Исследование раскрывает сложный путь эволюции млекопитающих от распластанной к прямостоячей позе

Переход от распластанной позы, как у ящериц, к прямостоячей позе современных млекопитающих (людей, собак, лошадей) был ключевым моментом в эволюции синапсид — группы, включающей млекопитающих и их немлекопитающих предков. Однако детали этого перехода оставались неясными.

Новое исследование Гарвардского университета, опубликованное в Science Advances, показывает, что этот переход был сложным, нелинейным и произошёл позже, чем считалось ранее.

Методология: от современных животных к ископаемым

Исследователи во главе с доктором Питером Бишопом и профессором Стефани Пирс начали с изучения биомеханики пяти современных видов, представляющих весь спектр поз конечностей:

• Тэгу (распластанная поза)
• Аллигатор (полу-прямостоячая поза)
• Грейхаунд (прямостоячая поза)

Затем они проанализировали восемь ископаемых видов с четырёх континентов, охватывающих 300 миллионов лет эволюции — от 35-граммового протомлекопитающего Megazostrodon до 88-килограммового Ophiacodon.

Используя принципы физики и инженерии, учёные создали цифровые биомеханические модели, чтобы смоделировать, какую силу могли прилагать задние конечности к земле. Компьютерные симуляции генерировали трёхмерное «пространство допустимых сил», отражающее общую функциональную эффективность конечности. Это первый случай применения данной концепции (разработанной биоинженерами в 1990-х) к изучению ископаемых животных.

Ключевые открытия

• Эволюция позы шла нелинейно: пики и спады в локомоторной эффективности сменяли друг друга на протяжении миллионов лет.
• Некоторые вымершие виды были гибкими и могли переключаться между более распластанной и более прямостоячей позой (как современные аллигаторы).
• У других наблюдался сильный регресс к более распластанной позе до появления млекопитающих.
• Черты, связанные с прямостоячей позой у современных млекопитающих, развились гораздо позже — вероятно, близко к общему предку териевых млекопитающих (плацентарных и сумчатых).

Значение результатов

Эти данные помогают объяснить давние загадки палеонтологической летописи:

• Сохранение асимметричных кистей, стоп и суставов конечностей у многих предков млекопитающих — черт, обычно связанных с распластанной позой.
• Почему ископаемые ранних предков млекопитающих часто находят в «расплющенной», растянутой позе (характерной для распластанных конечностей), а окаменелости современных плацентарных и сумчатых обычно лежат на боку.

Исследователи отмечают, что сильный регресс к распластанной позе у синапсидов, по-видимому, совпадает с массовым пермско-триасовым вымиранием (когда исчезло 90% жизни). Это событие привело к доминированию динозавров и, возможно, «экологической маргинализации» синапсидов, изменив траекторию их эволюции и способ передвижения.

Профессор Пирс подчеркивает: «Полный набор квинтэссенциальных черт териевых млекопитающих формировался сложно и долго... Эволюция была действительно сложной, и эти животные, вероятно, жили и двигались в своих средах способами, которые мы раньше не оценивали. Современные млекопитающие действительно весьма особенны».