Бръсначът на Окам: Еволюцията на костенурките

Медиакафе и блогът "Бръсначът на Окам" продължават рубриката, която се надяваме да следите всеки вторник: предоставяне по лесно четаем, но пълноценен начин на различни теории от математиката, биологията, физиката и други свързани дисциплини. След като преди седмица научихме как рибите се научиха да ходят, сега е ред на еволюцията на костенурките:

Преди 345-395 милиона години, през девон, на сушата излизат първите гръбначни животни – ръкоперковите риби, от които по-късно произлизат земноводните. Влечугите се появяват през следващия период – карбон и вече напълно се откъсват от водната среда. Костенурките излизат на еволюционната сцена в края на триас, преди около 220 милиона години – преди динозаврите, влечугите, бозайниците и птиците. Те са едни от най-старите влечуги, доживели до наши дни, благодарение на специфичната си защита от врагове и умението си да се приспособят към различни условия. Още през първата половина на XIX век. са правени опити да се намерят най-близките роднини на костенурките. Отначало за такива са смятали завроптеригиите (Sauropterygia) – група изчезнали влечуги, чиито начин на живот бил тясно свързан с водата. Сред тях са плакодонтите, външно доста наподобяващи костенурките.

Една група "фалшиви" костенурки или как може да се стигне до една и съща печеливша идея

На пръв поглед е лесно да се проследи фосилната история на костенурките, следвайки описанието: "бавно движещи се животни с голяма твърда коруба с къси дебели крака". Но когато обитават приблизително едни и същи екосистеми, независимо един от друг могат да възникват сходни белези в групи организми, които нямат близкородствени връзки. Любопитен пример за такава конвергентна еволюция са плакодонтите (Placodontia) – неясно семейство триаски влечуги, тясно свързани с плезиозаврите и плиозаври. Някои от морските членове на това семейство като Henodus , Placochelys и Psephoderma – изглеждат обезпокоително като истински костенурки: с къси и дебели глави и крака, твърди черупки и понякога – беззъби човки. И въпреки това, те не са костенурки за съжаление. Изчезнали преди около 200 милиона години като група.

Плакодонти – наподобяващи, но неродствени на костенурките древни влечуги

Henodus Henodus – илюстрация от © Dinosaures et autres animaux de la préhistoire Könemann

Placochelys

Placochelys – илюстрация от © Dinosaures et autres animaux de la préhistoire Könemann

Psephoderma

Psephoderma – рисунка NGZver

Почти неизменни

Proganochelys Proganochelys – илюстрации: горе – The origin of turtles и La Tortuga de Mar

Костенурките са едни от най-древните влечуги, които в момента живеят на Земята и може би най-консервативнaта група. През последните 200 милиона години костенурките не са променили много външния си вид – може би защото тяхната най-забележима характеристика – черупката – е била щит не само срещу хищниците, но и срещу слънчевата или друга радиация, основния виновник за мутациите в гените на живите организми. Доскоро за най-старите фосили на истински костенурки са се смятали откритите в Европа (Proganochelys; Paleochersis) и Южна Америка (Proterochersis). Появили са се преди 210 милиона години, през късния триас. Имали са напълно оформена коруба, череп и клюн от костенурков тип. Но се забелязват някои примитивни черти: просто ухо, малки зъби, вярно, останали само на небцето и изчезнали на челюстите. Освен това, тези костенурки, за разлика от днешните, не са могли да скриват в корубата главата и краката си. Крайниците и шията били защитени от твърди заострени люспи. Проганохелисът дотолкова наподобява съвременните костенурки, че те доскоро бяха любим пример на креционистите за "неизмеността" на животинския и растителен свят. "Нима може корубата да възникне внезапно?"

Къде са липсващите преходни връзки?

Каква е ползата, питат фанатичните привърженици на креационизма, от половин коруба?

Odontochelys semitestaceaOdontochelys semitestacea – Автор на илюстрацията – Marlene Donnelly

