В новом научном обзоре группа ученых Смитсоновского института синтезировала десятилетия научных открытий, чтобы выявить общие и уникальные закономерности, приводящие к необычным переходам, которые претерпели киты, дельфины, тюлени и другие виды, перемещаясь с суши в море. Их выводы, основанные на недавних открытиях в различных областях, таких как палеонтология, молекулярная биология и природоохранная экология, предлагают всесторонний взгляд на то, как жизнь в океане реагирует на изменение окружающей среды с течением времени.
В документе также подчеркивается, как эволюционная история помогает понять влияние человеческой деятельности на морские виды сегодня. Дополнительную информацию можно найти в выпуске журнала Science от 17 апреля.
Морские четвероногие представляют собой разнообразную группу живых и вымерших видов млекопитающих, рептилий, земноводных и птиц, которые все играют или играли важную роль в качестве крупных океанских хищников в морских экосистемах. Повторяющиеся переходы между сушей и морем стимулировали инновации, конвергенцию и диверсификацию на фоне изменения морских экосистем и массовых вымираний, начиная с триасового периода.
Таким образом, они предоставляют идеальные модели для проверки гипотез об эволюции видов в течение длительных периодов времени. Современные виды морских четвероногих теперь сталкиваются с целым рядом антропогенных воздействий на окружающую среду, включая изменение климата, деградацию среды обитания, столкновения с кораблями и подводный шум.
«Из летописи окаменелостей мы знаем, что предыдущие времена глубоких изменений в океанах были важными поворотными моментами в эволюционной истории морских видов», – сказал Нил Келли, научный сотрудник отдела палеобиологии Национального музея естествознания. и ведущий автор исследования. "Сегодняшние океаны продолжают изменяться, в основном из-за деятельности человека. В этой статье представлен эволюционный контекст для понимания того, как живые виды морских хищников будут развиваться и адаптироваться к жизни в антропоцене."
Недавние исследования летописи окаменелостей предоставили новое понимание эволюции признаков, которые позволили морским четвероногим жить в море. В некоторых случаях подобная анатомия развивалась среди линий, адаптированных к морскому образу жизни. Например, современные дельфины и вымершие морские рептилии, называемые ихтиозаврами, произошли от разных наземных видов, но независимо сошлись на чрезвычайно похожем строении тела, похожем на рыбу, хотя они были разделены во времени более чем на 50 миллионов лет.
Многократное превращение ног, приспособленных для ходьбы по суше, в плавники – еще один классический пример конвергентной эволюции. Различные виды от тюленей до мозазавров независимо друг от друга развили обтекаемые передние конечности при переходе от жизни на суше к океану, что позволило им быстро и эффективно перемещаться в воде.
Эта трансформация могла быть достигнута параллельными изменениями на уровне генома.
«Переход от суши к морю происходил десятки раз среди рептилий, млекопитающих и птиц, несмотря на массовое вымирание», – сказал Николас Пайенсон, куратор музея ископаемых морских млекопитающих. "Вы часто получаете похожие результаты, но конвергенция – это нечто большее, чем поверхностная. Его можно увидеть в широком диапазоне масштабов, от молекул до пищевых сетей, на протяжении сотен миллионов лет."
Что касается глубоководных ныряльщиков, таких как клювые киты и тюлени, эти виды независимо эволюционировали, чтобы иметь в мышцах положительно заряженные связывающие кислород белки, называемые миоглобином, что позволяет им выживать под водой в течение длительных периодов времени. Ученые также обнаружили идентичные генетические последовательности у разных морских видов, таких как киты, тюлени и морские коровы. Объясняют ли эти невидимые молекулярные сходства крупномасштабные видимые паттерны конвергентной эволюции, или конвергентная анатомия следует различным генетическим путям в разных группах, остается важным открытым вопросом, требующим решения по мере того, как геномные последовательности становятся доступными для большего числа видов.
Не все адаптации, наблюдаемые у морских четвероногих, можно отнести к конвергентной эволюции.
Например, когда усатые киты эволюционировали, чтобы жить под водой, они разработали уникальную систему питания с фильтром, которая зависит от волосковидных пластин вместо зубов. В отличие от них, зубчатые киты эволюционировали, чтобы ловить добычу и питаться ею, издавая сигналы и используя эхолокацию, своего рода гидролокатор, для обработки эхосигналов от этих шумов и обнаружения объектов в море.
Келли и Пайенсон синтезировали результаты существующих исследований и в ходе своих исследований ссылались на палеобиологические коллекции Смитсоновского института. Они предполагают, что этот всесторонний обзор будет способствовать дальнейшему сотрудничеству между исследователями в различных областях науки и приведет к новому пониманию эволюционной биологии, палеонтологии и сохранения морской среды.