Фосили

Как се развиха китовете? | Наука

Какво ви идва на ум, когато мислите за кит? Сал, дупки и метили са сред отличителните белези на около 80 вида китоподобни (китове, делфини и морски свине), които са живи днес. Но тъй като те са бозайници, знаем, че те трябва да са еволюирали от предци, обитаващи земята.

Преди около 375 милиона години първите тетраподи - гръбначни с ръце и крака - се изтласкаха от блатата и започнаха да живеят на сушата. Този основен еволюционен преход постави началото на всички следващи групи от гръбначни животни, обитаващи земя, включително разнообразна линия, наречена синапсиди, възникнала преди около 306 милиона години. Въпреки че тези същества, като напр Диметродон , приличали на влечуги, те всъщност били архаичните предшественици на бозайниците.

По времето, когато първите бозайници са еволюирали преди 200 милиона години, обаче динозаврите са били доминиращите гръбначни животни. Бозайниците се диверсифицираха в сянката на великите архозаври и те останаха сравнително малки и потайни, докато не-птичите динозаври бяха унищожени от масово изчезване преди 65 милиона години. Тази глобална катастрофа освободи пътя за голямо облъчване на бозайници. Едва около 10 милиона години след това изчезване - и повече от 250 милиона години, откакто най-ранните тетраподи пропълзяха на сушата, първите китове еволюираха. Тези най-ранни китоподобни не бяха като китовете, които познаваме днес и едва наскоро палеонтолозите успяха да ги разпознаят.





Повече от век знанията ни за изкопаемите фонове на китове бяха толкова оскъдни, че никой не можеше да бъде сигурен как изглеждат предците на китовете. Сега приливът се обърна. Само за три десетилетия наводнение от нови вкаменелости запълни пропуските в нашите знания, за да превърне произхода на китовете в един от най-добре документираните примери за широкомащабна еволюционна промяна във вкаменелостите. Тези прародители са били по-странни, отколкото някой някога е очаквал. Нямаше праволинеен поход на сухоземни бозайници, водещ до напълно водни китове, а еволюционен бунт на амфибийни китоподобни, които ходеха и плуваха по реките, устията и бреговете на праисторическа Азия. Колкото и да са странни съвременните китове, техните изкопаеми предшественици са били още по-странни.

Пионерите, които разчистваха земя в Алабама и Арканзас, често откриваха огромни кръгли кости. Някои заселници ги използвали като огнища за камини; други подпираха огради с костите или ги използваха като крайъгълни камъни; роби използвали костите като възглавници. Костите бяха толкова многобройни, че в някои полета бяха унищожени, защото пречеха на обработването на земята.



През 1832 г. хълм се срути върху собствеността на Арканзас на съдия Х. Брай и изложи дълга поредица от 28 кръгови кости. Той помисли, че те могат да представляват научен интерес и изпрати пакет до Американското философско общество във Филаделфия. Никой не знаеше какво да направи с тях. Някои от утайките, прикрепени към костта, съдържаха малки черупки, които показваха, че някога голямото същество е живяло в древно море, но малко повече може да се каже с някаква сигурност.

Скоро дарението на Брай беше сравнено и дори надхвърлено от това на съдията Джон Крей от Алабама. Той беше открил прешлени и други фрагменти, докато взривяваше имота си, а също така изпрати няколко проби на обществото във Филаделфия. Ричард Харлан направи преглед на вкаменелостите, които бяха различни от всички, които той бе виждал преди. Той поиска още кости и скоро Крий изпрати части от черепа, челюстите, крайниците, ребрата и гръбнака на загадъчното създание. Като се има предвид, че и Крей, и Брай са казали, че са виждали непокътнати гръбначни колони с дължина над 100 фута, живото същество трябва да е било едно от най-големите гръбначни животни, живели някога. Но какво животно беше това?

Харлан смяташе, че костите са най-подобни на тези на изчезнали морски влечуги като плезозаврите с дълго гърло и рационализираните ихтиозаври. Той условно му присвои името Базилозавър. Той обаче не беше сигурен. Челюстта съдържа зъби, които се различават по размер и форма, характерно за бозайниците, но не и за повечето влечуги. Защо най-голямото изкопаемо влечуго, което някога е живяло, е имало подобни на бозайници зъби?



Харлан пътува до Лондон през 1839 г., за да представи Базилозавър на някои от водещите палеонтолози и анатоми на деня. Ричард Оуен, изгряваща звезда в академичната общност, внимателно изследва всяка кост и дори получава разрешение да нарязва зъбите, за да проучи тяхната микроскопична структура. Вниманието му към такива малки детайли в крайна сметка установи идентификацията на морското чудовище. Базилозавър наистина споделяше някои черти с морските влечуги, но това беше само повърхностен случай на сближаване - на животни в едно и също местообитание, развиващи подобни черти - тъй като и двата вида същества са живели в морето. Цялата съвкупност от черти, включително двойно вкоренени зъби, несъмнено е идентифицирана Базилозавър като бозайник.

