Миксины , класса Myxini / mɪ k ˈ s aɪ n aɪ / ( также известные как Hyperotreti ) и отряда Myxiniformes / mɪ k ˈ s ɪ nɪ fɔːr m iː z / , являются угреобразными бесчелюстными рыбами ( иногда называемыми слизистыми угрями ). Миксины являются единственными известными живыми животными, у которых есть череп , но нет позвоночника , хотя у них есть рудиментарные позвонки . [3] Миксины являются морскими хищниками и падальщиками [4], которые могут защищать себя от других более крупных хищников, выделяя обильное количество слизи из слизистых желез в своей коже . [5]
Хотя их точное родство с единственной другой современной группой бесчелюстных рыб, миногами , долгое время было предметом споров, генетические данные свидетельствуют о том, что миксины и миноги более тесно связаны друг с другом, чем с челюстными позвоночными , таким образом, образуя кладу Cyclostomi . [6] Самая древняя известная стволовая группа миксин известна с позднего карбона , около 310 миллионов лет назад, [7] а современные представители впервые были зарегистрированы в середине мелового периода около 100 миллионов лет назад. [6]
Миксины обычно имеют длину около 50 см (19,7 дюйма). Самый крупный известный вид — Eptatretus goliath , зарегистрированная особь которого достигала 127 см (4 фута 2 дюйма), в то время как Myxine kuoi и Myxine pequenoi , по-видимому, достигают не более 18 см (7,1 дюйма). Некоторые были замечены размером всего 4 см (1,6 дюйма). [ необходима цитата ]
У миксин удлиненные, угревидные тела и веслообразные хвосты . Кожа голая и покрывает тело как свободно сидящий носок. Они, как правило, тускло-розового цвета и выглядят довольно червеобразными. У них хрящевые черепа (хотя часть, окружающая мозг, состоит в основном из волокнистой оболочки) и зубоподобные структуры , состоящие из кератина . Цвет зависит от вида , варьируясь от розового до сине - серого , и могут присутствовать черные или белые пятна. Глаза представляют собой простые глазные пятна, а не линзовидные глаза, которые могут различать изображения. У миксин нет настоящих плавников , а есть шесть или восемь усиков вокруг рта и одна ноздря . Вместо вертикально сочленяющихся челюстей , как у Gnathostomata ( позвоночные с челюстями), у них есть пара горизонтально движущихся структур с зубоподобными выступами для оттягивания пищи. Рот миксины имеет две пары роговых, гребневидных зубов на хрящевой пластине, которая выдвигается и втягивается. Эти зубы используются для захвата пищи и подтягивания ее к глотке. [8]
Его кожа прикреплена к телу только вдоль центрального хребта спины и у слизистых желез и заполнена почти третью часть объема крови тела, создавая впечатление наполненного кровью мешка. Предполагается, что это адаптация для выживания при атаках хищников. [9] Атлантическая миксина, представитель подсемейства Myxininae, и тихоокеанская миксина, представитель подсемейства Eptatretinae, отличаются тем, что у последней мышечные волокна встроены в кожу. Положение покоя тихоокеанской миксины также имеет тенденцию быть свернутым, в то время как у атлантической миксины оно растянуто. [10] [11]
Миксина может выделять обильное количество молочной и волокнистой слизи или муцина из специализированных слизистых желез. [5] При попадании в морскую воду слизь расширяется до 10 000 раз от своего первоначального размера за 0,4 секунды. [12] Эта слизь, которую выделяет миксина, имеет очень тонкие волокна, которые делают ее более прочной и удерживающей, чем слизь, выделяемая другими животными. [13] Волокна состоят из белков и также делают слизь гибкой. Если их поймает хищник, они могут быстро выпустить большое количество слизи, чтобы сбежать. [14] Если они остаются в плену, они могут завязать себя в узел сверху и проложить себе путь от головы до хвоста животного, соскребая слизь и освобождаясь от своего захватчика. Реологические исследования показали, что вязкость слизи миксины увеличивается при продольном течении, что способствует закупорке жабр у рыб, питающихся всасыванием , в то время как ее вязкость уменьшается при сдвиге , что облегчает соскабливание слизи подвижным узлом. [15]
Недавно было сообщено, что слизь захватывает воду в своих кератиновых промежуточных нитях, выделяемых клетками железистых нитей, создавая медленно рассеивающееся, вязкоупругое вещество, а не простой гель. Было показано, что это нарушает функцию жабр хищной рыбы . В этом случае слизь миксины закупоривает жабры хищника, лишая его возможности дышать. Хищник отпускает миксину, чтобы избежать удушья. Из-за слизи немногие морские хищники нападают на миксину. Другими хищниками миксины являются различные виды птиц или млекопитающих. [16]
Свободно плавающие миксины также выделяют слизь при волнении, а затем очищаются от слизи, используя то же поведение «путешествующего узла». [17] [18] Отмеченный эффект закупорки жабр предполагает, что поведение «путешествующего узла» полезно или даже необходимо для восстановления функции собственных жабр миксины после выделения слизи.
