Подвижные рёбра помогали первым наземным позвоночным сначала ходить, а потом дышать.

Рыбы дышат, прогоняя воду через жабры и впитывая жабрами кислород, в воде растворённый. Чтобы обеспечить поток воды через жабры, рыбы работают мышцами, которые управляют жаберными крышками, и другими мышцами головы.

Во время ходьбы ящерицы вынуждены изгибать тело из стороны в сторону, как это делали первые наземные позвоночные. (Фото: Dluogs / Flickr.com) 

Но около 360 млн лет назад некоторые рыбы выбрались на сушу. Жабры для дыхания воздухом не годились, так что наземным позвоночным пришлось обзавестись лёгкими. Однако если мы посмотрим на амфибий, которые эволюционно ближе всех стоят к первым сухопутным колонистам, то увидим, что воздух в лёгкие они нагнетают по-прежнему мышцами головы. Амфибии опускают дно рта, закрывают ноздри, потом поднимают дно рта и воздух отправляется в лёгкие. В дыхании принимают участие некоторые брюшные мышцы, но основную работу всё равно делают мышцы глотки. (Стоит добавить, что лёгкие у амфибий вообще не очень эффективны, так что до половины кислорода они впитывают кожей.)

А вот прочие наземные позвоночные дышат с помощью межрёберных мышц и диафрагмы (которая есть только у крокодилов и млекопитающих). Лёгкие расширяются и всасывают в себя воздух благодаря движению диафрагмы и расширению грудной клетки, грудную же клетку расширяют межрёберные мышцы. Но чтобы грудная клетка могла расширяться и сжиматься, рёбра должны быть подвижны. Они действительно подвижны, соединяясь с грудными позвонками суставом, в отличие от рыб.

Но при этом, как пишут в Scientific Reports исследователи из Университета Юты и Брауновского университета, ребра наземных позвоночных изначально обретали подвижность не для дыхания, а для ходьбы. Их ноги располагались ещё по бокам туловища – так, как они расположены, например, у ящериц (лишь со временем конечности уйдут под туловище). И когда первые наземные позвоночные начали учиться ходить, им приходилось изгибать всё тело так же, как это делают современные ящерицы. Но что в таком случае происходить с грудной клеткой?

Исследователи поставили на беговую дорожку трёх варанов и трёх довольно больших ящериц тегу, чтобы с помощью компьютерной томографии и других методов понаблюдать за движениями скелета рептилий. Оказалось, что рёбра варанов и тегу двигаются при ходьбе схожим образом с тем, как они двигаются при дыхании.

Если бы рёбра были неподвижны, то при изгибании тела во время ходьбы они бы мешали друг другу. Подвижность же рёбер эту проблему снимала, и шаг с подвижными рёбрами становился длиннее. И вполне возможно, что подвижность грудной клетки изначально возникла именно как приспособление для ходьбы, а потом оказалось, что подвижные рёбра можно приспособить и для дыхания.