външен вид” на очите (и други елементи от плана и организацията) в различните видове се оказва напълно погрешен.

homeobox

При сравнение на протеиновите последователности се оказва, че homeobox гените, които участват в регулирането на моделите на анатомичното развитие (морфогенезата) в животни, гъби и растения са идентични в животинското царство.

Илюстрация: L’origine des innovations évolutives dans le monde animal

tube_nevral

Генът, който предизвиква образуването на невралната тръба (съответстваща на гръбначния мозък при гръбначни животни) при дрозофилата е ген SOG, а при краставата жаба Xenopus (както е във всички гръбначни животни) е друг ген, наречен chordin.

Още веднъж се потвърждава хипотезата на Сент-Илер. Не само последователността на тези два гена е почти еднаква, но и замяната им един с друг не влияе върху крайното тяло. Само че са обърнати огледално.

Илюстрация: Des chimères, des clones et des gènes

Saint-HilaireОригинална схема: Etienne Geoffroy Saint-Hilaire revu et corrigé (преработена)

Свързващо звено е едно вертикално стоящо странно същество, наречено морски хомункулус (marine homonculus), което е плувало вертикално по древните морето с огромната си глава шамандура. Според него всички останали гръбначни са се развили от него чрез “дехуманизация”, а човекът остава най-слабо еволюирал в тази компания.

Това: Aquatic proto-people and the theory hypothesis of initial bipedalism
е статия на английски по темата

Интересна хипотеза има френския ихтиолог Франсоа дьо Сар (François de Sarre), който обяснява прехода от безгръбначни към гръбначни с две завъртания на 90о .

Нужно ли е да споменавам, че теорията му се приема в научните среди като по-скоро екзотична, отколкото имаща сериозни основания. Да кажем, че Жофроа Сент-Илер и Франсоа де Сар не отиват достатъчно далеч в миналото, а доста встрани в търсене на хипотетичния родоначалник на гръбначните. Червеите-анелиди са твърде специализирани – всичко е станало много, много по-рано.

Вторичноустните братовчеди

Между впрочем имаме един правостоящ далечен братовчед – Асцидията. Вляво е възрастен екземпляр, а вдясно – изненада – ларвата на асцидията, която външно наподобява попова лъжичка, но е много по-просто устроена, но има хорда!

ascidia

Нека ви запозная с други наши далечни братовчеди, също като нас вторичноустни, но предпочели спокойствието на морското дъно (понякога дори са прикрепени неподвижно за него като полипи), пред блестящата кариера на гръбначни;)

Започвам с по-далечните:

Иглокожи (Бодлокожи) (Echinodermata)

Fromia-monilis1
Морска звезда (Asteroidea)
Снимка: wikidot
Echinoderm-lily
Морска лилия (Crinoidea)
Снимка: bio1152
urchins
Морски таралеж (Echinoidea)
Снимка: wikipedia
starfishes
Ларва на морска звезда
Asterias rubens
Снимка: Mic-UK
holotyriya Морска краставица (Peniagone diaphana) Снимка: MAR-ECO Peniagone diaphana Морска краставица (Peniagone diaphana) Снимка: MAR-ECO Holothuroidea Морска краставица Holothuroidea Снимка: Awesome wildlife: Goloturia Холотурия
Снимка: MAR-ECO

Полухордови (Hemichordata)

acornworm
Морски червей
Bathypelagic Ctenophore
Снимка: MAR-ECO
acornworm
Морски червей
(Enteropneust)
Снимка: MAR-ECO
Nemertea
Phoronida Nemertea
Снимка: starfish.ch
acornwormEnteropneust
Снимка: MAR-ECO

Ланцетник (Branchiostoma lanceolatum)

Branchistoma Lanceolatum
Branchiostoma belcheri
Снимка: Xiamen’s
lancelet
Снимка:
Tayná Leoncio
lancelet-face
Снимка: Arthur Anker
EOL Rapid Response Team
lancelet-large
Снимка: Dr. Alvaro Migotto

