Управление перемещением в пространстве является важнейшей функцией нервной системы. Позвоночные освоили два основных типа движения. Человек и практически все остальные обитатели суши используют «амбулаторное» перемещение, в то время как морские животные «ундулирующее», которое обеспечивается движением взад-вперед мышц, располагающихся вдоль позвоночника. Среди обитателей океанов есть несколько заметных исключений, например, скаты. Они являются близкими родственниками акул, и их позвоночник не отличается сколько-нибудь приличной гибкостью. Поэтому вместо того, чтобы извиваться из стороны в сторону туловищем, скаты приводят себя в движение посредством несоразмерно больших грудных плавников. Однако некоторые из них, даже обладая столь эффективными движителями, предпочитают в буквальном смысле ходить по морскому дну.
Особенно примечательны в этом отношении ежовые скаты, которые становятся на свои небольшие тазовые плавники и начинают перебирать ими, демонстрируя характерную «походку». Замечательно также то, что они предпочитают этот вид перемещения обычному для всех других рыб плаванию. С чем это связано? Дело в том, что это часть их стратегии по поиску пропитания. Ежовые скаты ищут добычу с помощью электрорецепторов, расположенных в голове и грудных плавниках. Удерживая свои «крылья» неподвижно и семеня по дну, они чутко улавливают мельчайшие изменения в окружающем их водном пространстве, некоторые из которых указывают на следующую жертву.
Подобное перемещение характерно не только для скатов. По морскому дну ходят, например, камбалы и нетопыри Дарвина, однако эти рыбы используют ундулирующее передвижение, изгибая туловище из стороны в сторону. Ежовые же скаты переваливаются влево-вправо, что гораздо более характерно именно для амбулаторного перемещения в пространстве. По мнению некоторых ученых, этот образец поведения способен пролить свет на эволюцию данного вида движения.
Сегодня распространено мнение, что наземные животные, обладавшие четырьмя конечностями, учились ходить постепенно, причем на основе рыбьего ундулирующего передвижения. Дело в том, что при рассмотрении какой бы то ни было локомоции следует учитывать не только вид, наличие и функциональность конечностей. Огромную роль играют также расположенные вдоль позвоночника моторные нейроны, сообщающие ногам, лапам, клешням, ластам и плавникам, что им нужно делать. Найти подобные клетки в ископаемой летописи практически невозможно, однако изучение нервной системы ежовых скатов способно показать, когда, для чего и каким образом научились ходить позвоночные. Исследование их ДНК, вполне возможно, продемонстрирует, были ли у рыб необходимые предпосылки для амбулаторного перемещения ещё до того, как они решили переселиться на сушу.
Моторные нейроны управляются белками, именующимися «факторами транскрипции». Последние определяют, какие гены и в какой степени используются клеткой, то есть, по сути, руководят ими. В 2018 году в журнале «Cell» была опубликована статья, авторы которой изучили эмбрионы скатов, выяснив в результате, что в них на удивление много факторов транскрипции и других молекул, свойственных моторным нейронам обитателей суши. Среди них нашлись и те, что управляют переваливанием влево-вправо при ходьбе, отвечают за сгибание и выпрямление конечностей. Кроме того, очень похожим у ежовых скатов и земных животных оказался способ соединения нейронов с мышцами.
В общем и целом исследователям удалось показать, что у скатов наличествуют генетические шаблоны амбулаторного перемещения, и потенциально это может удревнить момент его появления. По всей видимости, общий предок скатов и современных сухопутных позвоночных обладал инструментами нервной системы, которые были необходимы для управления ходьбой, уже за 50 миллионов лет до того, как наземные животные начали с важным видом разгуливать по континентам планеты.
Основываясь на описанном исследовании, ученые из Гарварда создали теоретическую модель, которая показывает, как мог научиться ходить тот самый общий предок скатов и сухопутных животных. Чтобы проиллюстрировать свои расчеты, они не поленились сконструировать двуногого робота. Кроме того, ученые на математической основе рассмотрели экологические и физические ограничения, с которыми могли столкнуться древние обитатели океана. Выяснилось, что интересующий нас способ перемещения мог развиться при нейтральной плавучести в воде. По сути, это говорит о том, что для достаточно эффективного амбулаторного перемещения рыбам не потребовалось бы какой-то особо выраженной специализации.
Как уже сказано, весьма вероятно, что ученым так и не удастся установить, как научились ходить первые обитатели суши. Однако исследования подобного рода в любом случае помогают лучше понять эволюционную историю позвоночных. Не исключено, что они дадут и полезные практические результаты – в виде, например, более совершенных шагающих роботов. Ежовые скаты могут стать модельными организмами, на примере которых будут изучаться механизмы контроля над конечностями с целью создания технологий реабилитации после, например, травм позвоночника. Будем ждать. Время, как обычно расставит все по своим местам.
