Как изменение климата могло повлиять на формирование хоботов у ранних слонов
Исследователи получили новые данные о том, как у предков слонов развился ловкий хобот.
Исследование, опубликованное 27 ноября в качестве рецензированного препринта в eLife, сочетает несколько анализов для реконструкции пищевого поведения вымерших длиннорылых хоботных (longirostrine elephantiforms) — слоноподобных млекопитающих с удлинёнными нижними челюстями и бивнями.
Редакторы описывают работу как фундаментальную для понимания того, как у этих животных в эпоху миоцена, около 11–20 миллионов лет назад, эволюционировали удлинённая нижняя челюсть и длинный хобот. Она предоставляет убедительные доказательства разнообразия этих структур у длиннорылых гомфотериев и их вероятных эволюционных ответов на глобальные климатические изменения.
Результаты также могут объяснить, почему современные слоны — единственные животные, способные кормиться с помощью хобота.
Длиннорылые гомфотерии относятся к семейству хоботных (proboscidean) — группе млекопитающих, включающей слонов и известных своими удлинёнными и многофункциональными хоботами. Они примечательны длительной эволюционной фазой с исключительно удлинённой нижней челюстью (мандибулой), которая не встречается у более поздних хоботных. Предполагается, что их удлинённая мандибула и хобот могли коэволюционировать, но эта трансформация среди ранних и поздних хоботных остаётся плохо изученной.
Методы и объекты исследования
Учёные использовали сравнительные функциональные и экоморфологические исследования, а также анализ пищевых предпочтений, чтобы реконструировать пищевое поведение трёх основных семейств длиннорылых гомфотериев: Amebelodontidae, Choerolophodontidae и Gomphotheriidae.
Структура мандибулы и бивней различалась между группами:
- Amebelodontidae: Мандибула лопатообразная, бивни плоские и широкие.
- Gomphotheriidae: Нижние бивни булавовидные, мандибула более узкая.
- Choerolophodontidae: Полное отсутствие нижних бивней, длинная желобообразная нижняя челюсть.
Результаты и адаптации
Анализ изотопов эмали зубов показал различия в экологических нишах:
- Choerolophodontidae обитали в относительно закрытой среде.
- Platybelodon (из семейства Amebelodontidae) жили в более открытых местообитаниях, например, на лугах.
- Gomphotheriidae занимали промежуточную нишу.
Анализ методом конечных элементов (Finite Element analysis) выявил специализацию челюстей:
- Choerolophodontidae: Мандибула специализирована для срезания горизонтально или наклонно растущих растений.
- Gomphotheriidae: Мандибула одинаково пригодна для срезания растений, растущих во всех направлениях.
- Platybelodon: Структуры специализированы для срезания вертикально растущих растений (например, трав с мягким стеблем).
Коэволюция хобота и челюсти
Стадия эволюции хобота, которую можно определить по строению нариальной области (окружающей ноздри), также различалась:
- Choerolophodontidae: Примитивный, неловкий хобот.
- Gomphotheriidae: Хобот, наиболее похожий на хобот современных слонов (относительно гибкий).
- Platybelodon: Возможно, первый пример хобота хоботного, способного сворачиваться и хватать.
Уровень эволюции хобота коррелировал со способностью мандибулы срезать горизонтально, что сильно указывает на коэволюцию хобота и нижней челюсти у длиннорылых гомфотериев.
Влияние климата и выживание
Во время Среднемиоценового климатического перехода, вызвавшего иссушение и расширение открытых экосистем:
- Choerolophodontidae испытали внезапное региональное вымирание.
- Численность Gomphotheriidae в Северном Китае также сократилась.
Развитие способного сворачиваться и хватать хобота у Platybelodon позволило этой группе выжить в большем количестве в открытых местообитаниях. Это также может объяснить, почему другие животные с хоботами (например, тапиры) никогда не развивали столь ловкий хобот, как у слонов, поскольку они не переходили к жизни на открытых землях.
Выводы
Исследование показывает, что разнообразная структура мандибулы у хоботных сформировалась благодаря нескольким экологическим адаптациям:
- Изначально удлинённая мандибула была основным органом питания и предпосылкой для развития чрезвычайно длинного хобота.
- Выпас на открытых землях стимулировал развитие функций сворачивания и хватания у хобота.
- Хобот стал основным инструментом питания, что привело к постепенной утрате длинной мандибулы.
- Platybelodon, возможно, были первыми хоботными, у которых развилось такое пастбищное поведение.