Как и почему млекопитающие вернулись в океаны?
Если я правильно понимаю эволюционную биологию, млекопитающие сначала эволюционировали на суше как маленькие, похожие на грызунов существа, во времена, когда на суше господствовали рептилии. В конце концов, они превратились в виды, которые мы знаем сегодня. Некоторые из этих видов, однако, являются водными - на ум сразу приходят киты и дельфины. Почему предки китов и дельфинов покинули сушу и отправились в океаны? Как они эволюционировали от своей первоначальной формы до своего внешне ихтиоидного вида сегодня?
Я сосредоточусь на китах и дельфинах (китообразных), поскольку вы упомянули их по имени, и они являются репрезентативными для других морских млекопитающих, таких как тюлени или ламантины. Эволюция китообразных была одной из захватывающих эволюционных загадок. Очевидно, они были млекопитающими, но какие млекопитающие были их ближайшими родственниками? Подсказки к разгадке этой тайны начали появляться в 1980-х и 1990-х годах.
В течение 1980-х и в 1990-е годы палеонтологи обнаружили несколько окаменелостей, которые явно принадлежали наземным млекопитающим, но имели много общих черт скелета с китообразными. Эти окаменелости, в том числе Pakicetus [(Gingerich et al. 1983)] и Rodhocetus (Gingerich et al. 1994) , имеют общие черты скелета, которые являются уникальными для китов и парнокопытных , широко известных как парнокопытные млекопитающие. К парнокопытным относятся олени, овцы, свиньи, бизоны и гиппопотамы. Парнокопытные и ископаемые киты имеют общую уникальную особенность скелета лодыжки, называемую астрогалом, показанную на рисунке ниже. Таранная кость представляет собой структуру «двойного шкива», которая участвует в голеностопном суставе. Эта фотография взята из превосходного обзора эволюции китов, предоставленногоСайт Understanding Evolution , размещенный Калифорнийским университетом в Беркли. Таранная кость отсутствует у других млекопитающих.
Ископаемые киты и современные китообразные также имеют общие уникальные особенности черепа вокруг области уха, называемого барабанной буллой. Хотя у всех млекопитающих есть буллы (множественное число от буллы), буллы китообразных и окаменелости китов уникальны по сравнению с другими млекопитающими. Подробнее о бюллетене см. на этой странице Talk Origins . Более подробную информацию об ископаемых китах можно найти в Сравнительном палеонтологическом музее Беркли . Многие найденные окаменелости представляют собой переходные формы , связывающие парнокопытных и современных китообразных.
Примерно в то же время, когда были обнаружены окаменелости, генетический анализ добавил дополнительные доказательства, подтверждающие связь между парнокопытными и китообразными (Милинкович и др., 1993) . Хотя ранние генетические аналитические методы не были такими надежными, как сегодня, многие генетические исследования с тех пор подтвердили и уточнили выводы Milinkovitch et al. Текущие данные показывают, что ближайшими живыми родственниками китообразных являются бегемоты (см., например, Price et al. 2005 и Agnarsson and May-Collado 2008 ). Отношения показаны ниже на этом рисунке из статьи Агнарссона и Мэя-Колладо. Темные линии — это парнокопытные и китообразные, официально называемые Cetartiodactyla.
Остается вопрос: почему? Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что китообразные эволюционировали, чтобы использовать незаполненную экологическую нишу или приспособились к новым нишам, образовавшимся в результате тектоники плит или других типов экологических изменений, произошедших 50-55 миллионов лет назад . Ниша описывает все живые и неживые ресурсы, необходимые организму для выживания. Хотя разнообразие наземных млекопитающих увеличивалось, в океанах их было мало или совсем не было. Основная гипотеза состоит в том, что ранние китоподобные парнокопытные, такие как Indohyus и Pakicetus , были наземными (наземными) млекопитающими, проводившими большую часть своего времени у кромки воды. Со временем они приспособились к нишам в океане. Окаменелости, такие как Ambulcetusи Rodhocetus продемонстрировали явные признаки плавательных способностей , с уплощенными хвостами и увеличенными задними лапами. Кроме того, ноздри сместились с передней части лица на макушку, которую мы распознаем как дыхало.
