От формирования косточек внутреннего уха до появления шерстяного покрова – эти эволюционные скачки сделали нас непохожими на других животных.
Млекопитающие – создания нам хорошо знакомые. От белки в парке до синего кита, рассекающего морские просторы, – мы делим планету с более чем 6000 видов млекопитающих всех форм и размеров. Хотя сегодня мы легко отличим ягуара от рептилии или птицы, современные млекопитающие – результат сотен миллионов лет эволюционных преобразований. Более того, многие ключевые черты, делающие нас млекопитающими, появились еще до динозавров!
Палеонтологи давно знают, что млекопитающие произошли от более обширной и разнообразной группы существ, называемых синапсидами. Самые первые синапсиды, жившие около 306 миллионов лет назад, были небольшими, похожими на ящериц, но отличались одним важным признаком: отверстием в черепе позади глазницы. (У нас есть модифицированная версия этого отверстия – пространство между скулой и черепом, через которое проходит жевательная мышца.) Тем не менее, между этими ранними, ящероподобными синапсидами и современными млекопитающими, такими как мы, лежит огромная эволюционная пропасть. Давайте пройдем по девяти ключевым эволюционным этапам, которые позволили млекопитающим процветать от эпохи динозавров до наших дней.
Содержание
Зубы как набор инструментов
Большинство млекопитающих обладают настоящим набором инструментов из зубов различной формы. Например, у нас во рту есть резцы для откусывания, клыки для прокалывания, а также премоляры и моляры для размалывания и перетирания пищи. Такое разнообразие позволяет млекопитающим справляться с самым разным кормом и извлекать из него максимум пользы, будь то волк, обгладывающий последнюю мышцу с оленьей ноги, или слон, жующий траву.
Палеонтологи наблюдают зачатки этой дифференциации у синапсидов, живших более 295 миллионов лет назад. Несмотря на свою ящероподобную внешность, диметродон с парусом на спине был синапсидом и, следовательно, ближе к нам, чем любой динозавр или другая древняя рептилия. Таких предков млекопитающих часто называют «протомлекопитающими», поскольку их анатомия заложила основу для будущего развития млекопитающих. Диметродон, в частности, демонстрирует раннюю эволюцию в строении зубов, который млекопитающие позже доведут до совершенства. Название этого древнего хищника означает «зубы двух размеров» и указывает на резкое различие между большими пронизывающими клыками и более мелкими зубами позади них вдоль челюсти.
Это различие – начало того, что анатомы называют гетеродонтией, то есть наличием зубов разной формы в разных частях челюсти. Это отличает млекопитающих от большинства рептилий, которые являются гомодонтами и имеют зубы примерно одинакового размера и формы. По мере того как ранние синапсиды питались растениями и животными своего мира, их изначально простые конические зубы модифицировались для различных пищевых специализаций. Зубы млекопитающих в конечном итоге стали настолько разнообразными по форме и настолько отличительными, что палеонтологи часто различают виды именно по деталям строения их зубов.
Давно утраченные ребра
История млекопитающих – это не только приобретение новых черт. Некоторые древние признаки были утрачены, и это оказало существенное влияние на эволюцию млекопитающих. Одной из значительных потерь у предков млекопитающих были гастралии, или брюшные ребра.
У ранних синапсидов, таких как офиакодон, были тонкие ребра, идущие вдоль живота между плечами и бедрами. Синапсиды того времени передвигались, широко расставив лапы, подобно ящерицам, и брюшные ребра обеспечивали им дополнительную защиту от неровностей почвы. Однако по мере эволюции синапсидов в пермском периоде они утратили свои брюшные ребра. У таких существ, как наши цинодонтные предки, а также у саблезубых горгонопсов, брюшных ребер уже не было.
Вместо этого органы, – сердце и легкие, оказались заключены в грудную клетку, а нижние органы, такие как желудок и кишечник, поддерживались полостью тела и окружающими мышцами. Хотя это изменение сделало протомлекопитающих более уязвимыми для травм живота, оно обеспечило большую гибкость при более вертикальном положении тела и улучшило подвижность вверх-вниз.
Новое нёбо во рту
С тех пор как рыбообразные существа выползли из болот и поползли по суше, дыхание во время еды стало проблемой. У этих ранних созданий не было разделителя между носом и горлом во рту. Одна большая полость вела к очень близко расположенным гортани и глотке, используемым для дыхания и глотания. Если бы ранние четвероногие набили рот пищей, дышать одновременно было бы проблематично.
Синапсиды нашли анатомическое решение этой проблемы, причем не один раз. Несколько групп синапсидов в пермском периоде независимо друг от друга развили вторичное нёбо – костную перегородку, отделяющую носовую полость от ротовой и глотки. Если вы прижмете язык к нёбу, то почувствуете это вторичное нёбо. Это разделение позволило хищным синапсидам, в частности, ловить добычу и питаться, продолжая дышать носом, что сделало их охоту и питание более эффективными, чем у их предшественников. Среди групп со вторичным нёбом были похожие на ласок цинодонты, такие как триасовый вид Thrinaxodon, которые передали вторичное нёбо своим потомкам – млекопитающим.