След инспекция на прешлени и други фрагменти, открити в Алабама, Ричард Харлан от Американското философско общество във Филаделфия смята, че костите са най-подобни на тези на изчезналите морски влечуги. Той предварително му присвои името Базилозавър . На снимката е 3D модел на Базилозавър .(DK Limited / Corbis)

Илюстрация на родения в Германия фосилен колектор „Хидрархос“ на Алберт Кох, както се появи на показ.(От Fowler, O.S. 1846. The American Phrenological Journal and Miscellany, Vol. 8. New York: Fowler & Wells.)

Няколко години по-късно учен, работещ с различен екземпляр с колегите си, извади кост от черепа, изпусна го и той се разби на пода. Когато обезпокоените учени събраха фрагментите, те забелязаха, че костта вече разкрива вътрешното ухо. Имаше само един друг вид същество с вътрешно ухо, което съвпадаше: кит.

колко дълго издържат джак фенерите

Не след дълго истинската самоличност на Базилозавър е решена, теорията на Чарлз Дарвин за еволюция чрез естествен подбор повдига въпроси за това как са се развивали китовете. Вкаменелостите са толкова оскъдни, че не може да се направи определено определение, но в мисловен експеримент, включен в За произхода на видовете , Дарвин предположи как естественият подбор може да създаде подобно на кит същество с течение на времето:

В Северна Америка черната мечка е била видяна от [изследователя Самуел] Хърн да плува с часове с широко отворена уста, като по този начин улавя, подобно на кит, насекоми във водата. Дори и в толкова екстремен случай като този, ако доставките на насекоми са били постоянни и ако в страната вече не е имало по-добре приспособени конкуренти, не виждам никакви затруднения в това, че състезанието с мечки се извършва, чрез естествен подбор, все повече и повече водни по тяхната структура и навици, с все по-големи и по-големи усти, докато същество не е било произведено чудовищно като кит.

Дарвин беше широко осмиван за този пасаж. Критиците приеха, че той предполага, че мечките са преки предци на китовете. Дарвин не беше направил подобно нещо, но подигравките го накараха да промени пасажа в следващите издания на книгата. Но докато подготвяше шестото издание, той реши да включи малка бележка за Базилозавър . Пишейки на своя убеден адвокат Т.Х. Хъксли през 1871 г. Дарвин попита дали древният кит може да представлява преходна форма. Хъксли отговори, че не може да има малко съмнение в това Базилозавър предостави улики за произхода на китовете.

Хъксли си помисли Базилозавър поне е представлявал вида животно, което е свързало китовете със своите земни предци. Ако това беше вярно, тогава изглеждаше вероятно китовете да са еволюирали от някакъв сухоземен месояден бозайник. Обажда се още един изчезнал кит Сквалодон , изкопаем делфин с нечестива усмивка, пълна с триъгълни зъби, също намекна, че китовете са еволюирали от предците, които ядат месо. като Базилозавър все пак, Сквалодон е бил изцяло воден и е дал малко улики за конкретния запас, от който са произлезли китовете. Заедно тези изкопаеми китове висяха в някакъв научен крайник, очаквайки бъдещо откритие, което да ги свърже с техните предци, обитаващи земята.

Междувременно учените спекулираха за това какви биха могли да бъдат предците на китовете. Анатомът Уилям Хенри Цвете посочи, че тюлените и морските лъвове използват крайниците си, за да се движат през водата, докато китовете са загубили задните си крайници и са плували от трептенията на опашката си. Не можеше да си представи, че ранните китоподобни използват крайниците си, за да плуват и след това преминават към задвижване само с опашка в някакъв по-късен момент. Полуводните видри и бобрите, твърди той, са по-добри алтернативни модели за най-ранните земни предци на китовете. Ако ранните предци на китовете са имали големи, широки опашки, това би могло да обясни защо те са разработили такъв уникален начин на плуване.

Противно на хипотезата на месоядните животни на Хъксли, Флауър смята, че копитните или копитни бозайници споделят някои интригуващи скелетни прилики с китовете. Черепът на Базилозавър е имал повече общо с древни свинеподобни копитни животни, отколкото тюлени, като по този начин е дал общото име за морската свиня, морската свиня, пръстен на истината. Ако в крайна сметка могат да бъдат намерени древни всеядни копитни животни, разсъждава Цвете, вероятно е поне някои да бъдат добри кандидати за предците на ранните китове. Той си представял хипотетичен предшественик на китоподобни, който да се облекчи в плитчините:

Можем да завършим, като си представим някои примитивни генерализирани, преследващи блата животни с оскъдна покривка на косата като съвременния хипопотам, но с широки, плуващи опашки и къси крайници, всеядни по начин на хранене, вероятно комбиниращи водни растения с миди, червеи и сладководни ракообразни, постепенно ставайки все по-приспособени да запълнят празното място, готово за тях от водната страна на границата, на която са обитавали, и така постепенно да бъдат модифицирани в делфиноподобни същества, обитаващи езера и реки, и в крайна сметка да открият техния път в океана.

