Повторная эволюция морских хищников отражает изменения в древних океанах и океане антропоцена

Более 250 миллионов лет четвероногие наземные животные (тетраподы) неоднократно завоевывали океаны Земли. Такие существа, как плезиозавры, пингвины и морские черепахи, произошли от разных групп наземных позвоночных, которые независимо друг от друга эволюционировали для жизни в водной среде.

В новом научном обзоре ученые Смитсоновского института синтезировали десятилетия научных открытий, чтобы выявить общие и уникальные закономерности, лежащие в основе перехода китов, дельфинов, тюленей и других видов с суши в море. Опираясь на последние прорывы в палеонтологии, молекулярной биологии и экологии, их работа дает всесторонний взгляд на то, как жизнь в океане реагировала на изменения окружающей среды. Статья также подчеркивает, как эволюционная история помогает понять влияние деятельности человека на морские виды сегодня. Подробнее — в выпуске журнала Science от 17 апреля.

Морские тетраподы представляют собой разнообразную группу живых и вымерших видов млекопитающих, рептилий, амфибий и птиц, которые играли или играют ключевую роль крупных хищников в морских экосистемах. Многократные переходы между сушей и морем стимулировали инновации, конвергенцию и диверсификацию на фоне меняющихся экосистем и массовых вымираний, начиная с триасового периода. Это делает их идеальными моделями для проверки гипотез об эволюции видов. Современные виды морских тетраподов сталкиваются с рядом антропогенных воздействий: изменение климата, деградация среды обитания, столкновения с судами и подводный шум.

"Мы знаем из летописи окаменелостей, что предыдущие периоды profound change в океанах были важными поворотными моментами в эволюционной истории морских видов. Сегодняшние океаны продолжают меняться, в основном из-за деятельности человека. Эта статья дает эволюционный контекст для понимания того, как живые виды морских хищников будут эволюционировать и адаптироваться к жизни в антропоцене", — сказал Нил Келли, ведущий автор исследования.

Недавние исследования окаменелостей дали новое представление об эволюции признаков, позволивших морским тетраподам процветать в море. В некоторых случаях сходная анатомия развивалась у разных линий. Например, современные дельфины и вымершие морские рептилии ихтиозавры произошли от разных наземных видов, но независимо пришли к чрезвычайно схожей рыбообразной форме тела, хотя их разделяло более 50 миллионов лет. Классический пример конвергентной эволюции — неоднократное превращение ног, приспособленных для ходьбы по суше, в ласты. Виды от тюленей до мозазавров независимо развили обтекаемые передние конечности при переходе в океан, что позволило им быстро и эффективно двигаться в воде. Эта трансформация могла быть достигнута за счет параллельных изменений на геномном уровне.

"Переходы с суши в море происходили десятки раз среди рептилий, млекопитающих и птиц, переживая крупные массовые вымирания. Вы часто получаете схожие визуальные результаты, но конвергенция глубже, чем кажется. Ее можно наблюдать в широком диапазоне масштабов — от молекул до пищевых сетей, на протяжении сотен миллионов лет", — сказал Николас Пайенсон.

В случае глубоководных ныряльщиков, таких как клюворылые киты и тюлени, эти виды независимо эволюционировали, чтобы иметь положительно заряженные кислород-связывающие белки миоглобин в мышцах, что позволяет им долго находиться под водой. Ученые также обнаружили идентичные генетические последовательности у разных морских видов, таких как киты, тюлени и морские коровы. Остается открытым важный вопрос: объясняют ли эти невидимые молекулярные сходства крупномасштабные видимые паттерны конвергентной эволюции или конвергентная анатомия следует разным генетическим путям в разных группах.

Не все адаптации морских тетраподов можно объяснить конвергентной эволюцией. Например, усатые киты развили уникальную систему фильтрационного питания, зависящую от волосовидных пластин вместо зубов. В отличие от них, зубатые киты эволюционировали, чтобы ловить добычу, используя эхолокацию — своего рода сонар.

Келли и Пайенсон синтезировали исследования из существующих работ и ссылались на коллекции палеобиологии Смитсоновского института. Они надеются, что этот обзор будет способствовать междисциплинарному сотрудничеству и приведет к новым открытиям в эволюционной биологии, палеонтологии и морской консервации.