Представьте, что лабрадоры и золотистые ретриверы вымерли миллион лет назад, оставив после себя только окаменелые скелеты. Без помощи ДНК, как мы могли бы определить, что ископаемый лабрадор, ископаемый ретривер и современный чихуахуа принадлежат к одному и тому же виду, Canis lupus familiaris? И можем ли мы взглянуть на большое разнообразие собак сегодня, чтобы получить представление об утраченном разнообразии в прошлом?
Новое исследование Наташи Витек, исследователя Музея естественной истории Флориды, показывает, как ученые могут использовать физические особенности животных, также известные как морфология, для установления связей между современными видами и их ископаемыми родственниками, даже если они выглядят поразительно разными.
«Мы не можем волшебным образом создать больше окаменелостей», - сказал Витек, докторант в области палеонтологии позвоночных. «Во многом это попытка выяснить, что мы можем сделать с тем, что у нас есть под рукой, чтобы найти разнообразие внутри вида - разнообразия, которого у нас больше нет».
Ученые часто используют цвет, половые различия, мягкие ткани, признаки возраста и ДНК для анализа изменчивости современных видов. Но они могут отсутствовать в ископаемых образцах.
Витек полагался на технику, известную как геометрическая морфометрия, способ количественной оценки формы объекта, чтобы проверить, является ли форма надежным способом выявить тонкие отношения между видами, подвидами и особями одного и того же вида, которые просто выглядят отличаются друг от друга.
Она использовала восточных коробчатых черепах, Terrapene carolina - вид, который бывает самых разных форм, размеров и цветов - чтобы установить связь между богатыми вариациями современных образцов и их ископаемыми родственниками еще в плейстоцене. примерно с 2.от 6 миллионов до примерно 11 700 лет назад.
К сожалению, черепахи ничего не облегчают.
Современные восточные коробчатые черепахи демонстрируют головокружительное разнообразие. Коробчатая черепаха в Оклахоме может быть соломенного цвета, в то время как тот же вид во Флориде имеет темный цвет с желтыми узорами в виде солнечных лучей. Взрослые коробчатые черепахи также бывают самых разных размеров без прямой связи между размером и возрастом. Маленькая черепаха в одном месте может быть того же размера или старше, чем большая черепаха того же вида в другом месте, даже на небольшом расстоянии.
Подобные уровни изменчивости также обнаруживаются у ископаемых восточных коробчатых черепах. Насколько разными должны быть две черепахи, чтобы указать, что они принадлежат к разным видам или подвидам?
Чтобы убедиться, что она «сравнивала яблоки с яблоками», Витек проанализировала только форму панцирей восточных коробчатых черепах, которые хорошо сохраняются и часто встречаются в летописи окаменелостей.
При этом она вступила в дискуссию о восточных вариациях коробчатых черепах, которая длилась более 80 лет, при этом некоторые ученые предполагают, что ископаемые и современные черепахи являются одним и тем же видом, в то время как другие указывают на различие в размере или форме - предположение, что некоторые окаменелости представляли собой отдельный вымерший вид. Некоторые исследователи также утверждают, что некоторые тонкие различия между окаменелостями свидетельствуют о существовании различных подвидов.
Витек, который начал исследование, будучи студентом магистратуры Техасского университета в Остине, сравнил 435 панцирей современных восточных коробчатых черепах и 57 панцирей ископаемых образцов, анализируя изменения в местоположении, форме, размере и поле.
«Это почти «больше денег, больше проблем», - сказал Витек. «Можно подумать, что с таким количеством окаменелостей было бы здорово, но это просто означает, что вы не можете спрятаться от всей природной сложности».
Чтобы найти сигнал в шуме, она использовала геометрическую морфометрию, чтобы изобразить форму раковины в виде ряда координат, «подобно головоломке с соединением точек», сказала она, что создало более полную модель формы. в космосе.
«Это позволяет вам увидеть, как общее созвездие точек меняется от формы к форме», - сказал Витек. «Вы можете увидеть совершенно новые закономерности, которые вы никогда бы не подумали измерить раньше, и зафиксировать такие вещи, как кривизна - вещи, которые действительно трудно измерить с помощью всего лишь одной линейной функции."
Ее результаты показали, что ученые с обеих сторон спора частично правы.
Аргумент о том, что современные вариации восточных коробчатых черепах отражают вариации ископаемых экземпляров того же вида, имеет некоторые основания.
«Это не значит, что мы попали в летопись окаменелостей, и существует жесткая граница между тем, что вымерло, и тем, что все еще существует сегодня», - сказала она. «Как и следовало ожидать от эволюции, существует градиент вариаций, который переносится и на современных коробчатых черепах. Наличие некоторых панцирей, которые не так уж отличаются, обнадеживает в том смысле, что да, некоторые виды действительно возвращаются во времени."
Но, добавила она, некоторые раковины, вероятно, действительно принадлежат исчезнувшим подвидам, существующим подвидам или близкородственным вымершим видам.
«В некоторых местах есть панцири, которые не только больше, чем у современных восточных коробчатых черепах, но и очень разные», - сказала она. «В отчете о восточной коробчатой черепахе есть утерянная вариация. Оказывается, если вы вернетесь к окаменелостям, то увидите еще большее разнообразие, чем вы могли бы обнаружить, просто изучая сегодняшних коробчатых черепах».
Витек сказала, что надеется, что ее исследование побудит больше исследователей глубже изучить костные структуры внутри видов как средство обнаружения вариаций в окаменелостях.
«Мы проделываем большую работу, чтобы увидеть, что влияет на такие узоры, как цвет мышиной шерсти, но давайте также посмотрим, что влияет на узоры в таких вещах, как мышиные зубы и кости рук», - сказала она. «Есть много возможностей начать лучше документировать то, что морфология, которую мы обнаруживаем в летописи окаменелостей, может на самом деле означать с точки зрения эволюции».