Ушная раковина с челюстью
Одна из ключевых особенностей, делающих млекопитающих такими, какие они есть, не бросается в глаза, а спрятана внутри уха. У самых ранних синапсидов, как и у рептилий, нижняя челюсть состояла из нескольких разных костей. Позади несущей зубы зубной кости находились несколько других костей, соединенных вместе, как кусочки пазла, и ведущих к челюстному суставу. Однако со временем челюсти синапсидов изменились. Зубная кость разрослась и стала всей нижней челюстью – единой костью, которая обеспечила синапсидам более сильный укус.
Палеонтологи наблюдают этот сдвиг у некоторых ранних млекопитающих, таких как крошечный, похожий на землеройку Morganucodon. В то же время кости челюсти, ближайшие к задней части, стали меньше и специализировались на передаче вибраций к уху, улучшая слух синапсидов. Наковальня, молоточек и стремечко нашего внутреннего уха – это остатки этих древних челюстных костей. К началу юрского периода, около 191 миллиона лет назад, млекопитающие обладали очень чувствительным слухом, который помогал им ориентироваться в мире, полном динозавров.
Мех и усы
Окаменелости, сохранившие покровы тела протомлекопитающих, редки. Те немногие примеры, которые палеонтологи нашли к настоящему времени, указывают на то, что ранние синапсиды имели чешуйчатую, похожую на ящериц кожу, которая в течение пермского периода постепенно сменилась на более гладкую и мягкую. Вопрос в том, когда у синапсидов появился мех.
Независимо от возраста, большинство окаменелостей синапсидов и млекопитающих не содержат никаких указаний на то, насколько пушистыми они могли быть. Но есть несколько подсказок о том, когда мех и усы стали важны для синапсидов. Усы — это видоизмененный волос, и эти чувствительные волоски посылают в мозг огромное количество информации. Изучая пропорции мозга протомлекопитающих и ранних млекопитающих, палеонтологи обнаружили, что у предшественников млекопитающих мех и усы появились около 240 миллионов лет назад. Это совпадает по времени с периодом расцвета рептилий, возможно, указывая на то, что изолирующая шуба и усы, помогающие ориентироваться в темноте, позволили млекопитающим стать более ночными животными и процветать при небольших размерах в начале мезозойской эры.
Исчезновение костей глаза
У млекопитающих нет костей в глазах, но у некоторых наших предков и родственников они были. Как и у многих современных рептилий и птиц, у ранних синапсидов внутри глаза было кольцо из тонких костей, называемое склеральным кольцом. Точное назначение этих костей до сих пор остается загадкой. Анатомы предполагают, что кости служат местами крепления мышц, которые помогают животным менять фокусировку зрения на разных расстояниях, или, возможно, помогают поддерживать глаз при изменении давления, например, при глубоком погружении или высоком полете.
Однако когда цинодонты, разнообразная группа похожих на ласок синапсидов, дали начало самым ранним млекопитающим в триасовом периоде, склеральные кольца были утрачены. Палеонтологи предполагают, что эволюционная миниатюризация ранних млекопитающих могла иметь какое-то отношение к этому изменению, так как поддерживающая роль склерального кольца не была нужна при малых размерах. Как бы то ни было, млекопитающим не нужно беспокоиться о том, что они могут сломать кость в глазу.
Изменение походки
Диметродон и другие ранние протомлекопитающие держали свои животы близко к земле. Такие синапсиды двигались почти как вараны или крокодилы, их тела изгибались из стороны в сторону при ходьбе. Хотя такие ранние синапсиды были способны на скоростные рывки, они не были особенно быстрыми и не обладали выносливостью, характерной для многих современных млекопитающих. Однако в пермском периоде некоторые группы синапсидов начали развивать более вертикальное положение тела.
Их конечности приняли более столбообразную форму, приподнимая тело над землей и смещая движение на вертикальные движения позвоночника, а не из стороны в сторону. Более высокая стойка и утрата гастралий позволили протомлекопитающим и предкам млекопитающих двигаться быстрее и эффективнее, лучше добывать пищу и убегать от потенциальных хищников. Цинодонты, в частности, развивали все более вертикальное положение тела в течение триасового периода, заложив основу для того, как млекопитающие двигаются сегодня.
Молоко – топливо для роста млекопитающих
Млекопитающие — не единственные существа, которые производят молоко, но для нас это такая же определяющая черта, как и наши своеобразные кости внутреннего уха. Даже яйцекладущий утконос производит молоко, выделяя богатую белком жидкость из желез на животе. Вопросы, стоящие перед палеонтологами, заключаются в том, как и когда молоко появилось у млекопитающих. Некоторые эксперты относят его происхождение ко времени появления синапсидов.
Возможно, когда похожие на ящериц протомлекопитающие осваивали жизнь на суше, они выделяли из живота богатую белком жидкость, которая поддерживала влажность их яиц на сухой земле. Со временем эта жидкость изменилась и приобрела новые функции, питая детенышей, вылуплявшихся из яиц или рождавшихся живыми, помогая им быстрее расти. Для проверки этих идей потребуется больше ископаемых свидетельств, но данные, полученные от юрских млекопитающих, указывают на то, что они производили молоко и выкармливали им своих быстрорастущих детенышей.
Читайте также: Эволюция человечества – общество-улей. Или муравейник
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.