Как зубы слонов эволюционировали в ответ на изменения климата и рациона
Современные слоны — лишь три сохранившихся вида из некогда процветавшей линии хоботных (proboscideans), включавшей около 200 видов за 60 миллионов лет эволюции. Новое исследование палеонтологов Юхи Саарйнена и Эдриана Листера объясняет, почему выжили именно современные слоны.
Проблема зубов
Рацион современных слонов состоит из жёсткой, волокнистой, часто низкокачественной растительности. Это возможно благодаря их зубам: шесть массивных коренных зубов на каждой половине челюсти, которые прорезываются и стираются последовательно на протяжении жизни. Высокие коронки зубов с эмалевыми гребнями работают как тёрка, измельчая пищу.
20 миллионов лет назад зубы хоботных выглядели иначе: с округлыми бугорками, подходящими для разнообразного растительного корма в лесах, но не приспособленными для большого количества абразивной растительности.
Движущие силы эволюции
Учёты предполагали, что на эволюцию износостойких зубов повлияли два фактора:
- Распространение трав, устойчивых к более прохладному, сухому и сезонному климату.
- Увеличение количества абразивной пыли, попадающей в пищу в новых засушливых условиях.
Однако оставался неясным точный механизм и причинно-следственная связь: что появилось раньше — изменённые зубы или изменённые местообитания?
Метод и доказательства
Саарнинен разработал количественный метод, основанный на механическом принципе: у животных, питающихся травой (гразеров), зубы стираются более плоско, чем у тех, кто питается листьями (браузеров). Измерения зубов современных слонов из национального парка Цаво (Кения) подтвердили эту идею.
Анализ ископаемых зубов показал, что около 21 миллиона лет назад примитивные хоботные типа гомфотериев в Африке начали потреблять больше травы. С 21 до 6 миллионов лет назад, по мере распространения травянистых покровов, гомфотерии увеличивали долю травы в рационе, но их зубы при этом почти не меняли структуры.
Это был период расцвета разнообразия африканских хоботных. В одной местности могли сосуществовать 3–4 вида. Некоторые виды перешли на питание травой, чтобы снизить конкуренцию с соседями, предпочитавшими мягкий корм.
Ключевой перелом и выжившие
Исследование данных из осадочных кернов у побережья Африки показало, что между 7 и 5 миллионами лет назад климат стал резко более засушливым. Это привело к резкому ускорению эволюции зубов в линии, ведущей к мамонтам и современным слонам, и дальнейшему распространению саванн.
Доказано, что высококоронковые, многопластинчатые коренные зубы слонов эволюционировали в первую очередь для противостояния абразивной пыли (грязи) в пище, а не растительным волокнам. Эта новая форма зубов дала такое преимущество, что около 3,6 миллиона лет назад ранние слоны вытеснили последних африканских гомфотериев.
Новые вопросы и гипотеза
Вершиной этой эволюционной "зубчатой передачи" стал Palaeoloxodon — крупнейший слон (высота в плечах >4 м, вес 12–15 тонн) с коренными зубами размером с кирпич, содержавшими до 21 пластины. Он был доминирующим мегатравоядным африканской саванны от 1,5 млн до ~130 000 лет назад.
Однако за последний миллион лет, когда саванны стали ещё более засушливыми и сезонными, эти специализированные гиганты исчезли.
Современные африканские слоны вдвое меньше своих доисторических родственников, а их зубы менее специализированы под травяной рацион. Возможно, это ключ к выживанию в современных засушливых кустарниковых зонах Африки, где мало травы для поддержки таких гигантских травоядных, как Palaeoloxodon.
Текущие исследования авторов направлены на проверку гипотезы, что распространение засушливых кустарниковых зон за счёт саванн привело к вымиранию Palaeoloxodon и других гигантских травоядных Африки за последний миллион лет. Эта история может служить суровым предупреждением о том, как изменение климата может продолжить сокращать биоразнообразие Африки.