Соперничая с эволюцией перьев у динозавров, одной из самых экстраординарных трансформаций в истории жизни была эволюция китового уса - рядов гибких волосовидных пластин, которые синие киты, горбатые и другие морские млекопитающие используют для фильтрации относительно крошечная добыча из глотков океанской воды. Необычная структура позволяет самым большим существам в мире потреблять несколько тонн пищи каждый день, ни разу не пережевывая и не откусывая. Теперь ученые Смитсоновского института обнаружили важное промежуточное звено в эволюции этой инновационной стратегии питания: древний кит, у которого не было ни зубов, ни китового уса.
В выпуске журнала Current Biology от 29 ноября ученые Смитсоновского национального музея естественной истории и их коллеги впервые описали Maiabalaena nesbittae, кита, жившего около 33 миллионов лет назад. Используя новые методы анализа давно обнаруженных окаменелостей, хранящихся в национальной коллекции Смитсоновского института, команда, в которую входят ученые из Университета Джорджа Мейсона, Техасского университета A&M и Музея естественной истории и культуры Берка в Сиэтле, определила, что этот беззубый, 15 У китов-ноги, вероятно, не было усатых, что демонстрирует удивительный промежуточный шаг между усатыми китами, живущими сегодня, и их зубатыми предками.
«Когда мы говорим об эволюции китов, учебники, как правило, сосредотачиваются на ранних стадиях, когда киты перешли с суши в море», - сказал куратор ископаемых морских млекопитающих Национального музея естественной истории.«Maiabalaena показывает, что вторая фаза эволюции китов так же важна для эволюции в больших масштабах. Теперь мы впервые можем определить происхождение фильтрующего питания, которое является одним из главных нововведений в истории китов».
Когда киты впервые эволюционировали, они использовали зубы, чтобы пережевывать пищу, как и их наземные предки. Со временем многие потомки этих ранних китов продолжали пережевывать пищу, унаследовав эту черту от своих предшественников. Но по мере того, как океаны вокруг них менялись, а животные развивались, возникали совершенно новые стратегии кормления, в том числе фильтрующее питание усатых, говорит научный сотрудник Национального музея естественной истории Карлос Маурисио Передо, ведущий автор исследования, проанализировавшего окаменелости Maiabalaena.
Киты были первыми млекопитающими, у которых появился ус, и ни одно другое млекопитающее не использует анатомическую структуру, даже отдаленно похожую на нее, для поедания добычи. Но, к сожалению, ус, химический состав которого больше похож на состав волос или ногтей, чем на кость, плохо сохраняется. Он редко встречается в летописи окаменелостей, оставляя палеонтологов без прямых доказательств его прошлого или происхождения. Вместо этого ученым пришлось полагаться на выводы из окаменелостей и исследования развития плода кита в утробе матери, чтобы собрать воедино подсказки о том, как эволюционировал ус.
В результате неясно, сохраняли ли ранние усатые киты в процессе эволюции зубы своих предков до тех пор, пока не была создана система фильтрующего питания. Первоначальное предположение, сказал Передо, заключалось в том, что обитающим в океане млекопитающим должны были быть нужны зубы или китовый ус, чтобы есть, но несколько живых китов противоречат этой идее. У кашалотов есть зубы на нижней челюсти, но нет зубов на верхней, поэтому они не могут ни кусать, ни жевать. Единственными зубами нарвалов являются их длинные бивни, которые они не используют для кормления. А некоторые виды клюворылых китов, несмотря на то, что они классифицируются как зубатые киты, вообще не имеют зубов.
Из-за своего возраста, сказал Передо, палеонтологи подозревают, что Maiabalaena может содержать важные подсказки об эволюции уса. Окаменелость относится к периоду массивных геологических изменений во время второй крупной фазы эволюции китов, примерно в то время, когда эпоха эоцена переходила в олигоцен. Когда континенты смещались и разделялись, океанские течения впервые закрутились вокруг Антарктиды, значительно охладив воды. Летопись окаменелостей показывает, что стили питания китов быстро менялись в течение этого периода времени: одна группа привела к появлению сегодняшних китов, питающихся фильтром, а другая - к эхолокационным..
Следовательно, Maiabalaena подверглась тщательному изучению с момента его открытия в Орегоне в 1970-х годах, но каменная матрица и материал, в котором была собрана окаменелость, все еще скрывали многие ее особенности. Только когда Передо наконец очистил окаменелость, а затем исследовал ее с помощью современной технологии компьютерного томографии, стали ясны ее самые поразительные черты. Отсутствие зубов у Maiabalaena было ясно видно по сохранившейся кости, но компьютерная томография, которая показала внутреннюю анатомию окаменелости, сообщила ученым нечто новое: верхняя челюсть Maiabalaena была тонкой и узкой, что делало ее неадекватной поверхностью для исследования. подвесить усатый.
«У живого усатого кита во рту большая, широкая крыша, и она также утолщена, чтобы создавать места для прикрепления китового уса», - сказал Передо. "Maiabalaena - нет. Мы можем довольно убедительно сказать вам, что у этого ископаемого вида не было зубов, и более вероятно, что у него не было и китового уса".
Хотя Maiabalaena не могла жевать или фильтровать пищу, мускулы на костях ее горла указывают на то, что у нее, вероятно, были сильные щеки и выдвижной язык. Эти черты позволили бы ему всасывать воду в рот, поедая при этом рыбу и мелких кальмаров. Способность к всасыванию сделала бы ненужными зубы, развитие которых требует много энергии для роста. Таким образом, потеря зубов, по-видимому, заложила этап эволюции китового уса, который, по оценкам ученых, появился примерно на 5-7 миллионов лет позже.
Передо и Пайенсон рассматривают изучение эволюции китов как ключ к пониманию их выживания в современных быстро меняющихся океанах. Как и появление китового уса, потеря зубов у китов является свидетельством приспособляемости, предполагая, что киты могут адаптироваться к проблемам, с которыми сегодня сталкивается океан. Тем не менее, предупреждает Передо, эволюционные изменения могут быть медленными для самых крупных китов, которые имеют долгую продолжительность жизни и требуют много времени для размножения..
«Учитывая масштаб и скорость изменений в океане сегодня, мы точно не знаем, что это будет означать для всех различных видов китов, питающихся фильтрами», - сказал он. «Мы знаем, что они изменились в прошлом. Вопрос лишь в том, смогут ли они не отставать от того, что делают океаны, а сейчас мы довольно быстро меняем океаны».