Провокационное новое исследование Северо-Западного университета и колледжей Клермонт Маккенна, Скриппса и Питцера предполагает, что именно сила глаз, а не конечностей, впервые привела наших древних водных предков к решающему прыжку из воды на сушу. Исследователи утверждают, что крокодилоподобные животные впервые увидели легкую пищу на суше, а затем развили конечности, которые позволили им туда добраться.
Невролог и инженер Малкольм А. Макивер из Северо-Запада и биолог-эволюционист и палеонтолог Ларс Шмитц из колледжей Клермонт Маккенна, Скриппс и Питцер изучили летопись окаменелостей и обнаружили, что глаза почти утроились в размере до, а не после того, как вода превратилась в воду. -сухопутный переход. Утроение совпало со сдвигом расположения глаз со стороны головы на макушку. Расширенный визуальный диапазон зрения через воздух, возможно, в конечном итоге привел к увеличению мозга у первых наземных позвоночных и способности планировать, а не просто реагировать, как это делают рыбы.
«Почему мы вышли на сушу 385 миллионов лет назад? Мы первые, кто подумал, что зрение может иметь какое-то отношение к этому», - сказал Макивер, профессор биомедицинской инженерии и машиностроения в школе Маккормика. инженерии.
Мы обнаружили огромное увеличение зрительных способностей у позвоночных непосредственно перед переходом из воды на сушу. Наша гипотеза состоит в том, что, возможно, это было связано с появлением на суше неиспользованного изобилия пищи - многоножек, сороконожек, пауков и многих других - что подтолкнула эволюцию к созданию конечностей из плавников», - сказал Макивер. (Беспозвоночные вышли на сушу за 50 миллионов лет до того, как наши позвоночные предки совершили этот переход.)
Увеличение глаз значительное. Просто открывая эти глаза над линией воды, рыба могла видеть в воздухе в 70 раз дальше, чем в воде. С утроением размера глаз визуально контролируемое пространство животного увеличилось в миллион раз. Это произошло за миллионы лет до появления полностью наземных животных.
«Большие глаза почти бесполезны в воде, потому что зрение в значительной степени ограничено тем, что находится прямо перед животным», - сказал Шмитц, доцент биологии в Университете им. В. М. Keck Science Department, совместная программа колледжей Claremont McKenna, Scripps и Pitzer.
Но больший размер глаз очень ценен при просмотре через воздух. В эволюции это часто сводится к компромиссу. Стоит ли увеличивать глаза метаболическими потерями? В чем смысл? Здесь мы думаем, смысл был в том, чтобы иметь возможность искать добычу на суше», - сказал он.
Поэтому были выбраны глаза большего размера, тогда как исследование показывает, что в воде большие глаза приводили к незначительному увеличению дальности видимости. Фактически, одна группа животных, возникшая после того, как животные вышли на сушу, вернулась к полноценной жизни под водой, и их глаза вернулись к меньшему размеру глаз, обычно наблюдаемому у рыб, как обнаружили Макивер и Шмитц..
Исследование «Значительное увеличение диапазона зрения предшествовало происхождению наземных позвоночных» было опубликовано сегодня (7 марта) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Значительное увеличение зрительных способностей, вызванное зрением в воздухе, вероятно, позволило животным с ранними конечностями развить более сложное познание. Эти животные больше не были вынуждены реагировать с молниеносной быстротой, как того требовала жизнь в ограниченной для зрения воде. В конце концов, говорят исследователи, эволюция привела к тому, что у человека появилась способность к перспективному познанию: способность взвешивать варианты будущего и делать стратегический выбор.
Макивер и Шмитц изучили 59 ископаемых образцов, охватывающих время до перехода от воды к суше, во время перехода и после перехода. Их компьютерное моделирование визуальной среды животных (например, прозрачная или мутная вода днем или над водой днем и ночью) показывает, что преимущество увеличенного размера глаз будет реализовано, когда животное видит через воздух, а не через воду..
Исследователи измерили размер глазниц и глазниц каждой окаменелости, а также длину головы. Отсюда они определили размер глаз и размер самого животного. Они обнаружили, что до перехода с воды на сушу средний размер орбиты составлял 13 миллиметров, а во время перехода средний размер составлял 36 миллиметров.
«Утроение размера орбиты заняло 12 миллионов лет», - сказал МакИвер. «Это временная шкала эволюции, которая ошеломляет нас».
Благодаря междисциплинарному подходу Макайвер и Шмитц смогли показать, что наши водные предки следовали информационной зиплайну, обеспечиваемому дальним зрением, к изобилию пищи на суше. Наших предков на сушу привели не конечности, а глаза.