Ципести (Tunicata)

salpa_cylindrica_solitary
Salpa cylindrica solitary
Снимка: Agrouniversidad
ascidia2
Rhopalaea crassa
Снимка: Cytochrome
ascidia
Ascídia
Снимка: El Mundo Oceánico
Апендикулария
Апендикулария
Appendicularia Oikopleura
Снимка: nature.com
corella parallelogramma
Corella parallelogramma
Снимка: marinbi.com
Pyrosoma
Пиросома (Pyrosoma)
Снимка: Nick Hobgood wikipedia
oikopleura-larvae
Ойкоплейра
(Oikopleura labradoriensis)
Снимка: tieba.baidu.com
oikopleura2
Appendicularia Larvacea
Снимка: wikipedia
clavellina lepadiformis
Clavellina lepadiformis
Снимка: marinbi.com
Synoicum pulmonaria
Synoicum pulmonaria
Снимка: marinbi.com

Безчелюстни (Agnatha)

Hagfish_at_the_Oakburn
Hagfish (Myxinidae)
Снимка: wikitravel.org
hagfish
Hagfish (Myxinidae)
Снимка:
Norvan Power
Diversas_lampreas
Минога (Petromyzontidae)
Снимка: wikipedia
hagfish-large
Устата на Hagfish (Myxinidae)
Снимка: nature

През последните десет години за изясняването на спорните въпроси за произхода и ранната еволюция на гръбначните се включват активно и молекулярно-генетични данни. Отначало са работили с отделни гени, а след това на разположение на учените са вече пълните текстове на геномите на различни видове гръбначни, а скед това и ципести. Еволюционните дървета стават все по-точни. След прочитането на генома на ланцетника (2008), последния липсващ елемент в сложния пъзел на взаимоотношенията на вторичноустните, е устрановено окончателното eволюционно дърво, основано на различията в аминокиселинните последователности на протеините в организмите:

Deuterostomes
Оригинална схема: The origins of vertebrate adaptive immunity (допълнена)

Най-древните с хорда

Коя е точната дата на появата на общите предци на морските таралежи и на нас, хората, е трудно да се определи, защото те са живели в онези древни времена, когато още не е бил изобретен скелета. Най-примитивните предшественици на рибите, а и на всички гръбначни са намерени в камбрийските седименти. Те са прости хордови с цилиндрично тяло, храносмилателна система и минаващ през цялото тяло нервен ствол, наречен нотохорда.

През последните години китайските палеонтолози са открили изкопаеми организми учудващо добре запазени, дори с отпечатъци на структурите, образувани от меките тъкани. Намерени са в централната част на Юнан (Южен Китай) в долнокамбрийските шисти формирали Маотяншан, чиято възраст е около 530 милиона години.

Yunnanozoon

Организмът, чиито останки бяха открити през 1995 година в Шенян, е наречен с името на провинцията – юнанозоон, (Yunnanozoon) (Chen J.-Y. et al. // Nature. 1995. V.377. P.720-722). Някои експерти го смятат за най-старият представител безчерепните хордови, (Acrania), други го причисляват към полухордовите (Hemichordata).

Yunnanozoon
Yunnanozoon. Ясно се забелязват хриле и кутикулярни сегменти, различни от миомерите (мускулни структури) на хордовите (по гърба). Изображения от сайтове: bioteaching, geo.tu-freiberg.de

С много по-голяма вероятност се определя като хордова друга китайска находка:

Haikouella

През 1999г. в Хайкоу, близо до Кунмин, било разкопано цяло гробище – 305 екземпляра на друго хордово животно, наречено Хайкоуела (Haikouella). Това изобилие и добрата съхраненост помогнали на палеонтолозите да възстановят строежа й с достатъчна пълнота(Chen J.-Y. et al. // Nature. 1999. V.402. P.518-521).

Haikouella
Изображение от сайта pigeonchess

Хайкоуелата била дълга от 20 до 40 мм. Тялото й е било ланцетовидно с отчетливи глава, торс и опашка.От двете страни на главата има чифт заоблени образувания, които се интерпретират като очи.

