Как скорость ограничивает эволюционные изменения позвоночника у млекопитающих

Исследователи из Naturalis Biodiversity Center и Университета Юты объяснили одну из загадок эволюции млекопитающих: сильную консервативность количества туловищных позвонков. Показано, что эта консервативность, вероятно, обусловлена ключевой ролью скорости и ловкости в выживании быстро бегающих млекопитающих.

Учёные измерили вариацию позвонков у 774 скелетов млекопитающих, принадлежащих как быстро, так и медленно бегающим видам. Обнаружено, что сочетание проблем развития и биомеханики препятствует эволюционному изменению числа туловищных позвонков у быстрых и подвижных млекопитающих. В то же время эти проблемы почти не затрагивают медленных и крепко сложенных млекопитающих. Исследование будет опубликовано в понедельник, 14 июля 2014 года, в журнале PNAS.

Ключевая роль скорости и биомеханики

Позвоночный столб млекопитающих сильно варьирует между видами, отражая адаптации к разному образу жизни. Однако, как правило, количество туловищных позвонков у большинства видов меняется незначительно. Авторы предполагают, что эволюционные изменения практически невозможны для быстрых и подвижных млекопитающих, но лишь незначительно влияют на медленных и крепких. Обоснование заключается в том, что для изменения числа позвонков требуется несколько мутаций. Единичные мутации приводят к появлению позвонков неправильной формы в переходной пояснично-крестцовой области, которые срастаются с крестцом не полностью и асимметрично. Эти нерегулярные суставы снижают гибкость, что сильно затрудняет бег и прыжки. Наблюдения подтверждают, что отбор против таких начальных изменений силен у быстрых млекопитающих и слаб у более медленных.

Масштабное исследование скелетов

Было проанализировано 774 скелета 90 различных видов из коллекций 9 европейских музеев естественной истории, включая Naturalis Biodiversity Center в Лейдене.

Цитаты исследователей

«Жёсткость спины млекопитающего — ключ к тому, возможны ли эволюционные изменения или нет», — сказал Фрицон Галис, один из авторов исследования. «Локомоция медленных млекопитающих с жёсткой спиной лишь незначительно страдает от нерегулярных пояснично-крестцовых суставов, но для быстро бегающих млекопитающих такие суставы фатальны», — продолжила Клара тен Брук, другой автор исследования.

«Для решения этой загадки эволюции млекопитающих потребовалось сочетание данных развития, биомеханики, эволюционных представлений и большой набор данных», — отметил Фрицон Галис.