Разнообразие челюстей обеспечило экологический успех амниот

Новое исследование палеонтологов из Музея естествознания в Берлине (MfN) и Университета имени Гумбольдта показало взрывное увеличение разнообразия форм челюстей у самых ранних амниот — группы, включающей предков всех рептилий, птиц и млекопитающих. Международная команда под руководством бывшего докторанта MfN доктора Джаспера Понштейна проанализировала более 200 окаменелых челюстей из периодов, когда четвероногие впервые адаптировались к жизни на суше.

Амниоты развили огромное разнообразие форм челюстей, в то время как у амфибий они остались ограничены простыми формами. Эта универсальность позволила амниотам осваивать новые источники пищи и обеспечила их экологический успех. Результаты опубликованы в открытом журнале PeerJ.

Переход от воды к суше

Одним из самых необычных событий в истории жизни стал переход от воды к суше — от рыб к наземным четвероногим. Предшественники всех наземных позвоночных появились около 370 миллионов лет назад, в девонский период. Жизнь на суше создала новые проблемы, потребовавшие существенных изменений в строении тела животных, например, конечностей, достаточно крепких, чтобы выдерживать их собственный вес вне воды.

Часто упускаемой из виду проблемой является смена способа питания. «Многие рыбы используют всасывающее питание — засасывают пищу, быстро открывая челюсти, — но на суше это работает плохо. На суше четвероногим нужно хватать пищу челюстями», — говорит доктор Понштейн.

Пищевые адаптации и экологическое разнообразие

В последующие каменноугольный и пермский периоды (360–250 млн лет назад) четвероногие осваивали различные новые, неиспользованные ресурсы суши. Некоторые, например, начали питаться насекомыми. Другие в конечном итоге стали первыми известными растительноядными. «Это действительно захватывающее временное окно для изучения того, как животные адаптируются к новым пищевым нишам», — добавил доктор Понштейн.

Современные четвероногие включают амфибий и амниот. Амниоты сегодня демонстрируют невероятное экологическое разнообразие: от высших хищников, таких как львы и орлы, до травоядных, таких как черепахи и зайцы, и всего промежуточного. С другой стороны, амфибии, такие как лягушки и саламандры, почти исключительно являются оппортунистическими насекомоядными. Как возникло это неравное экологическое разнообразие между амфибиями и амниотами? Можно ли проследить его истоки до их первых шагов на суше?

Методы исследования и ключевые выводы

Чтобы изучить, как питались давно вымершие четвероногие, исследователи обычно изучают нижнюю челюсть — единственную костную структуру, чья основная функция — захват и переработка пищи. Форма челюсти, а также места прикрепления мышц указывают на то, как животное использовало челюсть, что даёт уникальное представление о критической биологической функции питания.

Команда под руководством MfN в сотрудничестве с коллегами из Государственного музея в Штутгарте и Музея естественных наук в Роли (Северная Каролина, США) составила самый большой на сегодняшний день набор данных о челюстях четвероногих из каменноугольного и пермского периодов, охватывающий более 200 видов.

Команда сделала два замечательных открытия:

1. Форма челюсти не сильно изменилась после перехода от воды к суше. На протяжении большей части каменноугольного периода наземные четвероногие сохраняли длинные и стройные челюсти, подходящие для ловли рыб и, возможно, насекомых.
2. Эта стагнация изменилась с эволюцией амниот. Челюсти амниот были гораздо более разнообразны, чем челюсти амфибий, начиная с пермского периода 300 миллионов лет назад. В частности, у амниот челюсти более крепкие, чем у амфибий, и наблюдается большее разнообразие в местах прикрепления мышц, что даёт возможность пережёвывать жёсткую пищу, такую как растительная масса.

«Способность развивать большее разнообразие форм челюстей позволила бы амниотам адаптироваться к новым диетам, недоступным для амфибий, что привело к удивительному разнообразию рептилий, птиц и млекопитающих, которое мы видим сегодня», — заключает доктор Понштейн.