Ученые разгадали 320-миллионную загадку кожного панциря рептилий
Кости из кожи у ящериц эволюционировали многократно, при этом у варанов наблюдается редкий случай возвращения утраченной брони.
Кости изначально не были структурами, зарытыми в тело. Их происхождение восходит к коже, появившейся вскоре после возникновения самых ранних сложных животных.
С тех пор кости из кожи неоднократно появлялись в процессе эволюции. Ученые до сих пор не до конца понимают, почему они продолжают появляться у столь разных животных, включая черепах, крокодилов, ящериц, змей и динозавров. Еще один давний вопрос заключается в том, унаследовали ли все эти группы кости из кожи от одного общего предка.
В новом исследовании, опубликованном в «Биологическом журнале Линнеевского общества», мы исследовали этот вопрос, объединив ископаемые данные с современными вычислительными методами. Это позволило нам реконструировать 320 миллионов лет эволюции костей из кожи рептилий.
Наши результаты разрешают спор, длившийся столетия. Кости из кожи действительно эволюционировали независимо в нескольких линиях ящериц. Мы также обнаружили необычный эволюционный возврат у варанов, одной из наиболее узнаваемых групп ящериц.
Когда кости были поверхностными
Самые древние кости кожи в палеонтологической летописи могут датироваться 475 миллионами лет назад. В то время у некоторых из самых ранних позвоночных развился сложный костный экзоскелет.
Это может показаться нелогичным, поскольку позвоночные буквально определяются наличием позвоночника. Однако их костный внутренний скелет развился лишь 50 миллионов лет спустя.
На протяжении всей эволюционной истории способность кожи образовывать костную ткань неоднократно проявлялась. Рыбья чешуя — один из примеров.
Другой пример — остеодермы, кожные структуры наземных животных. После того как они в далеком прошлом покинули воду, остеодермы, возможно, помогли животным адаптироваться к наземной жизни.
Далее картина становится менее ясной. Остеодермы исчезли в большинстве линий развития, но продолжали появляться, особенно у рептилий. Чтобы понять, как это произошло, нам нужно было собрать воедино сложную эволюционную головоломку.
История, рассказанная костями
Представьте, что вы прибыли на место ограбления банка спустя долгое время после того, как оно произошло. Нет идеального свидетеля. Вы разговариваете с десятками людей — один видел машину, на которой скрылись преступники, другой заметил куртку грабителя. Кто-то еще слышал сигнал тревоги.
Каждая история неполна, а некоторые даже противоречат друг другу. Но по мере сбора большего количества свидетельств определенные детали начинают совпадать. В конце концов, вырисовывается целостная картина.
Так мы подошли к разгадке тайны кожных костей у рептилий. Нашими свидетелями были 643 ныне живущих и вымерших вида. Каждый из них был так или иначе связан с другими и предлагал уникальную точку зрения. Мы продолжали расследование, пока их истории не начали сходиться.
Мы обнаружили, что у большинства ящериц остеодермы впервые появились в поздней юре и раннем меловом периоде, более 100 миллионов лет назад. В то время по Земле бродили одни из самых известных динозавров, включая гигантского брахиозавра, свирепого аллозавра и стегозавра с пластинчатой спиной.
Климат и экосистемы быстро менялись, создавая новые проблемы и возможности. Броня, возможно, помогала ящерицам выживать под натиском хищников, справляться с суровыми условиями окружающей среды или осваивать новые места обитания.
После этих ранних всплесков эволюции остеодерм темпы замедлились, и с тех пор большинство групп сохранили свои кожные структуры.
За одним важным исключением.
Возвращение варанов
Предки варанов, также известных в Австралии как гоанны, полностью утратили остеодермы — вероятно, потому что их активный образ жизни и эффективные тела лучше функционировали без дополнительного веса.
Но когда их потомки достигли Австралии около 20 миллионов лет назад, произошло нечто замечательное: они отрастили их заново.
Мы можем точно определить этот процесс повторной эволюции в миоценовый период, когда климат Австралии становился всё более засушливым. Костная ткань, возможно, помогала уменьшить потерю воды и, вероятно, обеспечивала защиту в открытых, засушливых ландшафтах.
Примечательно, что вараны — единственная известная линия ящериц, которая восстановила остеодермы после их утраты. Это противоречит закону Долло, который гласит, что как только сложный признак исчезает, он не может восстановиться.
Разрешение столетнего спора
В начале XX века исследователи предполагали, что ящерицы унаследовали остеодермы от общего предка.
Позже эта точка зрения уступила место идее о том, что эти костные пластины развивались независимо между отдельными группами. Последовали дебаты о лежащих в основе эволюционных механизмах, даже на молекулярном уровне, но эти дискуссии стремительно развивались, не закрепляя происхождение остеодерм в четкой эволюционной хронологии, ведущей к современным рептилиям.
Наше исследование закладывает эту основу, и мы гордимся тем, что оно опубликовано в том же журнале, где Чарльз Дарвин впервые поделился своими новаторскими идеями. Во многом наша работа — это синтез прошлого и настоящего.
Ископаемые свидетельства помогли нам разрешить давний вопрос, но только современные вычислительные технологии позволили сузить тысячи эволюционных сценариев, каждый из которых основан на данных о признаках сотен видов, до единой, связной истории.
Доказательства очевидны: остеодермы эволюционировали многократно, независимо, в разных линиях ящериц на протяжении сотен миллионов лет. Теперь, когда мы это знаем, ученые смогут исследовать генетические и онтогенетические механизмы, лежащие в их основе.
Среди ящериц вараны выделяются как единственная известная линия, которая утратила этот панцирь, чтобы затем вновь обрести его в результате удивительного эволюционного поворота. Эта закономерность органично вписывается в другие эволюционные аномалии, обнаруженные в Австралии, где правят сумчатые, а млекопитающие откладывают яйца.
Это также показывает, что эволюция редко следует по прямой линии, а вместо этого извивается в постоянно меняющихся условиях нашей планеты.
