Эволюционная адаптация помогла пещерным медведям впадать в спячку, но могла привести к вымиранию
Исследование, опубликованное в Science Advances 1 апреля, предлагает новую гипотезу, объясняющую, почему европейские пещерные медведи (Ursus spelaeus) вымерли в периоды прошлых изменений климата. Работа была мотивирована научными спорами о рационе этих животных и его влиянии на их исчезновение.
Новая гипотеза частично основана на результатах компьютерного анализа и симуляций укусов, проведённых в лаборатории Джека Цзена, доцента патологии и анатомических наук в Университете Буффало.
Дилемма рациона
Пещерные медведи, вымершие около 24 000 лет назад, по разным гипотезам могли быть чистыми травоядными, хищниками или падальщиками. По словам одного из авторов, Борхи Фигероидо, знание пищевого поведения — ключевой аспект для понимания причин вымирания.
Две основные гипотезы вымирания — антропогенный фактор (конкуренция с людьми или охота) и сокращение популяции из-за похолодания в позднем плейстоцене, которое привело к уменьшению растительности. Исследования показывают, что пещерные медведи были преимущественно травоядными в период от 100 000 до 20 000 лет назад и не меняли рацион даже во время похолоданий. Учёные предполагают, что именно эта диетическая негибкость в сочетании с конкуренцией за пещеры с людьми привела к их исчезновению.
Ключевые пазухи
Чтобы выяснить, были ли за этой негибкостью биомеханические причины, исследователи провели трёхмерное компьютерное моделирование сценариев питания. Особое внимание уделялось околоносовым пазухам медведей, поскольку крупные пазухи обеспечивают лучший метаболический контроль, критически важный для выживания во время спячки.
«Наше исследование предполагает, что похолодание климата, вероятно, привело к отбору особей с высокоразвитыми пазухами, что, в свою очередь, вызвало появление характерного куполообразного черепа у пещерных медведей», — сказал Алехандро Перес-Рамос.
Расширение системы пазух приводит к уменьшению количества костной ткани в черепе. «Быть "толстоголовым" с механической точки зрения может быть неплохо, так как больше кости означает больше структурной прочности. Однако наши данные подтверждают, что требования к функции пазух у пещерных медведей вызвали компромисс между развитием пазух и прочностью черепа», — пояснил Джек Цзен.
Используя биомеханическое моделирование на основе КТ-сканов черепов из европейских институтов и научного репозитория Университета Техаса, учёные обнаружили, что развитие пазух у пещерных медведей привело к расширению черепного купола вверх и назад, изменив геометрию черепа.
«Это геометрическое изменение создало механически неоптимальную форму черепа с очень низкой эффективностью рассеивания напряжения, особенно при укусе клыками или хищными зубами», — отметил Перес-Рамос.
Расширение системы пазух привело к относительному уменьшению костной массы и, следовательно, к снижению структурной поддержки для противодействия силам при жевании. В отличие от других млекопитающих с развитыми пазухами (например, гиен), черепа пещерных медведей показали скомпрометированную биомеханическую способность по сравнению с современными видами медведей.
«Мы предполагаем, что крупные пазухи, вероятно, были отобраны у пещерных медведей, чтобы они могли впадать в спячку на более длительные периоды с очень низкими метаболическими затратами», — сказал Перес-Рамос.
В конечном итоге этот эволюционный компромисс мог привести к вымиранию вида. Это открытие также имеет значение для понимания истории человека.
«Способность выживать в самые холодные периоды была одинаково важна как для людей, так и для медведей. Успех или гибель доисторической мегафауны, такой как пещерные медведи, дают ключевые подсказки о том, как люди могли переиграть и пережить других крупных млекопитающих в критический период эволюции нашего собственного вида», — заключил Цзен.