Точно на този въпрос отговаря една сравнително скорошна находка (2008г) в Китай – Odontochelys semitestacea. Това е е древна водна костенурка, най-древната открита досега – от преди 220 милиона години. От името й можем да разберем, че за разлика от съвременните костенурки има зъби и наистина половин коруба, а също и много по-дълга опашка, т.е има достатъчно белези за да влезе в ролята на "липсващото звено". Коремът й е брониран с т.нар."пластрон", който е почти същия като на съвременните морски костенурки. Но почти напълно липсва гръбната част на корубата, известна като (карапакс). По-точно е слабо развит и не е можел да служи на костенурката за отбрана. Той е прекалено мек, защото липсва вътрешната част, състояща се при съвременните костенурки от кости. Но каква е ползата от половин коруба? Защо са покрити с броня осамо отдолу, а не и отгоре? Може би заради заплаха от дъното, което означава, че тези същества са прекарали много време близо до повърхността. трябвало е да излизат на повърхността за да дишат. Акулите често атакуват отдолу и вероятно са били сериозна заплаха и за Odontochelys и няма причина да вярваме, че техните ловни навици са били различни в онези дни. Находката на Odontochelys потвърдждава една от версиите, предложена от палеонтолозите, че корубата на костенурките се е развила постепенно като ребрата и костите на гръбначния стълб постепенно са се разширявали. Някои, в това число китайските учени, които първи представили Одонтохелиса (Ли, Ву, Вонг и Жао) смятат, че той е на път да се сдобие с коруба, т.е. корубата се е формирала във водна среда.

"Това е липсващото междинно звено" – казва Чун Ли от Китайската академия на науките, в разговор с журналист на Ройтерс. Според палеонтолога Оливер Рипел (Olivier Rieppel ) от Музея Филд в Чикаго, "здравият коремен щит е необходим за съществуването на Одонтохелиса във водна среда, по всяка вероятност – морска. Сухоземните рептилии притискат корема си към земята за да не е уязвим за хищниците ". Изучаването на одонтохелиса показало, че костите на бронята са започнали да се разрастват отдолу. "Първо се е появил пластрона, а чак след като се е оформил, се появява и карапакса" – уверен е Ли. Неговата догадка се подтвърждава от развитието на съвременните ембриони на костенурките, при които първо се формира коремния щит, а след това, с разширяването на ребрата – гръбния.

Двама канадски биолози Робърт Рейс и Джейсън Хийд (Robert Reisz, Jason Head) от университета в Торонто имат алтернативен възглед – според тях Odontochelys може да е имал карапакс, но не костен, а подобен на някои от днешните морски костенурки, като гигантските кожести костенурки, почти изгубили щита си. Възможно е корубата да се е развила на сушата у някоя още по-древна костенурка, преди предците на Odontochelys да се върнат обратно във водата.

Онтогенезата повтаря филогенезата

Друг подход, с който учените се стремят да разберат произхода на корубата е като се изучават ембрионите на съвременните костенурки. Известно е, че на ранни етапи от развитието им се появява гънка, наречена "карапаксален гребен" (Burke, 1989). Той е разположен между зачатъците на предните и задните крайници.

Odontochelys semitestacea

Eмбрион на пиле и костенурка. Със стрелки е показан карапаксалния гребен. Илюстрация: Nagashima, 2009

Японски биолози, ръководени от Хироши Нагашима (Nagashima, 2009) решили да определят реда на появата на структурите в развитието на костенурковия ембрион като изследвали китайската мекотела костенурка (Pelodiscus sinensis). В резултат на проучването, те открили, че с растежа на малките костенурки, върху стеничката на тялото на ембриона постепенно започва да се оформя гънка навътре към центъра на тялото на животното. В резултат на това, се образува ръба на бъдещата коруба, като лопатката остава във вътрешността на гръдния кош.

Odontochelys semitestacea

Развитието на корубата на костенурката започва с карапаксалния гребен (схема a, в червено). Както е показано в напречното сечение (през червения пунктир в схема а). Карапаксалния гребен "избутва" ребрата, които растат встрани (схема b), за разлика от другите амниоти, при които ребрата растат напред, към гърдите (схема c). Илюстрация: Nagashima, 2009

Техните резултати показват също приликата между ранните форми на костенурковия ембрион и Odontochelys.

Odontochelys semitestacea

 

Илюстрация: Nagashima, 2009

В палеонтологичната летопис на костенурките се появяват внезапно и напълно оформени коруби. Липсата на преходни форми между костенурките и "типичните" четириноги, позволява да се предположи, че образуването на тази група е резултат на много бързи морфологични промени, т.е. салтационни ("Morphogenesis of the turtle shell: the development of a novel structure in tetrapod evolution" Gilbert и сътр., 2001). Рипел в публикацията си Turtles as hopeful monsters (Rieppel, 2001) нарича такива животни "успешни чудовища". Местоположението на лопатките при костенурки е наистина уникално – при всички други гръбначни животни, лопатките са върху външната страна на ребрата, но при костенурките, те са от вътрешната страна.

взаимно разположение на ребра и лопатки при различни гръбначни

Взаимно разположение на ребра и лопатки при различни гръбначни. Илюстрация: Nagashima, 2009

Въпреки всичко, произходът на костенурките остава една от най-големите мистерии при гръбначните животни.

Ако искате да научите повече: Еволюцията на костенурките

За автора

Вашият коментар