Переход от растянутого до вертикального положения в ходе эволюции млекопитающих демонстрирует изменения в осанке и форме костей конечностей.
Раннее развитие более вертикального положения у млекопитающих стало поворотным событием. Новое исследование показывает, что это развитие происходило не по прямой линии, а было сложным и динамичным эволюционным процессом.
Все млекопитающие ведут своё происхождение от ранних стем-млекопитающих более 300 миллионов лет назад — почти за 100 миллионов лет до появления первых динозавров. Эти предки млекопитающих, называемые синапсидами, произошли от ранних рептилий.
Некоторые синапсиды достигали огромных размеров, доминируя на Земле до величайшего массового вымирания в истории около 252 миллионов лет назад, в конце пермского периода.
Сложный переход от растянутого положения к вертикальному
Ранний предшественник млекопитающих, офиакодон, и современное млекопитающее — собака.
Массовое вымирание положило начало новой эре, в которой наши ранние предки-млекопитающие продолжали развиваться как в основном небольшие, юркие ночные существа в тени колоссальных динозавров.
Млекопитающие теперь являются доминирующими существами на суше, во многом благодаря эволюционным основам этих стем-млекопитающих. Одним из важнейших факторов стало развитие от похожего на рептилий растянутого способа передвижения к более вертикальному (парасаггитальному) положению.
Исследование, опубликованное в PLOS Biology, показывает, что изменения в опорно-двигательном аппарате, необходимые для этого развития, происходили гораздо более сложным образом, чем считалось ранее.
«Происхождение вертикального положения млекопитающих является ключевой частью их эволюционной истории, — говорит ведущий автор Роберт Броклхерст из Музея сравнительной зоологии Гарвардского университета (MCL) в США. — Однако существует большая неопределённость относительно того, когда и как развилось вертикальное положение современных млекопитающих».
«Люди работали над этой проблемой более 100 лет, но исторически основное внимание уделялось форме костей в нескольких исключительно хорошо сохранившихся окаменелостях. Мы понимали, что если мы хотим понять общую картину эволюции осанки у млекопитающих и их предков, нам нужно будет увидеть как можно больше окаменелостей и действительно разобраться в функциях и механике костей, а не только в их форме».
Команда Броклхерста проанализировала плечевые кости (плечо) более чем 200 видов четвероногих — животных с четырьмя ногами. Они сравнили ископаемые кости с костями живых животных, включая саламандр, рептилий, прямоходящих терианских млекопитающих и однопроходных.
Однопроходные оказались критически важными в исследовании, поскольку эта странная группа млекопитающих — сегодня представленная только ехиднами и утконосами — имеет много общих черт с рептилиями, включая яйцекладку и более растянутую стойку.
Они изучили длину плечевой кости, кручение, мышечный рычаг, прочность на изгиб и вращательную способность. Взаимосвязь между формой кости и функцией затем была смоделирована на компьютере, чтобы визуализировать различные эволюционные пути предков млекопитающих.
«Собрав беспрецедентный набор данных, охватывающий всю широту эволюции синапсидов, мы достигли разрешения, необходимого для того, чтобы распутать трансформацию от наших растянутых предков-синапсидов до прямоходящих млекопитающих современности», — говорит старший автор Стефани Пирс, также из MCL.
«Наши результаты показывают, что характерная поза и функция передних конечностей современных млекопитающих появились на удивление поздно в эволюции синапсидов — это задержавшееся приобретение в конечном итоге заложило основу для необычайного экологического успеха млекопитающих».
«Древних предшественников млекопитающих часто сравнивают с современными рептилиями, потому что у них были растянутые конечности, похожие на конечности ящериц или крокодилов. Однако наше исследование показало, что большинство конечностей синапсидов функционировали иначе, чем у современных рептилий», — говорит соавтор Кеннет Ангиельчик из Чикагского университета, Иллинойс, также в США.
«Они не просто копии рептилий, а самобытные животные, которые немного отличаются от всего, что живо сегодня».
Исследование указывает на период диверсификации стем-млекопитающих, а не на прямой путь к вертикальному положению.
«Хотя предки млекопитающих действительно становились более вертикальными с течением времени, в каждой крупной группе предков млекопитающих было много вариаций», — пишут авторы. «Эти окаменелости не были ступеньками, они были животными, эволюционировавшими для изучения широкого спектра экологии, ниш и сред обитания».