Кератин нитей миксины ( EsTKα и EsTKγ; Q90501 и Q90502 ), белок, из которого состоят ее слизистые нити, исследуется как альтернатива паучьему шелку для использования в таких областях, как бронежилеты. [19] Эти альфа-кератиновые белки в слизи миксины трансформируются из α-спиральной структуры в более жесткую β-листовую структуру при растяжении. [20] Благодаря комбинированной обработке вытягиванием (растяжением) и химическому сшиванию рекомбинантный слизистый кератин превращается в очень прочное волокно с модулем упругости , достигающим 20 ГПа. [21]
Когда в 2017 году в результате дорожно-транспортного происшествия на шоссе 101 в США вылилось 7500 фунтов (3400 кг) миксин, они выделили достаточно слизи, чтобы покрыть дорогу и близлежащую машину. [22]
Миксина обычно дышит, втягивая воду через глотку , минуя велярную камеру, и пропуская воду через внутренние жаберные мешки, количество которых может варьироваться от пяти до 16 пар в зависимости от вида. [23] Жаберные мешки открываются по отдельности, но у миксины отверстия слились, и каналы, идущие назад от каждого отверстия под кожей, объединяются, образуя общее отверстие на брюшной стороне, известное как жаберное отверстие. Пищевод также соединен с левым жаберным отверстием, которое поэтому больше правого, через глоточно-кожный проток (эзофагеокожный проток), в котором нет дыхательной ткани. Этот глоточно-кожный проток используется для очистки глотки от крупных частиц, функция также частично осуществляется через носоглоточный канал. У других видов слияние жаберных отверстий менее полное, и у Bdellostoma каждый мешок открывается наружу отдельно, как у миног. [24] [25] Однонаправленный поток воды, проходящий через жабры, создается путем сворачивания и раскручивания велярных складок, расположенных внутри камеры, развившейся из носогипофизарного тракта, и управляется сложным набором мышц, вставленных в хрящи нейрокраниума, которым помогают перистальтические сокращения жаберных мешочков и их протоков. [26] Миксины также имеют хорошо развитую дермальную капиллярную сеть, которая снабжает кожу кислородом, когда животное зарыто в бескислородный ил, а также высокую толерантность как к гипоксии, так и к аноксии с хорошо развитым анаэробным метаболизмом. [27] Также предполагается, что кожа способна к кожному дыханию . [28]
Происхождение нервной системы позвоночных представляет значительный интерес для эволюционных биологов, и круглоротые (миксины и миноги) являются важной группой для ответа на этот вопрос. Сложность мозга миксины была предметом споров с конца 19 века, при этом некоторые морфологи предполагали, что у них нет мозжечка , в то время как другие предполагали, что он является продолжением среднего мозга . [29] В настоящее время считается, что нейроанатомия миксины похожа на таковую у миног. [30] Общей чертой обоих круглоротых является отсутствие миелина в нейронах. [31] Мозг миксины имеет определенные части, похожие на мозг других позвоночных. [32] Спинные и вентральные мышцы, расположенные по бокам тела миксины, соединены со спинномозговыми нервами . Спинномозговые нервы, которые соединяются с мышцами стенки глотки, растут по отдельности, чтобы достичь их. [33]
Глаз миксины не имеет линзы, экстраокулярных мышц и трех двигательных черепных нервов (III, IV и VI), которые есть у более сложных позвоночных, что имеет важное значение для изучения эволюции более сложных глаз . Теменной глаз также отсутствует у современных миксин. [34] [35] Глазные пятна миксины, если они есть, могут обнаруживать свет, но, насколько известно, ни одно из них не может различать подробные изображения. У миксин и неомиксинов глаза частично покрыты мускулатурой туловища. [8] Однако палеонтологические данные свидетельствуют о том, что глаз миксины не плезиоморфный , а скорее дегенеративный, поскольку окаменелости из карбона обнаружили позвоночных, похожих на миксин, со сложными глазами. Это предполагает, что предки миксин обладали сложными глазами. [36] [37]
Известно, что миксины имеют одно из самых низких значений кровяного давления среди позвоночных. [38] Один из самых примитивных типов баланса жидкости, обнаруженный у животных, наблюдается у этих существ; всякий раз, когда происходит повышение внеклеточной жидкости, повышается кровяное давление, и это, в свою очередь, ощущается почкой, которая выводит избыток жидкости. [27] У них также самый высокий объем крови на массу тела среди всех хордовых — 17 мл крови на 100 г массы. [39]
