Американские ученые реконструировали эволюционный путь, в ходе которого предки млекопитающих перешли от позы с расставленными в стороны конечностями (характерной для современных рептилий, таких как ящерицы) к парасагиттальной позе, при которой конечности расположены вертикально под телом (как у кошки или собаки). Оказалось, что этот переход происходил не постепенно, как палеонтологи предполагали ранее, а динамично и разнонаправленно, и полноценная парасагиттальная поза сформировалась лишь у поздних предков млекопитающих. Открытие меняет устоявшиеся представления об эволюции локомоторных адаптаций и позволяет выявить ключевые анатомические изменения, определившие успех современных плацентарных и сумчатых. Исследование опубликовано в журнале PLOS Biology.
Переход от «распластанной» позы к парасагиттальной — одно из главных событий в эволюционной истории млекопитающих. У большинства представителей класса пресмыкающихся (рептилий), для которых характерно как раз распластанное положение тела, конечности расположены парно по бокам туловища, тогда как при парасагиттальной позе, свойственной млекопитающим, они находятся под туловищем, ближе к его вертикальной оси. Эта перестройка опорно-двигательного аппарата обеспечила большую эффективность передвижения, позволив освоить бег, рытье, лазанье, и способствовала завоеванию разнообразных экологических ниш. Однако палеонтологи более века спорили о том, когда и как именно этот переход произошел у синапсидов — группы, включающей современных млекопитающих и их вымерших предков. Среди ученых долгое время доминировала точка зрения о постепенном, ступенчатом «выпрямлении» позы в процессе эволюции.
Чтобы это проверить, авторы исследования провели масштабный анализ, изучив плечевые кости 60 ископаемых не-млекопитающих синапсидов и 140 современных животных, включая млекопитающих, рептилий и амфибий. В ходе работы ученые создали детальные 3D-модели костей и измерили функционально значимые параметры, напрямую связанные с типом передвижения и позой, такие как длина костей, торсион (угол закручивания вдоль оси), распределение массы, точки прикрепления мышц и их рычаги, а также прочность на изгиб. Для сравнения столь разнообразных, различающихся по возрасту и строению костей команда специалистов адаптировала программный пакет R, разработав новый инструмент для послойного картирования поверхности кости (slice-based landmarking). Затем ученые разместили все виды на «адаптивном ландшафте» — визуальной модели, на которой пики соответствовали высокой эффективности для определенного типа позы и передвижения, а низины, или долины, — низкой.
Проанализировав данные, исследователи обнаружили, что прогресс не был плавным, а совершал резкие скачки в эволюции передних конечностей и отражал сложную картину изменений. Крупные группы предков млекопитающих (пеликозавры, терапсиды, цинодонты) демонстрировали большой разброс вариантов позы и функций передних конечностей. Внутри каждой группы встречались виды как с более распластанной, так и с более «выпрямленной» позой, а также уникальные, не встречающиеся в наше время комбинации признаков. Таким образом, по-настоящему парасагиттальная поза, характерная для современных плацентарных и сумчатых, сформировалась на относительно поздних этапах эволюционной истории, у непосредственных предков этой группы, а не у их ранних предшественников. Один из таких ископаемых предков современных млекопитающих уже обладал строением плечевой кости, оптимальным для парасагиттальной походки. Не менее важно, что даже ранние синапсиды с распластанной позой двигались иначе, нежели современные рептилии. «Наше исследование показало, что конечности большинства синапсидов функционировали иначе, чем у современных рептилий, — пояснил Кеннет Энджелчик из Филдовского музея естественной истории. — Это не просто копии рептилий, а совершенно своеобразные животные, немного непохожие на все, что живет сегодня».
Полученные данные переворачивают представления палеонтологов об эволюции млекопитающих. Авторы показали, что характерная для млекопитающих парасагиттальная поза — не примитивная черта, а относительно позднее эволюционное приобретение, ставшее основой для последующего разнообразия и экологического господства группы. Как подчеркивает Стефани Пирс из Гарвардского университета: «Наши результаты показывают, что характерная поза и функция передних конечностей современных млекопитающих появились удивительно поздно в эволюции синапсидов — это запоздалое приобретение в конечном итоге заложило основу для необычайного экологического успеха млекопитающих». Специалисты уже работают над созданием детальных биомеханических моделей передних конечностей ключевых ископаемых видов, чтобы лучше понять работу их суставов и мышц, продолжая раскрывать сложную историю эволюции локомоции наших далеких предков.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
