Первые животные, начавшие почти 380 млн лет назад переходить из воды на сушу, вероятно, не могли свободно поворачивать голову. Новое исследование показало, что их шеи оставались очень малоподвижными, несмотря на отделение черепа от плечевого пояса. Результаты работы опубликованы 14 октября в журнале Nature и ставят под сомнение прежнее объяснение происхождения шеи.
Ранее считалось, что шея появилась у древних четвероногих для более удобного осмотра окружающего пространства. Такая особенность должна была помогать смотреть вниз, искать добычу, замечать угрозы и менять направление взгляда без разворота всего тела. Однако компьютерные расчёты показали, что ранние шеи почти не давали такой возможности и могли быть следствием перестройки скелета, связанной с использованием передних конечностей для передвижения.
Учёные изучили окаменелости рыб девонского периода, живших примерно 420–360 млн лет назад, а также современные виды и анатомические модели. Особое значение имел тиктаалик — ископаемая рыба, описанная в 2006 году после находки на канадском острове Элсмир в арктической части страны. Это животное сочетало признаки рыб с усиленными плавниками и особенности, приближавшие его к первым позвоночным с конечностями.
Для проверки подвижности древней шеи исследователи использовали осетровых, у которых, как и у ранних четвероногих, позвоночник включает хорду — длинный гибкий тяж ткани. Специалисты измерили механические свойства хорды у современных осетров и внесли эти данные в модели тиктаалика и других древних животных. Расчёты показали, что даже при отделённой от плеч голове позвоночник сильно ограничивал её движения.
Возможности ранних четвероногих поднимать голову были не выше, чем у рыб, а иногда даже меньше. Повороты, напоминающие человеческое движение головой из стороны в сторону, для изученных животных, по всей видимости, были невозможны. При этом модели могли переоценить подвижность, поскольку мышцы, кожа и отдельные костные элементы, находившиеся в коже, должны были дополнительно сковывать шею.
Авторы работы предполагают, что первоначально шея возникла не для улучшения обзора, а одновременно с изменениями, позволившими передним конечностям поддерживать тело и участвовать в движении. Более высокая гибкость шеи сформировалась позднее, когда позвоночные уже осваивали наземный образ жизни. Исследование объединило данные окаменелостей, эксперименты с современными рыбами и биомеханическое моделирование, чтобы уточнить, как изменения скелета повлияли на движение древних животных.