Зачем мурене вторая пара челюстей в глотке и как работает этот природный капкан

Подавляющее большинство хищных рыб в океане не кусает свою добычу при атаке, а засасывает ее с током воды, создавая в пасти резкое отрицательное давление. Однако мурена, охотящаяся в узких расщелинах коралловых рифов, физически лишена такой возможности: в тесной каменной норе ей просто некуда расширять жаберные крышки. Чтобы захватывать и проглатывать добычу в таких замкнутых пространствах, эта рыба обзавелась второй парой зубастых челюстей, расположенных глубоко в глотке. Долгое время считалось, что фантастический хищник из фильма «Чужой» был чистой выдумкой художников, пока биологи с помощью высокоскоростной рентгеновской съемки не доказали обратное.

Обычный окунь, судак или щука ловят добычу по принципу вакуумного насоса. При виде жертвы хищник мгновенно распахивает пасть, раздвигает кости жаберных дуг в стороны и растягивает ротовую полость, увеличивая ее внутренний объем в несколько раз. Вода устремляется в образовавшуюся полость с высокой скоростью, затягивая рыбу прямо в глотку. Но для мурены этот универсальный метод охоты оказался невозможен из-за строения ее тела и среды обитания.

Физика вакуума и ловушка узких расщелин

Анатомия мурены сформировалась под условия охоты в узких расщелинах между камнями и кораллами, где прячутся осьминоги, ракообразные и рифовая рыба. Тело мурены змеевидное, грудные и брюшные плавники отсутствуют, а череп узкий и клиновидный.

Ширина расщелин, где охотится рыба, часто превышает габариты ее головы всего на несколько миллиметров.

Если в таком тесном пространстве мурена попытается резко распахнуть жаберные крышки, они физически упрутся в каменные стенки норы. Создать внутри черепа отрицательное давление невозможно: воде неоткуда поступить с боков, а ее свободный сброс назад заблокирован стенками убежища.

Вдобавок жаберные щели мурены уменьшились до двух небольших круглых отверстий по бокам тела, рассчитанных на размеренную прокачку воды при дыхании, а не на мгновенный сброс больших объемов жидкости.

Если мурена просто зажмет крупную рыбу передними челюстями, добыча застрянет на входе в пасть, но протолкнуть ее глубже в пищевод будет нечем. Толкать пищу плавниками рыба не способна. Использовать напор набегающей воды или силу инерции при резком рывке вперед, как это делают пелагические акулы в открытом море, в тупиковом каменном кармане тоже нельзя.

Выход из этого биомеханического тупика природа нашла в глубине глотки.

Анатомия и механика движения глоточных челюстей

Глоточные, или фарингеальные челюсти есть у многих костистых рыб — например, у карповых и цихлид. Обычно это небольшие костные пластины с плоскими зубами в глубине горла, которые выполняют роль жерновов: рыба втягивает моллюска в рот, а глоточными костями дробит твердую раковину перед перевариванием. У большинства видов эти кости жестко зафиксированы в задней части черепа и смещаются лишь на доли миллиметра.

У мурены этот аппарат полностью видоизменился и превратился в подвижную систему механического захвата.

Ее фарингеальные челюсти представляют собой две независимые костные дуги — верхнюю и нижнюю, покрытые острыми загнутыми назад зубами. Они не прикреплены к основанию черепа неподвижно.

Челюстной блок подвешен на удлиненных мышечных пучках, которые тянутся вдоль позвоночника от основания черепа до самого пищевода. В состоянии покоя внутренние челюсти лежат глубоко позади черепной коробки, на уровне четвертого позвонка.

Как только внешние челюсти мурены захлопываются на теле жертвы, запускается непрерывный мышечный цикл.

Сначала наружные челюсти намертво фиксируют пойманную рыбу или щупальце осьминога коническими зубами, удерживая добычу на месте.

Затем длинные мышцы-протракторы резко сокращаются и толкают фарингеальные челюсти вперед через всю ротовую полость. Внутренний аппарат раскрывается и смыкается на теле жертвы в передней части пасти, прямо возле наружных зубов. Острые крючковидные зубы глубоко вонзаются в плоть под углом, не позволяющим добыче выскользнуть.

После надежного зажима передние челюсти мурены слегка приоткрываются, снимая внешнюю блокировку. В этот же момент мощные мышцы-ретракторы сокращаются и втягивают внутреннюю пару назад к пищеводу вместе с зажатой добычей.

Весь этот цикл занимает доли секунды. Со стороны кажется, что крупная рыба просто втягивается в пасть неподвижно сидящей мурены без видимых глотательных движений.

Исследование 2007 года и параллели с кино

Механика работы этой системы долгое время оставалась неизученной. Биологи знали о наличии костей в глотке мурен по анатомическим вскрытиям, но предполагали, что они работают статично, как у обычных рыб. Выяснить реальный принцип мешала скрытность хищника и толстая непрозрачная кожа.

Точный механизм зафиксировали только в 2007 году биологи из Калифорнийского университета в Дейвисе под руководством Риты Мехта. Исследователи использовали высокоскоростную рентгеновскую видеосъемку, просвечивая охотящихся мурен в специализированных аквариумах.

На замедленных рентгеновских записях ученые впервые увидели, как скелетные дуги перемещаются из глубины тела вперед на расстояние, сопоставимое с длиной всей черепной коробки. Ни одно другое позвоночное животное на планете не способно выдвигать внутренние части глоточного аппарата на такую дистанцию.

После публикации исследования в прессе появились прямые аналогии с фильмом «Чужой» 1979 года, где вымышленный монстр обладал выдвижной челюстью внутри пасти. Швейцарский художник Ханс Руди Гигер, создававший образ существа, опирался на собственную фантазию и не знал об анатомии мурен.

Эволюция решила инженерную задачу охоты в замкнутом пространстве за миллионы лет до появления кинематографа.

Остается открытым другой вопрос: сколько еще сложных механических решений, которые мы привыкли считать выдумкой сценаристов, уже реализовано в закрытых экосистемах дикой природы?