Оспаривание 75-летнего представления о том, как и когда рептилии эволюционировали в течение последних 300 с лишним миллионов лет, требует большого количества операторской работы, множества компьютерных томографов и, самое главное, тысяч миль путешествий. Просто проверьте штампы в паспорте Тьяго Р. Симойнса.
Simões - научный сотрудник Александра Агассиса в лаборатории гарвардского палеонтолога Стефани Пирс. С 2013 по 2018 год он посетил более 20 стран и более 50 различных музеев, чтобы сделать компьютерную томографию и фотографии почти 1000 окаменелостей рептилий, возраст которых составляет несколько сотен миллионов лет. Это составило около 400 дней активного сбора, что помогло сформировать то, что считается самой большой доступной временной шкалой эволюции основных живых и вымерших групп рептилий..
Теперь статистический анализ этой обширной базы данных помогает ученым лучше понять эволюцию этих хладнокровных позвоночных, противореча широко распространенной теории о том, что основные переходы в эволюции всегда происходили в виде больших, быстрых (с точки зрения геологии) всплесков, вызвано серьезными экологическими сдвигами. Выводы описаны в недавно опубликованной статье в Nature Communications..
В нем исследователи показывают, что эволюция вымерших линий рептилий, существовавших более 250 миллионов лет назад, происходила посредством множества небольших всплесков морфологических изменений, таких как развитие бронированного тела или крыльев для планирования, в течение периода 50 миллионов лет вместо одного крупного эволюционного события, как считалось ранее. Они также показывают, что ранняя эволюция большинства родословных ящериц была постоянно более медленным и постепенным процессом, чем предполагалось ранее.
«Это не был внезапный скачок, который установил широкое разнообразие, которое мы наблюдаем сегодня у рептилий», - сказал Симойнс. «Был первоначальный скачок, но относительно небольшой, а затем устойчивое увеличение с течением времени этих скоростей [эволюции] и различных значений разнообразия».
Доказательства этого были обнаружены у других видов животных, но впервые это было замечено у рептилий - одного из самых разнообразных животных на планете, насчитывающего более 10 000 различных видов и головокружительного Разнообразие способностей и качеств. Подумайте, как некоторые виды ящериц могут замерзнуть за ночь, а на следующее утро оттаять, или как черепахи отращивают защитную броню.
Выводы противоречат эволюционной теории адаптивной радиации, популяризированной в 1940-х годах гарвардским палеонтологом Джорджем Г. Симпсоном, которая стремилась объяснить происхождение биологического разнообразия планеты. Адаптивная радиация была в центре внимания интенсивных исследований на протяжении десятилетий, но только в последние годы появились технологии, методы и данные для точного измерения быстрых темпов эволюции в летописи окаменелостей с точки зрения различных видов животных, морфологии и на молекулярном уровне с помощью ДНК.
Исследователи этого исследования также включали Пирса, адъюнкт-профессора органической и эволюционной биологии Томаса Д. Кэбота и куратора палеонтологии позвоночных в Музее сравнительной зоологии; Оксана Вернигора, аспирант Университета Альберты в Канаде; и профессор Майкл Уэйн Колдуэлл из Альберты.
Симойнс посетил почти все крупнейшие музеи естественной истории мира, чтобы собрать данные для исследования, в том числе национальные музеи естественной истории в Лондоне, Париже, Берлине, Оттаве, Пекине и Токио. В США он посетил Смитсоновский национальный музей естественной истории, Музей естественной истории Карнеги и Гарвардский музей сравнительной зоологии.
Ученые считают, что, понимая, как животные эволюционируют в течение более длительных периодов времени, они могут извлечь ряд уроков из экологии и того, как на организмы влияют изменения окружающей среды. Используя базу данных, исследователи могут определить, когда возникли основные линии или морфологии рептилий, увидеть, как эти изменения повлияли на ДНК рептилий, и извлечь важные уроки о том, как исторические события повлияли на виды.
Рептилии, например, пережили три крупных массовых вымирания. Самым крупным было пермско-триасовое массовое вымирание около 250 миллионов лет назад, в результате которого погибло около 90 процентов видов на планете, за что оно получило прозвище «Великое вымирание». Считается, что это было вызвано накоплением природных парниковых газов.
Созданная исследователями временная шкала показала, что скорость, с которой развивались рептилии, и анатомические различия между ними до Великого вымирания были почти такими же высокими, как и после этого события. Однако только после Великого вымирания рептилии стали доминировать во многих экосистемах и чрезвычайно разнообразны с точки зрения количества различных видов.
Это открытие подтвердило, что быстрые темпы анатомических изменений не обязательно должны совпадать с генетическим разнообразием или обилием видов (называемым таксономическим разнообразием), а также опровергло адаптивную радиацию как единственное объяснение происхождения новых групп животных. и планы кузова. Исследователи также отмечают, что рептилиям потребовалось почти 10 миллионов лет, чтобы восстановиться до прежнего уровня анатомического разнообразия.
«Такого рода информация говорит вам в широком плане и в глобальном масштабе, какое влияние на протяжении всей истории жизни могут иметь внезапные изменения окружающей среды», - сказал Симойнс.
Дополнительные доказательства, которые противоречат адаптивной радиации, включают аналогичные, но удивительные открытия о происхождении змей, которые достигли основных аспектов своего тощего, удлиненного тела в начале своей эволюции около 170 миллионов лет назад (но не полностью потеряли их конечности еще 105 миллионов лет). Примерно 170-165 миллионов лет назад у них также произошли быстрые изменения черепа, что привело к появлению таких мощных и гибких ртов, что сегодня они могут проглатывать добычу целиком, во много раз превышающую их размер. Но хотя у змей наблюдались самые высокие темпы анатомических изменений в истории эволюции рептилий, эти изменения не совпадали с увеличением таксономического разнообразия или высокими темпами молекулярной эволюции, как предсказывают адаптивные излучения, говорят исследователи.
Ученые не смогли точно определить, почему происходит такое несоответствие, и предположили, что необходимы дополнительные исследования. В частности, они хотят понять, как развиваются планы тела и как изменения в ДНК связаны с этим.
«Теперь мы можем лучше видеть, каковы большие изменения в истории жизни и особенно в истории жизни рептилий на Земле», - сказал Симойнс. «Мы продолжим копать».