На долната страна на главата е устния отвор, заобиколен от малки пипала като пипалата на съвременния, но по-примитивен ланцетник. След устата е обемисто гърло, чиито страничните стени са пронизани от хрилни отвори и се укрепва с шест чифта хрилни дъги. Във фаринкса има много малки (0,1 мм) образувания, които вероятно са зъби. Храносмилателната система е по продължение на цялото тяло и завършва с ануса на вентралната (коремната) страна на тялото, в основата на опашката.

Над стомаха е разположена хрущялна хорда. Над нея е нотохордата – надлъжен нервен ствол, който в главата се превръща в примитивен мозък, който се състои от три дяла.

Главните кръвоносни съдове – коремната и гръбната аорта са свързани с хрилните артерии, а самата коремна аорта започва от нещо, подобно на мехур, което е очевидно сърце – трябва да отбележим, че съвременният ланцетник няма сърце. Гръбната част на тялото на Хайкоуелата, над хордата е заета от метамерни мускули, чиито сегменти миомери са разделени от змиевидни прегради – септи. Интересно е, че мускулите на съвременния ланцетник са също метамерни, т.е. има сегментирана

Все пак някои палеонтолози оспорват тълкуването на някои детайли на отпечатъците и причисляват Хайоуелата към полухордовите.

Haikouichthys ercaicunensis

От ранния камбрий е едно друго изкопаемо водно животно, което безсъмнено е от най-примитивните хордови безчелюстни – Haikouichthys ercaicunensis (Shu et al., 2003. Head and backbone of the Early Cambrian vertebrate Haikouichthys).

haikouichthys
Снимка: vertebresfossiles.free.fr

Изкопаемите останки на Хайкуихтиса били открити през 1999 г. близо до град на Хайкоу (Китай). Оттогава, учените са открили няколко десетки добре запазени вкаменелости на животното, което позволява детайлно да се изучи структурата дори и на очите и вътрешните му органи.

haikouichthysРеконструкция: Shudong.com

Примитивният хрущялен гръбнак на Haikouichthys му позволява да плува по доста по-различен начин от членестоногите. Малкото му тяло (2,5 см) е лишено от плавници, но е имало хрилни дъги, нормални очи и мозък като някои от детайлите на предния край на тялото му напомнят главата на Pikaia (за която ще говорим малко по-нататък).

Myllokunmingia

Myllokunmingia е хордово от Долния Камбрий, намерено в шистите Маотяншан (Китай). Смята се, че е гръбначно, но засега това не е доказано убедително.

myllokummingia
Снимка: vertebresfossiles.free.fr

Myllokunmingia е с дължина 28 мм и 6 мм. Тя е сред най-старите на възможни черепни, намерени в Долния Камбрий преди 524 милиона години.

MyllokunmingiaПреработена реконструкция – pnas

На отпечатъкът личи череп и скелет, направени от хрущял. Животното има обособена глава и тяло. Главата има пет или шест хрилни торбички. По тялото си има ориентирани назад, V-образни 25 сегменти – миомери. Налице е нотохорда, устна кухина и храносмилателен тракт, разположен по продължение на цялото тяло на животното. Няма радиални перки. .

Малко по-късно, се отделя групата на цефалохордовите, отличаващи се с опашка и група на нерви в предната част на тялото. Сред тях е:

Pikaia gracilens

В по-късните от китайските, камбрийски седименти на Бърджес Шейл (Burgess Shalе) също са намерени отпечатъци от разнообразни мекотели (без скелет или някаква твърда обвивка) животни, приличащи на примитивни хордови.

pikaiaСнимка (фрагмент): Smithsonian Institution

Събран е достатъчен материал за да могат палеонтолозите да реконструират подробно анатомията на едно същество – Pikaia gracilens, което се определя като най-”базално”, (най-примитивно) от познатите до момента хордови.