Кровеносная система миксины представляла значительный интерес для эволюционных биологов и современных читателей физиологии. Некоторые наблюдатели сначала полагали, что сердце миксины не иннервировано (как сердца челюстных позвоночных), [40] но дальнейшие исследования показали, что у миксины действительно есть иннервированное сердце. Кровеносная система миксины также включает в себя несколько вспомогательных насосов по всему телу, которые считаются вспомогательными «сердцами». [38]
Миксины — единственные известные позвоночные с осморегуляцией, изоосмотичной к внешней среде. Их почечная функция плохо описана. Существует гипотеза, что они выделяют ионы в желчных солях. [41]
Мускулатура миксины отличается от мускулатуры челюстных позвоночных тем, что у них нет ни горизонтальной, ни вертикальной перегородки, которые у челюстных позвоночных являются соединениями соединительной ткани, разделяющими гипаксиальную мускулатуру и эпаксиальную мускулатуру . Однако у них есть настоящие миомеры и миосепты, как у всех позвоночных. Механика их черепно-лицевых мышц при питании была исследована, что выявило преимущества и недостатки их зубной пластины. В частности, мышцы миксины обладают большей силой и размером щели по сравнению с мышцами челюстных позвоночных аналогичного размера, но им не хватает усиления скорости, обеспечиваемого мышцами челюстных позвоночных, что позволяет предположить, что челюсти действуют быстрее, чем зубные пластины миксины. [42]
Скелет миксины состоит из черепа, хорды и лучей хвостового плавника. Первая схема эндоскелета миксины была сделана Фредериком Коулом в 1905 году. [43] В монографии Коула он описал части скелета, которые он назвал «псевдохрящом», ссылаясь на его отличительные свойства по сравнению с челюстными хордовыми. Языковой аппарат миксины состоит из хрящевой основы, несущей две покрытые зубами пластины (зубные пластины), сочлененные с серией крупных хрящевых стержней. Носовая капсула у миксины значительно расширена, составляя фиброзную оболочку, выстланную хрящевыми кольцами. В отличие от миног, мозговая коробка нехрящевая. Роль их жаберных дуг все еще весьма спекулятивна, поскольку эмбрионы миксины претерпевают каудальное смещение задних глоточных карманов; таким образом, жаберные дуги не поддерживают жабры. [44] Хотя считается, что части черепа миксины гомологичны миноги, считается, что у нее очень мало элементов, гомологичных челюстным позвоночным. [45]
О размножении миксин известно очень мало. Получение эмбрионов и наблюдение за репродуктивным поведением затруднены из-за глубоководной среды обитания многих видов миксин. [46] В дикой природе самок больше, чем самцов, при этом точное соотношение полов различается в зависимости от вида. Например, у E. burgeri соотношение составляет почти 1:1, в то время как у M. glutinosa самки встречаются значительно чаще самцов. [46] Некоторые виды миксин не имеют половой дифференциации до созревания и обладают гонадной тканью как для яичников, так и для семенников. [47] Было высказано предположение, что самки развиваются раньше самцов, и что это может быть причиной неравного соотношения полов. Семенники миксин относительно небольшие. [46]
В зависимости от вида самки откладывают от одного до 30 жестких, желтковых яиц. Они имеют тенденцию собираться из-за наличия похожих на липучки пучков на обоих концах. [46] Неясно, как миксины откладывают яйца, хотя исследователи предложили три гипотезы, основанные на наблюдениях за низким процентом самцов и маленькими семенниками. Гипотезы заключаются в том, что самки миксин откладывают яйца в небольшие расщелины в скальных образованиях, яйца откладываются в норы под песком, а слизь, вырабатываемая миксинами, используется для удержания яиц на небольшой площади. [46] Стоит отметить, что не было найдено прямых доказательств, подтверждающих какую-либо из этих гипотез. У миксин нет личиночной стадии, в отличие от миног . [46]
Миксины имеют мезонефрическую почку и часто являются неотеническими по отношению к своей пронефрической почке . Почка(и) дренируются через мезонефрический/ архинефрический проток . В отличие от многих других позвоночных, этот проток отделен от репродуктивного тракта, а проксимальный каналец нефрона также соединен с целомом , обеспечивая смазку. [48] Единственное яичко или яичник не имеет транспортного протока. Вместо этого гаметы высвобождаются в целом, пока не найдут свой путь к заднему концу хвостовой области, где они находят отверстие в пищеварительной системе.
