Людей можно простить за игнорирование летучих мышей. В конце концов, многие виды летучих мышей исчезают, когда мы ложимся спать. И поколения знаний о Дракуле, возможно, заставили нас немного насторожиться.
Но летучие мыши - это разные люди. Они составляют одну из крупнейших групп млекопитающих, насчитывающую более 1300 видов по всему миру. Вблизи виды летучих мышей сильно отличаются друг от друга. У некоторых большие уши. Другие щеголяют замысловатыми носами или длинными челюстями. С таким большим морфологическим разнообразием летучие мыши представляют собой возможность узнать, какие типы эволюционных сил формируют формы животных.
Группа биологов из Вашингтонского университета использовала летучих мышей именно для этого. Постдокторские исследователи Джессика Арбор и Эбигейл Кертис, а также Шарлин Сантана, адъюнкт-профессор биологии Университета Вашингтона и куратор млекопитающих в Музее естественной истории и культуры Берка Университета Вашингтона, сосредоточились на разнообразии черепов летучих мышей. Исследователи выполнили микроКТ-сканирование с высоким разрешением черепов более 200 видов летучих мышей. Они использовали сканирование, а также информацию об эволюционных отношениях между видами летучих мышей, чтобы проанализировать типы физических изменений, которые произошли в черепах летучих мышей за десятки миллионов лет, и сопоставить их с конкретными событиями в эволюции летучих мышей, например, когда родословная сменили диету или адаптировались к новой экологической нише. В статье, опубликованной 2 мая в Nature Communications, они сообщают, что две основные силы формировали черепа летучих мышей на протяжении их эволюционной истории: эхолокация и диета. Они даже смогли определить, когда в истории летучих мышей эти силы были доминирующими.
"Наше исследование стремилось ответить на главный вопрос об эволюции разнообразия черепа летучей мыши: чем объясняется большое количество различий, которые мы видим в форме черепа?" - сказала Сантана. «Мы обнаружили, что эхолокация является основным - и древним - фактором, влияющим на форму черепа. Диета также важна, но, как правило, более поздняя».
Сантана ранее использовала микроКТ для изучения эволюции и механики силы укуса листоносых летучих мышей, большого и разнообразного таксономического семейства летучих мышей из Америки. В текущем исследовании ее группа исследовала более широкий спектр видов летучих мышей. Они выполнили микроКТ-сканирование черепов 203 видов всех 20 таксономических семейств летучих мышей. Черепа поступили из коллекций Музея Берка, Американского музея естественной истории, Музея Филда, Смитсоновского института и Музея естественной истории округа Лос-Анджелес.
«Музейные коллекции образцов летучих мышей сыграли решающую роль в том, что мы позволили нам собрать так много образцов из разных семейств и по-настоящему изучить эволюцию такой разнообразной группы», - сказал Арбур.
Сканирование собрало подробные данные о трехмерной форме нижней челюсти для 191 вида и черепа - верхней части черепа, включающей верхнюю челюсть и черепную коробку - для 202 видов. Затем исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы объединить данные микроКТ-сканирования черепов с данными об эволюционных отношениях между видами летучих мышей, а также экологическими характеристиками, такими как диета. Их анализ позволил им не только сравнить различия в черепах между линиями летучих мышей и внутри них, но и сосредоточиться на определенных частях черепа, таких как нижняя челюсть..
«Важно независимо анализировать различные части черепа, потому что некоторые части черепа выполняют множество различных функций, которые могут ограничивать изменения, которые они могут претерпевать», - сказал Сантана. «Например, череп выполняет множество функций, таких как кормление, дыхание и защита мозга. Нижняя челюсть в основном участвует только в кормлении, что может дать ей больше свободы для развития в ответ на изменения в рационе."
Анализ группы показал, что на ранних этапах эволюции летучих мышей - примерно от 58 миллионов до 34 миллионов лет назад - эхолокация была основной движущей силой формы черепа у всех семейств летучих мышей. Большинство летучих мышей используют эхолокацию для охоты, кормления и навигации в условиях плохой освещенности. Летучие мыши используют эхолокацию, издавая определенные типы высоких звуков гортанью, а затем слыша эхо, когда эти звуковые волны отражаются от объектов на их пути. Летопись окаменелостей указывает на то, что эхолокация развилась у летучих мышей рано, по крайней мере, 52 миллиона лет назад. С тех пор разные семейства летучих мышей развили уникальные механизмы эхолокации, такие как проецирование звуков через ноздри, а не через рот. Одна группа, мегалетучие мыши, даже потеряла способность к эхолокации гортани.
Команда обнаружила, что примерно 26 миллионов лет назад диета стала доминирующей движущей силой эволюции формы черепа, но не у всех летучих мышей. В то время как некоторые семейства летучих мышей довольно однородны в диете, все виды питаются насекомыми, например, листоносые летучие мыши включают виды, которые едят совершенно разные виды пищи, от насекомых до фруктов и мелких позвоночных - даже кровь. Команда обнаружила, что эволюция различных диет у листоносых летучих мышей на самом деле была основным фактором изменения формы черепа в этой группе.
«Листоносые летучие мыши отличаются необычайным разнообразием формы черепа и диеты», - сказал Сантана. «За относительно короткий период времени у них развился набор адаптаций черепа по мере того, как они распространялись в разные пищевые ниши».
Диета и эхолокация также не оказывали одинакового влияния на эволюцию черепа. Вместо этого исследователи увидели «расцепление» частей черепа с точки зрения того, как две силы сформировали их. Диета оказывала более сильное влияние на нижнюю челюсть, тогда как эхолокация оказывала большее влияние на череп.
Команда Сантаны продолжает эту работу в рамках более масштабной работы, финансируемой Национальным научным фондом, по сравнению эволюционных сил, формирующих разнообразие черепов у различных групп млекопитающих, включая летучих мышей, приматов и хищников. Эти исследования могли бы определить, применимы ли закономерности, наблюдаемые у летучих мышей, такие как разделение частей черепа или разнообразие форм по мере того, как виды адаптируются к новым экологическим нишам, к другим линиям, включая нашу собственную.