Новаторский новый исследовательский проект проанализировал эволюцию черепа плацентарных млекопитающих с использованием 3D-сканирования 322 образцов, хранящихся в более чем 20 международных музейных коллекциях, и разработал новую модель того, как млекопитающие диверсифицировались, основываясь на появляющихся закономерностях.

Собрав данные о черепах всех основных групп плацентарных млекопитающих, как вымерших, так и сохранившихся до наших дней, группа исследователей во главе с проф. Анджали Госвами из Музея естественной истории, получили уникальный взгляд сквозь время и таксоны, чтобы проследить адаптивную радиацию (быструю эволюцию, которая заполняет множество экологических ниш) млекопитающих и расшифровать, что привело к их невероятному росту после вымирания динозавров.

Профессор Госвами говорит: "Это исследование изменит наше понимание невероятной радиации плацентарных млекопитающих, группы, в которую входят и наши собственные виды, и того, как с тех пор этот критический период после последнего массового вымирания 66 миллионов лет назад повлиял на эволюцию".

Наступление эры млекопитающих

Хотя самые ранние млекопитающие существовали бок о бок с динозаврами, их разнообразие было относительно ограниченным, а самые крупные млекопитающие мезозойской эры выросли до размеров небольшой собаки. Однако сразу после вымирания динозавров наблюдается невероятный взрыв разнообразия среди плацентарных млекопитающих, причем самые ранние предки современных живых групп появляются в летописи окаменелостей в течение нескольких 100 000 лет после этого события.

Однако это новое исследование показывает, что после первоначального всплеска диверсификации млекопитающих темпы эволюции быстро замедляются. Более поздние всплески более быстрой эволюции действительно происходят, но их воздействие со временем становится все меньше и меньше и никогда не соответствует скорости этого первого пика. Хотя неопределенность в точном времени этих более поздних всплесков затрудняет их отнесение к конкретным событиям, они, вероятно, вызваны периодами быстрого или устойчивого изменения климата и глобального похолодания в течение кайнозойской эры.

Исследование также показывает замечательное сходство или конвергенцию между плацентарными млекопитающими, причем формы черепа большинства млекопитающих эволюционировали практически одинаково на протяжении всей летописи окаменелостей. Самыми большими исключениями являются киты и грызуны.

Что заставляет млекопитающих быстро эволюционировать?

Ключевая цель этого исследования — лучше предсказать, как различные виды могут реагировать на быстрые изменения в окружающей среде - такие, которые мы, вероятно, увидим во время нынешней планетарной чрезвычайной ситуации. Чтобы сделать это, команда исследовала характеристики млекопитающих, которые быстро эволюционируют, и обнаружила, что ключевыми факторами, влияющими на них, являются среда обитания, социальное поведение, диета, родительская забота и время активности.

Социальные структуры сильно различают скорость эволюции млекопитающих. Млекопитающие, которые являются социальными, эволюционируют гораздо быстрее, чем те, которые ведут одиночный образ жизни. Это легко засвидетельствовать у копытных, у которых развились рога для борьбы и социального показа. Млекопитающие, обитающие в водной среде, включая китов, а также ламантинов, тюленей и моржей, также быстро эволюционируют. Травоядные животные также эволюционируют быстрее, чем плотоядные, вероятно, потому, что они более внимательно отслеживают изменения в растениях и окружающей среде, чем мясоеды.

"Я провел большую часть анализов для этой статьи, находясь в изоляции дома в течение нескольких месяцев в начале пандемии COVID-19, поэтому, увидев результаты эволюции у социальных млекопитающих по сравнению с одиночными, я действительно поразился", - добавляет профессор. Госвами.

Родительская забота также, по-видимому, является важным фактором, замедляющим скорость эволюции. Предсоциальные животные, которые не требуют особого первичного ухода, такие как лошади и антилопы, эволюционируют намного быстрее, чем альтрициальные млекопитающие, которые зависят от опекунов в младенчестве, такие как приматы. Когда животные активны, это также имеет значение: виды со строгим графиком, будь то ночной или дневной, развиваются медленнее, чем животные без фиксированного режима активности.

Неожиданно оказалось, что группы млекопитающих с наибольшим количеством видов, грызуны и летучие мыши, эволюционируют не очень быстро, что говорит о том, что разнообразие форм и разнообразие численности у млекопитающих не тесно связаны.

Как выглядели самые ранние плацентарные млекопитающие и почему ученые до сих пор не нашли их окаменелостей?

Используя этот новый набор данных, команда также реконструировала, как могли выглядеть самые ранние плацентарные млекопитающие. Несмотря на то, что существует много ископаемых млекопитающих, относящихся к нужному периоду времени, выявление окаменелостей, представляющих предков или ранних представителей группы плацентарных млекопитающих, которые жили в конце мелового периода, незадолго до вымирания динозавров, было предметом серьезных споров среди ученых.

Одна из проблем заключается в том, что трудно понять, каких черт ожидать от самых ранних представителей любой из основных групп млекопитающих, и узнают ли ученые их в известных окаменелостях. Новые реконструкции в этом исследовании показывают, что самые ранние представители всех основных групп плацентарных млекопитающих, вероятно, выглядели очень похожими друг на друга, независимо от того, являются ли они предками грызунов и их близких родственников или слонов и их близких родственников. Это означает, что идентифицировать самые ранние окаменелости плацентарных млекопитающих по-прежнему может быть очень трудно, но эти новые реконструкции позволяют ученым лучше понять тонкие различия, которые следует искать в этих ранних ископаемых млекопитающих.

Профессор Госвами объясняет: "Музейные коллекции - это уникальное достояние, поскольку они позволяют нам предсказывать будущее, заглядывая в прошлое. Примерно треть образцов, использованных в этом исследовании, была взята из коллекций здесь, в музее, включая красивое 3D-изображение Надежды, синего кита, висящее в зале Хинце музея. Эти данные бесценны для того, чтобы помочь нам понять, как прошлые события повлияли на эволюцию млекопитающих в кайнозойскую эру, и какие особенности помогут млекопитающим пережить предстоящие экологические проблемы".

Исследование "Ослабленная эволюция млекопитающих в кайнозое" опубликовано в журнале Science в пятницу, 28 октября.