Фосилните останки от такова същество остават неуловими. Към началото на 20 век най-старите изкопаеми китове все още са представени от Базилозавър и подобни форми като Дорудон и Протоцет , всички от които бяха изцяло водни - нямаше вкаменелости, които да преодолеят разликата от сушата до морето. Както Е.Д. Cope признава в преглед на китовете от 1890 г .: Редът Cetacea е един от онези, за чийто произход нямаме категорични познания. Това състояние на нещата продължи десетилетия.

Докато анализира връзките на древни бозайници, които се хранят с месо през 1966 г., обаче, еволюционният биолог Лий Ван Вален е бил поразен от приликите между изчезналата група земноядни месоядни животни, наречени мезонихиди, и най-ранните известни китове. Често наричани вълци с копита, мезонихидите са средни до големи хищници с дълги, назъбени муцуни и пръсти, наклонени с копита, а не с остри нокти. Те бяха големи хищници в Северното полукълбо от малко след гибелта на динозаврите до преди около 30 милиона години и формата на зъбите им наподобяваше тези на китове като Протоцет .

Гледайте подводни кадри на бозайника и чуйте странните му щракащи звуци, които са от решаващо значение за оцеляването им Видео кадри от Тони Ву

Ван Вален предположи, че някои мезонихиди може да са били мочурливи, ядящи мекотели, които са уловили случайна риба, разширените фаланги [костите на пръстите и пръстите на краката] им помагат на влажни повърхности. Популация от мезонихиди в блатисто местообитание може да е била привлечена във водата от морски дарове. След като започнат да плуват за вечерята си, следващите поколения ще стават все по-водно адаптирани, докато не се развие нещо толкова чудовищно като кита.

Поразително откритие, направено в сухите пясъци на Пакистан, обявено от палеонтолозите от Университета на Мичиган Филип Джинджирич и Доналд Ръсел през 1981 г., най-накрая даде преходната форма, на която учените се надяваха. В сладководни утайки, датиращи преди около 53 милиона години, изследователите са открили вкаменелостите на животно, което са наричали Pakicetus inachus . Възстановено е малко повече от задната част на черепа на животното, но то притежава характеристика, която безпогрешно го свързва с китоподобните.

Китоподобните, подобно на много други бозайници, имат ушни кости, затворени в купол от кости от долната страна на черепите им, наречен слухова була. Там, където китовете се различават, е, че ръбът на купола, най-близък до средната линия на черепа, наречен involucrum, е изключително дебел, плътен и силно минерализиран. Това състояние се нарича пахиостеосклероза и китовете са единствените бозайници, за които е известно, че имат толкова силно удебелен неволя. Черепът на Пакикет изложи точно това състояние.

Дори по-добре, два фрагмента на челюстта показаха, че зъбите на Пакикет бяха много подобни на тези на мезонихидите. Оказа се, че Ван Вален е бил прав и Пакикет беше точно от вида на блатото, което той си беше представял. Фактът, че е открит в сладководни находища и не е имал специализации на вътрешното ухо за подводен слух, показва, че все още е било много рано във водния преход и Джинджирич и Ръсел са мислили за Пакикет като междинен етап на амфибия при прехода на китовете от сушата към морето, въпреки че те добавиха предупреждението, че посткраниалните останки [кости, различни от черепа] ще осигурят най-добрия тест на тази хипотеза. Учените имаха всички основания да бъдат предпазливи, но фактът, че е открит преходен кит, беше толкова страхотен, че реконструкциите на цялото тяло на Пакикет се появява в книги, списания и по телевизията. Представен е като същество с плътни крака, подобно на тюлен, животно, уловено между световете.

През 90-те години скелетите на повече или по-малко водно адаптирани древни китове или археоцети бяха открити с шеметна скорост. С този нов контекст обаче, здравата, подобна на печата форма за Пакикет изобразени на толкова много места започнаха да имат все по-малко смисъл. След това, през 2001 г., J.G.M. Thewissen и колегите описаха дълго търсения скелет (за разлика от само черепа) на Пакикет attocki . Това беше животно, подобно на вълк, а не гладкото, подобно на тюлен животно, което първоначално беше предвидено. Заедно с други наскоро открити родове като Хималаяцет , Амбулоцет , Remingtonocetus , Kutchicetus , Родоцет и Маяцет , тя се вписва плътно в колекция от археоцети, които изящно документират еволюционна радиация на ранни китове. Въпреки че не е поредица от преки предци и потомци, всеки род представлява определен етап от еволюцията на китовете. Заедно те илюстрират как е преминал целият преход.