Эмбрион миксины может развиваться до 11 месяцев до вылупления, что короче по сравнению с другими бесчелюстными позвоночными. [49] До недавнего времени об эмбриологии миксины было известно немного, пока достижения в области животноводства не позволили получить значительное представление об эволюционном развитии группы. Новые знания об эволюции клеток нервного гребня подтверждают консенсус о том, что все позвоночные разделяют эти клетки, которые могут регулироваться общим подмножеством генов. [50] Их геном имеет большое количество микрохромосом, которые теряются во время развития животного, оставляя только репродуктивные органы с полным геномом. [51] У миксины есть гонадотропины , которые выделяются из гипофиза в гонады для стимуляции развития. [52] Это говорит о том, что у миксины есть ранняя версия оси гипоталамус-гипофиз-гонады , системы, которая когда-то считалась исключительной для челюстноротых .
Некоторые виды миксин размножаются сезонно, стимулируемые гормонами гипофиза. Известно, что E. burgeri размножается и мигрирует ежегодно. [53]
В то время как полихеты морских червей на морском дне или около него являются основным источником пищи, миксины могут питаться и часто даже проникать и потрошить тела мертвых и умирающих/раненых морских существ, намного больших, чем они сами. Известно, что они пожирают свою добычу изнутри. [54] Миксины обладают способностью поглощать растворенные органические вещества через кожу и жабры, что может быть адаптацией к образу жизни падальщиков, что позволяет им максимально использовать спорадические возможности для питания. С эволюционной точки зрения миксины представляют собой переходное состояние между обобщенными путями поглощения питательных веществ водных беспозвоночных и более специализированными пищеварительными системами водных позвоночных. [55]
Как и пиявки , они имеют вялый метаболизм и могут выживать месяцами между кормлениями; [56] [57] их пищевое поведение, однако, кажется довольно энергичным. Анализ содержимого желудков нескольких видов выявил большое разнообразие добычи, включая полихет , креветок, раков- отшельников , головоногих моллюсков , офиур , костистых рыб , акул, птиц и плоть китов. [58]
В неволе миксины, как было замечено, используют поведение узла сверху вниз в обратном порядке (хвост к голове), чтобы получить механическое преимущество, чтобы вырывать куски плоти из падальщиков или китообразных, в конечном итоге проделывая отверстие, позволяющее проникнуть внутрь полости тела более крупных туш. Здоровое более крупное морское существо, вероятно, смогло бы победить или переплыть такое нападение.
Этот энергичный оппортунизм со стороны миксин может быть большой неприятностью для рыбаков, поскольку они могут поглотить или испортить весь улов, выловленный глубокой сетью, прежде чем его удастся вытащить на поверхность. Поскольку миксины обычно встречаются большими скоплениями на дне и около него, улов одного траулера может содержать несколько десятков или даже сотен миксин в качестве прилова, а все остальные борющиеся, плененные морские существа становятся для них легкой добычей.