Pikaia се различава от всички известни нисши хордови по някои уникални признаци. Тя е имала малка плоска глава с чифт дълги пипала и девет двойки разклонени издатъци на предния край на тялото (вероятно външни хриле). В основата на тези издатъци има малки дупки, свързващи устната кухина с околната среда. Имала е горна и долна тесни перки. Дългото, сплескано странично тяло на Pikaia има характерните само за хордовите извити мускулни сегменти – миомери и хорда.

pikaia
Реконструкция: Phlesch Bubble (преработена)

Получените от палеонтолозите данни са в съответствие с хипотезата за произхода на хордовите от древните морски червеи, които са близо до нивото на организация на съвременните полухордови (Enteropneusta). Може би в най-ранните етапи на еволюцията на хордовите, у техните предци са се развили нови приспособления (нотохорда, сегментиране на мускулите на тялото, по-сложни сетивни органи и централната нервна система). Тези нововъведения са им дали възможност да преминат от придънен начин на живот и червеобразен начин на придвижване към свободно активно плуване. Запазили са старият начин на хранене на морските червеи – филтриране на микроорганизми и частици утайка с устата. Може би в онези времена хордовите са се разделили на три групи, които се разделят в хода на еволюцията на трите съвременни подтипа: ципести, безчерепни и гръбначни животни.

Съдейки по описаните находки, хордовите се оформят в началото на периода камбрий – по време на “Камбрийския взрив”, но както показват последните изследвания на ДНК, прадедите на гръбначните изглежда да са се разделили от безгръбначните още в Докамбрий, преди около 600 милиона години.

Фактът, че базални гръбначни като представените се появяват във фосилните данни, много преди истинските гръбначни животни и са морфологично подобни едновременно и на хордови и на безгръбначни е точно това, което човек би очаквал, съгласно еволюционната теория.

Приложение 1: Филм за Еволюцията на Хордовите – част 1

Приложение 2: Таблица на геоложките периоди

(oт Википедия)

Еон Ера

Продължителност

Период Начало

в млн. г.

Фанерозой
Неозой

65,5 млн. г.

Кватернер 2,0
Неоген 23,03
Палеоген 65,5
Мезозой

185,5 млн. г.

Креда 145,5
Юра 199,6
Триас 251,0
Палеозой

291 млн. г.

Перм 299,0
Карбон 359,2
Девон 416,0
Силур 443,7
Ордовик 488,3
Камбрий 542,0
Протерозой
Неопротерозой

458 млн. г.

Едиакарий 630
Криоген 850
Тоний 1 000
Мезопротерозой

600 млн. г.

Стений 1 200
Ектасий 1 400
Калимий 1 600
Палеопротерозой

900 млн. г.

Статерий 1 800
Орозирий 2 050
Рясий 2 300
Сидерий 2 500
Архай Неоархай

300 млн. г.

2 800
Мезоархай

400 млн. г.

3 200
Палеоархай

400 млн. г.

3 600
Еоархай 3 800
Хадей 4 700

Източник:
Hypotheses for the transition from radially symmetrical to bilaterally symmetrical animals.
Classification of the Chordates
Etienne Geoffroy Saint-Hilaire revu et corrigé par l’embryologie et la génétique -Thibaut BRUNET
The origins of vertebrate adaptive immunity
Пикайя — самое примитивное хордовое? – elementy.ru
Simon Conway Morris and Jean-Bernard Caron. Pikaia gracilens Walcott, a stem-group chordate from the Middle Cambrian of British Columbia // Biological Reviews. 2012. Advance online publication (PDF, 7 Мб).
Haikouichthys – wikipedia
There’s something fishy about that fish-pigeonchess.com
Myllokunmingia- wikipedia
Haikouella – wikipedia
Pikaia gracilens, is the precursor of modern vertebrates, including humans
Геном ланцетника помог раскрыть секрет эволюционного успеха позвоночных-elementy.ru

Прочети още ...

Неинтелигентният дизайн

1 отговор към “Преходът към хорди и гръбнаци”

  1. Много ми хареса, че давате толкова подробна информация и то с изображения! :)

Вашият коментар

Or

Вашият email адрес няма да бъде публикуван Задължителните полета са отбелязани с *

*


Можете да използвате тези HTML тагове и атрибути: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>