Киты изменяют развитие черепа для эхолокации
Исследование показало, что разные группы китов и дельфинов по-разному меняют форму черепа в процессе развития. Это результат баланса между их эволюционной историей и адаптацией к текущей среде.
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, изучило, как черепа китов и дельфинов (китообразных) меняются в процессе развития, чтобы обеспечить способность к эхолокации.
Ключевые выводы:
- Все зубатые киты начинают развитие с симметричных черепов.
- У многих видов череп быстро становится асимметричным для лучшего подводного ориентирования.
- Даже эволюционно далекие виды китов могут развивать очень похожие структуры — яркий пример конвергентной эволюции.
Доктор Аньезе Ланцетти, ведущий автор исследования: «Это первое исследование, изучившее онтогенез (процесс развития) асимметрии у китообразных. Мы обнаружили, что в то время как морские свиньи сохраняют симметричные черепа на протяжении всего развития, черепа других китов быстро становятся асимметричными».
Как асимметрия помогает эхолокации?
Считается, что асимметричные черепа и жировые тела зубатых китов помогают им определять направление звука. Если бы череп был симметричным, звук достигал бы обеих сторон головы одновременно. Асимметрия позволяет эху контактировать с черепом в разное время, что даёт киту информацию о направлении и расстоянии до объекта.
Исключение из правила
Изучая 3D-модели черепов пяти групп зубатых китов на разных стадиях развития, учёные обнаружили, что морские свиньи — исключение. Их черепа остаются практически симметричными от эмбриона до молодой особи. Аньезе Ланцетти: «Это может быть связано с тем, что они используют для коммуникации узкополосные высокочастотные звуки (NBHF), которые выше, чем у других видов. Однако другие виды, использующие NBHF, например, карликовый кашалот, имеют очень асимметричные черепа. Возможно, требование для использования NBHF-звуков — это короткий период роста до небольшого размера тела».
Эволюционная история
Исследователи проследили развитие асимметрии в истории. Ранние примеры найдены у древних зубатых китов Xenorophidae, живших более 30 миллионов лет назад. Многие ранние группы, например Kentriodontidae (предки белух и морских свиней), имели симметричные черепа. Предки белух развили асимметричный череп, адаптируясь к среде, и утратили способность слышать NBHF-звуки, которую сохранили морские свиньи. В результате резких изменений в пренатальном развитии черепа современных белух стали очень асимметричными и похожими на черепа гринд, несмотря на 20 миллионов лет раздельной эволюции. «Эти эволюционные различия полностью теряются, потому что киты адаптировались к своей среде», — объясняет Аньезе Ланцетти.
Следующий шаг
Учёные планируют изучить усатых китов, которые, в отличие от зубатых родственников, не могут эхолоцировать. «Все 12 видов усатых китов имеют черепа с одинаковыми основными чертами. Думаю, в их развитии есть чему поучиться. Усатые киты становятся особенно большими, в то время как единственный очень крупный зубатый кит — это кашалот. Интересные различия в их развитии помогут объяснить, почему одна группа гораздо более разнообразна и адаптивна, чем другая».