Летучие мыши летают, киты плавают, гиббоны прыгают с дерева на дерево, лошади скачут галопом, а люди проводят пальцем по своим телефонам - различные среды обитания и образ жизни млекопитающих зависят от наших уникальных передних конечностей. Ни у одной другой группы позвоночных животных не развилось столько различных видов рук: напротив, у всех птиц есть крылья, и почти все ящерицы ходят на четвереньках. Наши передние конечности - большая часть того, что делает млекопитающих особенными, и в новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые обнаружили, что у наших ранних родственников начали развиваться разнообразные передние конечности 270 миллионов лет назад - добрых 30 миллионов лет до того, как существовали первые динозавры.
«Помимо меха, разнообразная форма передних конечностей является одной из самых знаковых характеристик млекопитающих», - говорит ведущий автор статьи Жаклин Лунгмус, научный сотрудник Чикагского музея Филда и докторант Чикагского университета. «Мы пытались понять, откуда это взялось, является ли это недавней чертой или это было чем-то особенным в группе животных, к которой мы принадлежим с самого начала».
Чтобы определить происхождение рук млекопитающих сегодня, Лунгмус и ее соавтор, куратор Полевого музея Кен Ангелчик, исследовали окаменелости древних родственников млекопитающих. Около 312 миллионов лет назад наземные позвоночные разделились на две группы: зауропсиды, в которые вошли динозавры, птицы, крокодилы и ящерицы, и синапсиды, в состав которых входят млекопитающие. Ключевое различие между зауропсидами и синапсидами заключается в структуре отверстий в черепе, к которым прикрепляются челюстные мышцы. Хотя самые ранние синапсиды, называемые пеликозаврами, были более тесно связаны с людьми, чем с динозаврами, они выглядели как неуклюжие рептилии. Ангельчик отмечает: «Если бы вы увидели пеликозавра, идущего по улице, вы бы не подумали, что он похож на млекопитающее - вы бы сказали: «Этот крокодил выглядит странно».
Около 270 миллионов лет назад появилась более разнообразная (а иногда и мохнатая) линия нашего генеалогического древа: терапсиды. «Современные млекопитающие - единственные выжившие терапсиды - это группа, частью которой мы являемся сегодня», - объясняет Лунгмус. Терапсиды были первыми членами нашего семейства, которые по-настоящему разветвились - вместо крокодиловых пеликозавров в состав терапсидов входили гибкие хищники, крепкие роющие норки и живущие на деревьях травоядные.
Лунгмус и Ангельчик решили посмотреть, не сопровождался ли этот взрыв разнообразия соответствующим взрывом в различных формах передних конечностей. «Это первое исследование по количественной оценке формы передних конечностей на большой выборке этих животных», - говорит Лунгмус. Команда исследовала кости предплечья сотен ископаемых образцов, представляющих 73 вида пеликозавров и терапсидов, проведя измерения рядом с тем местом, где кости соединялись с плечом и локтем. Затем они проанализировали форму костей, используя технику, называемую геометрической морфометрией.
Когда они сравнили форму костей рук, исследователи обнаружили гораздо больше различий в костях терапсидов, чем пеликозавров. Они также отметили, что верхняя часть руки, около плеча, была особенно разнообразна у терапсид - особенность, которая могла позволить им двигаться более свободно, чем у пеликозавров, чьи громоздкие и плотно прилегающие плечевые кости, вероятно, давали им более ограниченный диапазон. движения.
Лунгмус и Ангельчик обнаружили, что 270 миллионов лет назад у терапсидов развилось большое разнообразие форм передних конечностей. «Терапсиды - первые синапсиды, у которых увеличилась изменчивость передних конечностей - это исследование резко отодвигает эту черту назад во времени», - говорит Лунгмус. До этого исследования самое раннее, что палеонтологи смогли окончательно проследить разнообразные передние конечности млекопитающих, было 160 миллионов лет назад. Благодаря работе Лунгмуса и Ангельчика это было отодвинуто более чем на сто миллионов лет назад.
Исследователи отмечают, что исследование помогает объяснить, как млекопитающие развили черты, которые сделали нас такими, какие мы есть сегодня. «Многое из того, что мы делаем каждый день, связано с тем, как развивались наши передние конечности - даже такие простые вещи, как владение телефоном», - говорит Ангелчик.
"Это нечто такое классное в нашей эволюционной линии", - говорит Лунгмус. «Эти животные принадлежат к той же группе, что и мы, и часть того, что делает это исследование убедительным, заключается в том, что это наши родственники».