Пищеварительный тракт миксины уникален среди хордовых, поскольку пища в кишечнике заключена в проницаемую мембрану, аналогичную перитрофической матрице насекомых. [59] Они также способны поглощать питательные вещества непосредственно через кожу. [60]
Также было замечено, что миксины активно охотятся на полосатиков Cepola haastii в их норе, возможно, используя свою слизь, чтобы задушить рыбу, а затем схватить ее зубными пластинами и вытащить из норы. [61]
Первоначально миксина была включена Линнеем ( 1758 ) в Вермес . Ископаемая миксина Myxinikela siroka из позднего карбона США является старейшим известным членом группы. В некоторых отношениях она больше похожа на миног, но демонстрирует ключевые аутапоморфии миксин. [7] В последние годы миксины стали представлять особый интерес для генетического анализа, изучающего взаимоотношения среди хордовых . Их классификация как бесчелюстных помещает миксин как элементарных позвоночных между беспозвоночными и челюстноротыми . Однако в научной литературе уже давно ведутся дискуссии о том, были ли миксины вообще беспозвоночными . Используя ископаемые данные, палеонтологи предположили, что миноги более тесно связаны с челюстноротыми, чем миксины. Термин «Craniata» использовался для обозначения животных, которые имели развитый череп, но не считались настоящими позвоночными. [62] Молекулярные доказательства в начале 1990-х годов впервые начали предполагать, что миноги и миксины были более тесно связаны друг с другом, чем с челюстноротыми. [63] Валидность таксона «Craniata» была дополнительно изучена Деларбре и др. (2002) с использованием данных о последовательности мтДНК , заключив, что миксины более тесно связаны с Hyperoartia, чем с Gnathostomata, т. е. что современные бесчелюстные рыбы образуют кладу, называемую Cyclostomata . Аргумент заключается в том, что если Cyclostomata действительно монофилетичны, Vertebrata вернутся к своему старому содержанию ( Gnathostomata + Cyclostomata), а название Craniata, будучи излишним, станет младшим синонимом. [64] В настоящее время молекулярные данные почти единогласно приходят к консенсусу относительно монофилии круглоротых, при этом более поздние работы были направлены на общие микроРНК между круглоротыми и челюстноротыми. [65] Текущая классификация поддерживается молекулярным анализом (который показывает, что миноги и миксины являются сестринскими таксонами), а также тем фактом, что миксины на самом деле имеют рудиментарные позвонки, что относит миксин к круглоротым. [3]
Миксины входят в группу круглоротых , которая включает бесчелюстных рыб. Группа круглоротых характеризуется двумя важными характеристиками: кератиновыми зубными пластинами и перемещением постотических миомеров к орбиталям. [6] Согласно ископаемым данным, миксины и миноги , как предполагается, разошлись друг от друга в течение палеозойского периода. [6] Эксперимент использовал оценку синонимичных и несинонимичных замен нуклеотидов и дополнил эти данные уже существующими данными в часы, которые вычисляли время расхождения для таксонов Myxine и Eptatretus . [66] Эти данные показали, что линия разошлась около 93–28 млн лет назад; однако более поздние исследования обнаружили еще более раннее время расхождения внутри группы, при этом Myxine и Eptatretus разошлись во время триаса, а предок Rubicundus разошелся во время других современных миксин во время пермского периода . [66] [67] Миксины исключены из подтипа Gnathostomata из-за морфологических характеристик, включая изогнутый язык миксины. [32] Эмбрионы миксины имеют характеристики челюстноротых и могут быть плезиоморфными; [32] однако эти характеристики резко меняются морфологически по мере созревания миксины. [32] Следующая филогения миксины и миноги представляет собой адаптацию, основанную на работе Мияшиты и др. 2019 года. [68]
В большинстве стран мира миксину едят нечасто. Но в Корее миксина — ценная еда, где ее обычно очищают от кожи, покрывают острым соусом и жарят на углях или во фритюре. Она особенно популярна в южных портовых городах полуострова, таких как Пусан и прибрежные города в провинции Южная Кёнсан . [ требуется цитата ]
Из-за их ценности в корейской кухне , большинство миксин, выловленных для еды в других частях мира, вылавливается с целью экспорта в Южную Корею . [4] Прибрежная миксина , обитающая в северо-западной части Тихого океана, употребляется в пищу в Японии [69] и Южной Корее. Поскольку слизь миксины связывает огромное количество жидкости даже при низких температурах, она была предложена в качестве энергосберегающей альтернативы для производства тофу , не требующего нагревания. [70]
Нити слизи миксины можно использовать как сверхпрочное волокно для одежды. Дуглас Фадж из Университета Чепмена провел исследование в этой области. [71] [72]
Кожу миксины, используемую в различных аксессуарах одежды, [4] обычно называют «кожей угря». Из нее получается особенно прочная кожа, особенно подходящая для кошельков и ремней. [73]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )и готов признать, что круглоротые на самом деле монофилетичны. Следствием этого является то, что они могут мало что рассказать нам о заре эволюции позвоночных, если вообще что-то рассказать, за исключением того, что интуиция зоологов 19 века была верна, когда они предполагали, что эти странные позвоночные (в частности, миксины) сильно дегенерировали и со временем утратили многие признаки.