Скелет млекопитающих может функционировать всевозможными способами, что позволяет животным иметь поразительное разнообразие в своих передвижениях. Они могут бегать, плавать, лазать и летать, отчасти благодаря обширной реорганизации их позвоночного столба, которая произошла за 320 миллионов лет эволюции.
Эволюция позвоночника млекопитающих
Откройте любой учебник по анатомии, и вы обнаружите там давнюю гипотезу о том, что эволюция позвоночника млекопитающих, обладающего уникальной способностью к сагиттальным движениям (вверх и вниз), произошла от скелета, который функционировал аналогично позвоночнику живых рептилий, который перемещается из стороны в сторону. Этот «латерально-сагиттальный» переход был полностью основан на внешнем сходстве между синапсидами немлекопитающих, вымершими предшественниками млекопитающих и современными ящерицами.
Старая гипотеза поставлена под сомнение
В статье, опубликованной 2 марта в журнале Current Biology, группа исследователей во главе с Гарвардским университетом ставит под сомнение гипотезу «латерально-сагиттального направления», измеряя форму позвонков на обширной выборке живых и вымерших амниот (рептилий и дальних родственников млекопитающих). Используя передовые методы, они отображают влияние эволюционных изменений формы на функцию позвоночного столба и показывают, что позвоночник синапсидов, не принадлежащих к млекопитающим, двигался способом, который явно был их собственным и сильно отличался от любого ныне существующего животного.
Скелет ранних синапсидов
Команда, возглавляемая Катриной Э. Джонс, бывшим научным сотрудником факультета органической и эволюционной биологии Гарвардского университета, обнаружила, что, хотя степень сагиттального изгиба действительно увеличивается во время эволюции млекопитающих, позвоночник самых ранних синапсидов был оптимизирован для обеспечения жесткости, а эволюционный переход к млекопитающим не включал стадии, характеризующейся сгибанием скелета в стороны, как у рептилий. Вместо этого ученые обнаружили, что современные ящерицы и другие рептилии обладают уникальной морфологией и функцией позвоночника, которые не отражают локомоцию предков, и самые ранние предки млекопитающих не двигались подобно ящерицам, как ранее предполагали исследователи.
Рептилии эволюционировали так же долго, как и млекопитающие. Если вы посмотрите на позвонки современной ящерицы или крокодила, они на самом деле сильно отличаются от позвонков ранних предков млекопитающих и рептилий, которые жили в одно и то же время около 300 миллионов лет назад.
Уникальное движение млекопитающих
Результаты исследования показывают, что позвоночник синапсидов, не относящихся к млекопитающим, на самом деле был довольно жестким и полностью отличался от такового у ящериц, которые очень податливы в латеральном направлении. Кроме того, в ходе эволюции млекопитающих к этой жесткой наследственной основе были добавлены новые функции, включая сагиттальное изгибание в задней части спины и скручивание вперед. Добавление этих новых функций имело решающее значение для построения функционально разнообразного позвоночника млекопитающих, позволяя современным видам бегать очень быстро и вращать позвоночник, чтобы ухаживать за своей шерстью.
«Тщательно проанализировав летопись окаменелостей, мы можем отвергнуть упрощенную гипотезу поперечно-сагиттальной ориентации в пользу гораздо более сложной и интересной истории эволюции, - сказала Джонс. - Сейчас мы открываем эволюционный путь к объяснению формирования уникального хребта млекопитающих».
Исследование является частью серии текущих проектов по эволюции позвоночника млекопитающих, объединяющих воедино его развитие, морфологию, функцию и эволюцию. Теперь исследователи используют трехмерное моделирование позвонков, чтобы понять, как двигались предки млекопитающих.
