Зачем акуле циркулярная пила вместо зубов?

В 1897 году в Пермской губернии краеведом А. Г. Бессоновым была найдена окаменелость в виде спирали. Она была очень похожа на раковину головоногих моллюсков, которые в большом количестве встречались в тех слоях. Вот только из раковины торчали огромные зубы. После нескольких лет исследования окаменелости, палеонтолог А.П. Карпинский сделал заключение, что зубная спираль принадлежала акулоподобной палеозойской рыбе - геликоприону, жившему в пермской эпохе 310 — 225 млн. лет назад.

Зубная спираль оказалась самым загадочным образованием. Карпинский описал ее как своеобразный спиральный отросток на носу акулы. Такое мнение долго описывалось в научной литературе. Хотя в 19 веке предлагались и альтернативные гипотезы местонахождения спирали: на переднем спинном или хвостовом плавнике.

Давайте узнаем про нее подробнее …

Фото 2.

Строение крупной пермской хрящевой рыбы Helicoprion больше века интриговало ученый мир своими зубами, собранными в спираль наподобие циркулярной пилы.

В самом конце 19 века знаменитый российский ученый, академик Александр Петрович Карпинский описал Helicoprion по зубной спирали, найденной незадолго перед тем в Пермской губернии. Кроме зубов и хрящей от животного ничего не сохранилось, по ним Карпинский и решил, что имеет дело с представителем хрящевых рыб.

По его мнению, зубная спираль находилась на рыле акулоподобной рыбы и использовалась ею в схватках для обороны и нападения. Но поскольку никаких иных остатков геликоприона не существовало, об истинности этого предположения оставалось только гадать.

Фото 3.

Между тем, уже в 1930-х годах были описаны остатки челюстей близкородственной эдестиды саркоприона. У этой рыбы из пермских отложений Гренландии зубная спираль находилась на симфизе нижней челюсти, в специальной полости. Логично было предположить сходное строение и у геликоприона (Интересно, что уже на одной из иллюстраций начала XX века геликоприон представлен именно со спиралью на нижней челюсти, а в фундаментальном руководстве по палеонтологии К. А. Циттеля 1902 года спираль геликоприона названа симфизной). Тем не менее, такие реконструкции стали общепризнанными лишь в 1970-х годах и позже.

Полные остатки геликоприона до сих пор не найдены. Не вполне ясно, как именно росла спираль. Первоначально считалось, что самые крупные зубы — самые новые и, соответственно, располагались ближе к месту крепления «спирали» на челюсти (нижняя челюсть могла быть загнута вниз). Академик Л. П. Татаринов считал это маловероятным — скорее всего, зубы росли от центра спирали, и самые мелкие зубы — самые молодые. Это подтверждается направлением «шпор» на зубах — у всех родственных видов они направлены назад. По мере роста более крупные старые зубы выталкивались вперёд и сбрасывались. Спираль была «упакована» в симфизную полость и снаружи были видны лишь крупные «старые» зубы. Верхняя челюсть имела обычное строение, ростр мог быть довольно длинным.

Фото 4.

Необычная спиральная структура продолжала волновать палеонтологов и в дальнейшем. Ее предлагали считать раскладной, наподобие игрушки «тещин язык», и помещали в самые разные места на голове рыбы, а иногда даже  переносили на плавник. Со временем число известных образцов зубных спиралей росло, но ясности не прибавлялось.

Исследования ученых разных стран во второй половине ХХ века уже уверенно помогли сказать, что эту спираль следует размещать на конце нижней челюсти. Были предложены и способ ее роста, и высказаны предположения о том, кем геликоприон мог питаться.

Фото 5.

Последняя по времени опубликования (2008) гипотеза, выдвинутая американским палеонтологом Р. Пруди, предполагает размещение спирали в районе глотки. Пруди предположил, что спираль представляет собой глоточные зубы, при этом снаружи она была не видна. Он обосновывает свое предположение отсутствием следов износа на зубах, а также соображениями гидродинамики.

Строение тела остается неизвестным. У близкого рода фадения нет анального и брюшных плавников, хвостовой плавник полулунный симметричный. Интересно, что у многих евгенеодонтов (а к этой группе относят и эдестид, и геликоприонид) помимо зубной спирали на симфизе есть и ряды давящих зубов на челюстях. Такое сочетание формы тела пелагической рыбы и давящих зубов кажется весьма странным. Поэтому предположение, что геликоприон «выпахивал» моллюсков из морского дна может быть ложным. Не исключено, что геликоприон и родственные ему формы питались аммонитами. В таком случае спираль позволяла, например, обрезать щупальца, а челюстные зубы — раздавить раковины. Но, возможно, геликоприоны питались рыбой (спираль наносила жертве серьёзные раны, а остальные зубы позволяли съесть толсточешуйную добычу). Спирали на зубном симфизе известны у акантодий и саркоптеригий, но ни у одной другой рыбы спираль не является столь развитой (2—3 оборота). Современные рыбы не дают нам никакого примера подобного зубного оснащения.

Фото 6.

Диаметр спирали типового вида геликоприона достигал 25 см. Это предполагает длину всей рыбы около 2—3 метров. В литературе описаны спирали до 90 см в диаметре. Длина их владельца могла доходить до 9—12 метров. Типовой вид — Helicoprion bessonovi из ранней перми (артинского яруса) Приуралья. Описаны около 6—7 видов, из ранней — поздней перми Европы, Азии, Австралии и Северной Америки. В семейство Agassizodontidae (Helicoprionidae) относят примерно 6 родов, распространённых от раннего карбона до поздней перми всех материков. Эти рыбы — не акулы в современном смысле слова, а представители примитивных хрящевых, близких к предкам химер и акул.

