Загадки эволюции утконоса

Учёные наткнулись на странное противоречие в датировке возникновения одного из самых удивительных животных – утконоса. Молекулярные методы показывают, что это семейство моложе, чем следует из палеонтологических данных. Либо эволюция утконосов шла значительно медленнее, либо путь её был гораздо причудливее, чем считалось до сих пор.

Образ жизни утконоса, в отличие от других млекопитающих животных, оставался практически неизменным на протяжении более чем 100 миллионов лет. Судя по результатам анализа ископаемых фрагментов клюва древнего утконоса, представители отряда яйцекладущих млекопитающих (Monotremata) эволюционировали гораздо медленнее других животных. Окончательное разделение однопроходных на семейства произошло в Меловом геологическом периоде, и дальнейшие эволюционные изменения проходили чрезвычайно медленно.

В последнем номере Proceedings of the National Academy of Science опубликована статья Тимоти Роува и его коллег из Техасского университета, рассказывающая об исследовании черепа древнейшего представителя отряда, жившего на территории Австралии примерно 112 миллионов лет назад. Ещё в октябре Роув представил соответствующий доклад на ежегодной встрече американского Общества палеонтологии позвоночных, но лишь теперь стали известны подробности исследования.

Отряд однопроходных (Monotremata), или яйцекладущих млекопитающих, являющийся единственным современным отрядом инфракласса клоачных, содержит два семейства: семейство утконосы (Ornithorhynchidae) с единственным видом утконос (Ornithorhynchus anatinus), а также семейство ехидны (Tachyglossidae), в котором выделяют вид ехидны австралийской (Tachyglossus aculeatus) и проехидны (Zaglossus bruijni). Естественной средой обитания для однопроходных является Австралия, расположенный у её берегов остров Тасмания и расположенные в разделяющем их Бассовом проливе острова; ехидны также встречаются в Новой Гвинее.

К сожалению, палеонтологи редко находят окаменелости, принадлежащие древнейшим представителям отряда, поэтому учёным, стремящимся восстановить эволюцию однопроходных, приходится апеллировать к методам молекулярной биологии и генетики. Учёт различий в генах и белках, обнаруженных как у ехидн, так и у утконосов, позволяет примерно датировать момент выделения утконосов и ехидн в два самостоятельных семейства отряда однопроходных. Результаты варьируются в зависимости от того, какой белок или ген учёные выбирают для датировки, поэтому время раскола отряда эволюционные биологи определили интервалом 17–80 миллионов лет назад.

Однако одного лишь конечного результата – количества различающихся нуклеотидов в генах или аминокислот в белках – для датировки недостаточно.

Чтобы определить время, которое необходимо, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, надо помимо расстояния между ними знать ещё и скорость. Приведённая выше оценка получена для скорости эволюционных изменений, изученных у других животных. И, судя по всему, в данном случае она неприменима.

Не так давно на территории Австралии были обнаружены несколько окаменелых черепов одного из самых древнейших представителей отряда однопроходных – Teinolophos trusleri. Возраст древнейшей из окаменелостей – около 112 миллионов лет. Судя по некоторым признакам, это животное вполне можно назвать «протоутконосом». Если это животное действительно обладало характерными для семейства утконосов особенностями, то выделение в отряде яйцекладущих млекопитающих двух семейств могло произойти и значительно раньше, чем 80 и, тем более, 17 миллионов лет назад.

Проведенные ранее экспертизы фрагментов скелетов Teinolophos trusleri не помогли учёным выяснить, являлся ли древний представитель однопроходных предков семейства утконосов или общим предком современных яйцекладущих.

Тимоти Роув, также изучавший эволюцию отряда, проанализировал три ископаемых черепа Teinolophos с помощью рентгеновского компьютерного томографа с высокой разрешающей способностью.

В результате сканирования фрагментов клюва древнего существа, Роув и его коллеги обнаружили нервный канал, который пролегал в нижней челюсти T. trusleri. Как рассказал Роув, размер и форма нервного ствола, который у современных животных участвует в регистрации электромагнитных сигналов от их добычи, поразительно напоминает нервный ствол чувствительных клеток современного утконоса.

Нервный ствол древних предков утконосов не только регистрировал электромагнитные сигналы, но и при помощи очень чувствительных нервных окончаний помогал животному оценить, насколько далеко находится добыча. По оценкам биологов, у современных утконосов количество нейронов, выполняющих те же функции, доходит до 40 тысяч.

Экспертиза зубов Teinolophos также показала, что зубы древнего однопроходного имеют особенности строения, характерные для утконосов, но не для ехидн. Таким образом, резюмируют учёные, можно говорить о том, что раскол отряда однояйцевых на два семейства произошел до того, как T. trusleri вымер. Значит, эволюционное разделение произошло более сотни миллионов лет назад.

Расхождение в оценке между молекулярными и «классическими» палеонтологическими методами, по мнению Роува, свидетельствует о том, что яйцекладущие эволюционировали гораздо медленнее других млекопитающих.

Возможно, предположил техасский учёный, исследователи недооценили время, которое в данном случае требуется для накопления мутаций.

Пока учёным непонятно, что повлияло на темпы эволюции однопроходных. Как отмечают исследователи, одной из причин замедления эволюции является замедленный метаболизм и почти изолированная на протяжении миллионов лет среда обитания. Животные уже давно заняли свою экологическую нишу в австралийских биллабонгах (небольших озёрах) и на их берегах. Здесь они чувствуют себя комфортно и преуспевают, не испытывая конкуренции, именно поэтому механизмы естественного отбора и у них работают не так активно, как у других животных.

Стоит отметить, что не все учёные согласны в трактовке результатов данного исследования с его авторами. По словам Дэвида Уэйка, эволюционного биолога из Университета Калифорнии в Беркли, Teinolophos действительно кажется родственником утконосу, однако однозначно заявлять, что он является предком именно утконоса, по его словам, рано, ведь учёные не могут сказать, сколько еще представителей отряда яйцекладущих когда-то существовало на Земле.

Как заметил Уэйк, только палеонтологические находки смогут подтвердить или опровергнуть гипотезу Роува.
Возвращаясь к нашему сравнению, можно вспомнить, что попасть из точки А в точку Б с известной скоростью можно не только по прямой. А какие неожиданные повороты происходили в ходе эволюции, нам неизвестно.

По мнению Уэйка можно предположить, что нервный канал мог претерпеть эволюционные изменения дважды – до окончательного разделения семейств и еще один раз, чуть позже. Возможно, яйцекладущие пережили новый виток эволюционных изменений после массового вымирания видов около 65 миллионов лет назад. С исчезновением динозавров у предков современных ехидн и утконосов появилась возможность освоить новые экологические ниши, что могло спровоцировать разделение отряда на более узко специализированные семейства.

Если пропоненты этой теории смогут доказать свою правоту, Роуву и его коллегам придется признать, что гипотеза эволюционных биологов все же ближе к истине, и ископаемые останки, обнаруженные в Австралии, относятся к эпохе, предшествовавшей окончательному разделению ехидн и утконосов.

на фото: утконос; mammalz.com, www.gazeta.ru

Оксана Молчанова, www.gazeta.ru