Переход к водной среде обитания позволил этим видам использовать ресурсы, недоступные наземным млекопитающим, тем самым снизив конкуренцию за ресурсы. Снижение конкуренции позволяет большему количеству особей выживать и размножаться.
Подобные сценарии весьма вероятны и для других морских млекопитающих, таких как тюлени или ламантины. Они эволюционировали, чтобы воспользоваться экологическими нишами, которые не были заполнены другими организмами. Эта базовая концепция, развивающаяся для заполнения доступных ниш, является общим результатом эволюционного процесса.
Адаптация китообразных и других млекопитающих к океанам может быть сходной с адаптацией бегемота . Бегемоты проводят большую часть своего времени в воде, и они проявляют множество приспособлений, позволяющих им жить в водной среде. Глаза и ноздри бегемота расположены высоко на голове, что позволяет им оставаться почти полностью погруженными в воду, но при этом видеть и обонять, как показано ниже.
(Фото бегемота Йоханнеса Лунберга , Flickr Creative Commons.)
Бегемоты кормятся под водой, они достаточно тяжелые, чтобы ходить по дну реки, спариваются и рожают под водой. Молодые могут сосать грудь под водой. Очевидно, бегемоты — еще одно млекопитающее, «возвращающееся в воду». Подобные процессы должны были происходить у китообразных, чтобы они адаптировались к морской среде обитания.
Цитаты
Агнарссон И. и Л.Дж. Мэй-Колладо. 2008. Филогения Cetartiodactyla: важность плотной выборки таксонов, недостающие данные и замечательные перспективы цитохрома b для обеспечения надежных филогений на уровне видов. Молекулярная филогенетика и эволюция 48: 964-985.
Джинджерич, П.Д. и соавт. 1983. Происхождение китов в эпиконтинентальных остатках морей: новые свидетельства раннего эоцена Пакистана. Наука 220: 403-406.
Джинджерич, П.Д. и соавт. 1994. Новый кит из эоцена Пакистана и происхождение плавания китообразных. Природа 368: 844-847.
Милинкович, М.С. и соавт. 1993. Пересмотренная филогения китов, предложенная последовательностями митохондриальной рибосомной ДНК. Природа 361: 346-348.
Прайс, SA 2005. Полная филогения китов, дельфинов и парнокопытных млекопитающих (Cetartiodactyla). Биологические обзоры 80: 445-473.
Как они эволюционировали от своей первоначальной формы до своего внешне ихтиоидного вида сегодня?
Это пример конвергентной эволюции . Рыбы выглядят такими, какие они есть (обтекаемая форма тела, широкий хвост, плавники и т. д.), поскольку они являются адаптацией к подводной среде, в которой они живут и развиваются. там сначала». Вместо этого мы можем думать о таких особенностях как о «благоприятных для океана».
Рептилии развивались на суше и, следовательно, в целом имеют внешний вид, отличный от рыб, но те, которые вернулись в океаны, чтобы стать ихтиозаврами, снова приспособились к жизни в этой среде. Поскольку они сталкивались с теми же проблемами, что и рыбы (сопротивление воды, необходимость маневрировать в 3D и т. д.), естественный отбор отдавал предпочтение тем же «благоприятным для океана» характеристикам, что и рыбы (но не исключительно; например, у черепах есть довольно другой внешний вид, который «благоприятен для океана», но не такой «рыбный»).
Когда млекопитающие отправлялись в океаны, они также сталкивались с теми же проблемами и с тем же давлением отбора, поэтому они также приобрели более «благоприятный для океана» вид.
анонгудняня
шигета
Майкл С Тейлор
ПлазмаHH
Майкл С Тейлор
Джейсон Паттерсон
HDE 226868
кбро