кога е изобретен първият слънчев панел

Най-ранните известни археоцети са същества като 53-милионното Пакикет и малко по-възрастните Хималаяцет . Изглеждаха така, сякаш щяха да са по-у дома си на сушата, отколкото във водата и вероятно са обикаляли езера и реки, като правят гребла на кучетата. Милион години по-късно са живели Амбулоцет , ранен кит с череп, подобен на крокодил, и големи стъпала. След това се появиха дълго носещите и подобни на видри ремингтоноцетиди, включително малки форми като 46-милионното Kutchicetus . Тези ранни китове са живели в близост до бреговата среда, от солените блата до плиткото море.

Живеенето по едно и също време с ремингтоноцетидите е друга група от още по-водно приспособени китове, протоцетидите. Тези форми, като Родоцет , са били почти изцяло водни, а някои по-късни протоцетиди, като Протоцет и Georgiacetus , почти сигурно живееха целия си живот в морето. Тази промяна позволи на напълно водните китове да разширят ареала си до бреговете на други континенти и да се разнообразят, а по-лъскавите базилозавриди като Дорудон , Базилозавър и Зигорхиз населени топлите морета на късния еоцен. В крайна сметка тези форми изчезнаха, но не преди да дадат началото на ранните представители на двете групи китове, живи днес, на зъбците и китовете на китките. Ранните представители на тези групи се появиха преди около 33 милиона години и в крайна сметка породиха форми, толкова разнообразни като делфина на река Яндзъ и гигантския син кит.

Изследванията, излезли от областта на молекулярната биология, противоречат на заключението на палеонтолозите, че китовете са еволюирали от мезонихиди. Когато гените и аминокиселинните последователности на живите китове се сравняват с тези на други бозайници, резултатите често показват, че китовете са най-тясно свързани с артиодактилите - еднокопитни копитни животни като антилопа, прасета и елени. Още по-изненадващо беше, че сравненията на тези протеини, използвани за определяне на еволюционните връзки, често поставяха китове в рамките на Artiodactyla като най-близките живи роднини на хипопотами.

Този конфликт между палеонтологичната и молекулярната хипотези изглеждаше неразрешим. Мезонихидите не могат да бъдат изследвани от молекулярни биолози, тъй като те са изчезнали и не са открити скелетни черти, които да свържат окончателно археоцетите с древните артиодактили. Кои бяха по-надеждни, зъби или гени? Но конфликтът не беше без надежда за разрешаване. Много от скелетите на най-ранните археоцети са били изключително фрагментарни и често са липсвали костите на глезена и стъпалото. Една конкретна глезенна кост, астрагалът, имаше потенциала да уреди дебата. В артиодактилите тази кост има незабавно разпознаваема форма на двойна ролка, характерна мезонихида не споделя. Ако можеше да бъде открит астрагал на ранен археоцет, това би осигурило важен тест за двете хипотези.

През 2001 г. археоцетите, притежаващи тази кост, бяха най-накрая описани и резултатите бяха безпогрешни. Археоцетите са имали двустранен астрагал, потвърждавайки, че китоподобните са се развили от артиодактили. Мезонихидите не са били предци на китове, а хипопотамите сега са известни като най-близките живи роднини на китовете.

Наскоро учените определиха коя група праисторически артиодактили са породили китове. През 2007 г. Thewissen и други сътрудници обявиха това Индохий , дребен бозайник, подобен на елени, принадлежащ към група изчезнали артиодактили, наречени raoellids, е най-близкият известен по отношение на китовете. Докато подготвяше долната страна на черепа на Индохий , студент в лабораторията на Thewissen откъсна секцията, покриваща вътрешното ухо. Беше дебел и силно минерализиран, точно като костта в китовите уши. Изследването на останалата част от скелета също разкри това Индохий имаше кости, белязани от подобен вид удебеляване, адаптация, споделена от бозайници, които прекарват много време във водата. Когато данните за вкаменелостите бяха комбинирани с генетични данни от Джонатан Гайслер и Дженифър Теодор през 2009 г., се появи ново родословно дърво на китове. Раолидите харесват Индохий са били най-близките роднини на китовете, като хипопотамите са следващите най-близки роднини и на двете групи, взети заедно. Най-накрая китовете могат да бъдат здраво вкоренени в еволюционното дърво на бозайниците.

Адаптиран от Написано в Stone: Evolution, Fossil Record и нашето място в природата , от Брайън Суйтек. Copyright 2010. С разрешението на издателя, Bellevue Literary Press.





^