От эмбриона к эволюции: что рассказывает голова ящериц и змей
Эволюция головы животных — яркий пример того, как различные анатомические черты совместно развивались для адаптации к экологическим нишам. Однако причины огромного разнообразия форм головы у позвоночных оставались неясными из-за сложности развития и исследований, фокусирующихся лишь на отдельных стадиях жизни или компонентах головы.
Исследователи из Института биотехнологии HiLIFE Хельсинкского университета вместе с международными коллегами изучили исключительное морфологическое разнообразие чешуйчатых пресмыкающихся (ящериц и змей), чтобы раскрыть эту загадку. Их комплексный анализ охватил развитие головы от раннего эмбрионального формирования до полностью сформированных костей и органов у взрослых особей.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, подчеркивает важность понимания роста эмбрионов, общего развития организма и сложных взаимодействий между разными тканями в формировании головы позвоночных.
Тщательное сравнение форм костей черепа и мягких тканей показало, что различия между головами змей и ящериц постепенно возникают в процессе развития. В эти различия вносят вклад различные механизмы, включая формирование формы и скорость развития.
«Наше исследование создает основу для будущих работ, направленных на анализ вариаций черепа и других тканей с эволюционной и эмбриологической точки зрения», — говорит руководитель исследования, научный директор Николя Ди-Пуа.
«Происхождение черепа змей связывали с изменениями в темпах развития. Однако эволюция змей не объясняется одним типом изменений. Их череп и голова формируются под влиянием множества изменений. На ранних эмбриональных стадиях развитие змей расходится с развитием ящериц как по форме, так и по положению, а на более поздних стадиях добавляются различия в темпах», — поясняет первый автор работы, аспирант Йони Оллонен.
Исследование также выявило динамические изменения в том, как кости черепа интегрируются с окружающими тканями мозга и сенсорными органами.
«Удивительно, что у змей голова в процессе развития более интегрирована: изменения в одной области влияют на другие. Это ограничивает разнообразие форм их головы в процессе роста, но позволяет черепу принимать крайние формы, недоступные ящерицам», — описывает Ди-Пуа.
Ключевые области вокруг глаз, носовой полости и вомероназального (якобсонова) органа оказались решающими в формировании черепа змей. Это подчеркивает важную роль изменений в ключевых чувствах — зрении, обонянии и специализированном органе для улавливания запахов — в эволюции змей.
Эта работа представляет собой значительный шаг в понимании адаптивной природы головы рептилий, проливая свет на связи между различными костями черепа и окружающими органами у позвоночных.