Фото 7.

И вот наконец палеонтологам удалось найти место, в котором росла знаменитая зубная спираль геликоприона еще в конце XIX века. А вот определить, какой длины были челюсти и как они смыкались между собой помогли высокие технологии и образец этого существа уникальной сохранности.

Одним из наиболее хорошо сохранившихся экземпляров считается найденный в штате Айдахо в 1950 году образец возрастом 270 млн лет и описанный в 1960-х годах. При диаметре в 23 сантиметра он включает в себя 117 тонких острых зазубренных зубов и, что самое главное, спираль сохранилась вместе с хрящами нижней и верхней челюсти.

Именно этот экземпляр стал предметом исследования сотрудников Музея естественной истории Айдахо и ряда других ученых. Прибегнув к компьютерной томографии и просветив рентгеном и спираль, и окружающую ее породу, ученые получили трехмерное изображение обеих челюстей геликоприона и наконец-то смогли понять, как смыкались между собой челюсти и куда входила эта спираль. Оказывается, он входил глубоко в рот и при коротких челюстях, при их смыкании, как бы «прокручивался», несколько поворачиваясь.

Фото 8.

«Когда мы получили изображение, то сразу увидели на нем верхнюю и нижнюю челюсти животного, а также зубную спираль, – рассказал доктор Лейф Тапанила, доцент кафедры наук о Земле университета Айдахо. – Впервые мы смогли очень ясно рассмотреть, как зубная спираль соотносилась с челюстями. Представьте себе, что вместо языка у вас во рту есть эта спираль. Из нижней челюсти вверх торчало не больше десятка зубов, которыми можно кусать, все остальные зубы сдвигались внутрь спирали и не использовались. Это как если бы ваши молочные зубы, которыми вы кусали, когда были моложе, не выпали». Таким образом, в отличие от акул, у которых зубы все время обновляются, геликоприон сохранял все зубы постоянно. Любопытно, что в верхней челюсти зубов не было, и «циркулярная пила» геликоприона беспрепятственно кромсала пойманную добычу.

Построив 3D-модель челюстей, ученые смогли понять, как работало все это устройство. «Когда рот закрывался, зубная спираль прокручивалась назад, нарезая мясо, которое рыба откусывала, – сообщил Тапанила. – Каждый зуб в спирали был очень тонким и острым, с треугольными зубчиками, и напоминал нож для стейков. Такие зубы давали очень хороший, чистый срез».

Из более чем сотни известных остатков геликоприонов сломанные или изношенные зубы встречены лишь несколько раз. «Если бы эти рыбы питались жесткой или бронированной добычей, зубы, скорее всего, страдали  более значительно. Это приводит нас к выводу, что геликоприоны, вероятно, ели мягкотелых животных вроде кальмаров. Очевидно, они охотились на кальмаров или их родственников, которые обитали в океане пермского периода», – сказали исследователи.

Фото 9.

Говоря о систематика геликоприонов, доктор Тапанила отнес их не к акулам, как это было принято до последнего времени, а к другой группе хрящевых рыб – цельноголовым. В частности, верхняя челюсть Helicoprion, отпечатки которой удалось рассмотреть в снимках томографии, в двух местах срасталась с мозговым черепом, образуя с ним единую конструкцию, а это считается диагностическим признаком цельноголовых.

«Всегда считалось, что Helicoprion был акулой, но на самом деле он более тесно связан с Holocephali (цельноголовыми, или химерами), – рассказал ученый. – Главное, что роднит его с акулами – структура его зубов, а все остальное – это от Holocephali». Впрочем, признался палеонтолог, внешне геликоприон напоминал именно акулу, только с очень странной пастью.

По предварительным оценкам, носитель изученной зубной спирали достигал в длину четырех метров. Теперь в музее Айдахо собираются сделать его полномасштабное изображение. Впрочем, если судить по другим находкам, некоторые геликоприоны могли вырастать и до семи метров длиной, передает BBC.

Фото 10.

«Это было очень необычное животное, не имеющее аналогов среди современной фауны, – добавил доктор Тапанила. – Возможно, это один из лучших примеров «обнадеживающих монстров» – порождений эволюционных процессов, отличающихся необычным строением тела, но в подавляющем большинстве случаев обреченных на провал».

Хотя в конце концов геликоприоны вымерли, все же в течение 10 млн лет они убедительно доказывали, что даже самые эксцентричные варианты строения могут быть вполне успешными, если они соответствуют конкретным условиям окружающей среды.

Фото 11.

Профессор палеонтологии университета Флиндерса Джон Лонг полностью поддержал выводы коллег из Айдахо относительно геликоприона и его новых родственников. «Это исследование ставит точку в вековой тайне этого легендарного животного  и подчеркивает, какие неожиданные формы могли принимать ископаемые цельноголовые», – отметил он.

«Безусловным достоинством данной статьи является находка челюстного сустава, которого в 1967 году не увидел изучавший этот образец Бендикс-Альмгрен, – рассказал в интервью для PaleoNews старший научный сотрудник Палеонтологического института РАН Олег Анатольевич Лебедев. – Положение сустава показало, что челюсть геликоприона была не длинной, как ее реконструировали ранее (в том числе и я) по аналогии с другими известными эвгенеодонтами, например, саркоприоном и орнитоприоном, а короткой. Это дало возможность очень привлекательно реконструировать биомеханику смыкания челюстей и, соответственно, обработки добычи, хотя этому уделено очень мало внимания».

Фото 14.

Фото 12.

Фото 15.