Акул не существует — это зубастые скаты? Ученые задумались о парадоксе

В эссе для журнала, опубликованном в 1981 году, биолог-эволюционист Стивен Джей Гулд (Stephen Jay Gould) поделился с читателями одной из парадоксальных истин своей области науки. Водные животные, в том числе двоякодышащие и латимерии, более тесно связаны с четвероногими — позвоночными с четырьмя конечностями, — чем с лососем, колюшкой и многими другими существами, которых люди называют «рыбами», или, как пошутил Гулд, «рыбы, конечно, не существуют».

Акулы могут оказаться в похожей ситуации. Геномное исследование десятков видов акул и их близких родственников позволяет предположить, что главные хищники океана также могут не быть естественной биологической группой, вопреки результатам исследований с использованием более ограниченных генетических данных.

Анализ, опубликованный на сервере препринтов bioRxiv, показал, что, если рассматривать некоторые «ультраконсервативные» участки генома, особое семейство акул под названием Hexanchiformes может быть частью эволюционной линии, отличной от группы, в которую входят все остальные акулы, а также скаты и хвостоколы.

Результаты исследования, которые еще не прошли экспертную оценку, свидетельствуют о том, что большинство животных, которых люди называют акулами, более тесно связаны со скатами, чем с гексакантовыми акулами, — как и в случае с некоторыми видами рыб, на что указывал Гулд. Биологи называют такие группы парафилетическими.

Вопрос о том, является ли группа животных парафилетической, не дает покоя большинству ученых. Но точные генеалогические древа, или филогенетические древа, в том числе древо акул, помогают исследователям проследить эволюцию ключевых признаков. «Точная филогения — это шаг вперед в понимании процессов, сформировавших жизнь на Земле», — говорит Гэвин Нейлор, биолог-эволюционист из Музея естественной истории Флориды в Гейнсвилле.

Меняющиеся определения

Акулы, скаты, хвостоколы и другие морские существа с хрящевым скелетом относятся к группе хрящевых рыб, у которых был общий предок с костистыми рыбами, жившими более 400 миллионов лет назад.

Большую часть этого времени существовали животные, похожие на современных акул. Эти существа выглядят так же, как сейчас, или, по крайней мере, их можно назвать акулами, уже 330 миллионов лет.

Однако исследователи не могут с уверенностью сказать, как связаны между собой различные представители отряда хрящевых рыб — одной из основных групп челюстноротых позвоночных. Анатомические исследования показали, что скаты, которых называют батоидами, либо отличаются от всех акул, либо являются представителями подгруппы акул.

Исследования, основанные на ограниченном объеме генетических данных, также склонны рассматривать акул и скатов как отдельные эволюционные группы. Все чаще исследователи перестраивают генеалогическое древо животных, используя данные о целых геномах — иногда с удивительными и спорными выводами. Но акулы пока не удостоились такого внимания.

Чтобы разобраться в этом вопросе, эволюционные биологи проанализировали опубликованные ранее геномы 48 видов акул, скатов и других представителей хрящевых рыб. Эти виды представляли все основные группы этой древней линии животных.

Ученые изучили два типа генетических данных. Первый — это 840 участков ДНК, содержащих гены, кодирующие белки и присутствующие у всех исследованных видов. Второй — около 350 так называемых ультраконсервативных участков — последовательностей ДНК, которые почти не менялись в ходе эволюции. Считается, что такие участки выполняют важные функции, хотя многие из них до сих пор плохо изучены.

Анализ генов, кодирующих белки, подтвердил традиционную классификацию, согласно которой скаты и хвостоколы образуют отдельную группу, отличную от акул. Однако данные по ультраконсервативным участкам показали другую картину. Согласно им, акулы могут быть парафилетической группой — то есть не включать всех потомков общего предка.

Особенно выделяется необычная группа — гексанхообразные акулы. К ней относятся, например, плащеносные акулы и некоторые куньи акулы. У этих рыб шесть или семь жаберных щелей вместо обычных пяти, а также более примитивные челюсти и вытянутое, почти угреобразное тело. Генетические данные показывают, что эта группа отделилась от общего эволюционного древа раньше, чем линия, из которой произошли остальные акулы, скаты и хвостоколы.

Если эта гипотеза верна, из нее следует важный вывод: плоские рыбы, такие как скаты манта, произошли от предков, похожих на акул. Иными словами, скаты можно рассматривать как одну из ветвей акульей эволюции, а сами акулы появились раньше остальных групп хрящевых рыб.

История челюстей

Ученые также обнаружили нестабильность в генеалогическом древе акул. Они показали, что акулы и скаты образуют филогенетическую линию, исключающую гексанхообразных, изучив более 4000 сегментов генов 98 видов. Но когда исследователи изучили отфильтрованную подгруппу последовательностей, они обнаружили, что скаты и акулы образуют взаимоисключающие группы.

Вопрос о том, являются ли все животные, которых люди называют акулами, естественной эволюционной группой, может показаться несущественным, но эта дискуссия имеет важное значение. Если гексакантовые акулы отличаются от других акул и скатов, это может служить подтверждением того, что их необычная челюсть — это ранняя версия челюстного аппарата. Это может оказаться полезным для биомедицинских исследований развития челюстей и связанных с ними заболеваний.

Точное генеалогическое древо акул также помогло бы защитникам природы лучше оценить разнообразие этих животных, которым угрожают рыболовство, изменение климата и другие факторы.

В эпоху динозавров австралийскими морями правила древняя мега-акула. Она появилась за 15 миллионов лет до мегалодона.