Οι επιστήμονες έλυσαν το μυστήριο 320 εκατομμυρίων ετών της θωράκισης οστών ερπετών

Από τότε, το οστό του δέρματος παρέμεινε ένα Επαναλαμβανόμενα μοτίβα Ωστόσο, ξέρουμε εκπληκτικά λίγα για αυτούς στην εξέλιξη. Γιατί επανεμφανίστηκαν σε ομάδες τόσο διαφορετικές όπως οι χελώνες, οι κροκόδειλοι, οι σαύρες, τα φίδια, ακόμη και οι δεινόσαυροι; Και υπήρχε ένας μόνο πρόγονος με δερμάτινα κόκαλα που τους γέννησε όλους;

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Biological Journal of the Linnean SocietyΕξετάζουμε αυτό το ερώτημα. Συνδυάζουμε απολιθώματα με σύγχρονα υπολογιστικά εργαλεία για την ανακατασκευή 320 εκατομμυρίων ετών εξέλιξης του δερματικού οστού των ερπετών.

Αυτό που βρήκαμε βάζει ένα τέλος σε μια συζήτηση αιώνων: τα οστά του δέρματος έχουν πράγματι εξελιχθεί ανεξάρτητα σε πολλαπλές γενεαλογίες σαύρων. Στη διαδικασία, βρήκαμε επίσης μια μοναδική εξελικτική επιστροφή στην πιο εμβληματική ομάδα τους – τους γκοάννα.

Όταν τα οστά επέπλεαν

Τα πρώτα δερματικά οστά στο αρχείο απολιθωμάτων μπορεί να χρονολογούνται 475 εκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, μερικά αρχαία σπονδυλωτά εξελίχθηκαν Ευρύς οστέινος εξωσκελετός.

Αυτό μπορεί να φαίνεται αδιανόητο, καθώς τα σπονδυλωτά ορίζονται κυριολεκτικά ότι έχουν ραχοκοκαλιά. Ωστόσο, ο οστέινος εσωτερικός τους σκελετός δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί 50 εκατομμύρια χρόνια μετά.

Σε όλη την εξελικτική ιστορία, η ικανότητα του δέρματος να σχηματίζει οστικό ιστό έχει επανειλημμένα εμφανιστεί. Τα λέπια ψαριών είναι ένα παράδειγμα.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι τα οστεόδερμα – τα δερματικά οστά των ζώων που κατοικούν στην ξηρά. Αφού έφυγαν από το νερό στο μακρινό παρελθόν, τα οστεόδερμα μπορεί να παρέμειναν Βοηθούσε τα ζώα να προσαρμοστούν στην επίγεια ζωή.

Από εκεί και πέρα, η εικόνα είναι λιγότερο σαφής. Τα οστεόδερμα έχουν εξαφανιστεί στα περισσότερα γένη, Ωστόσο, συνεχίζουν να επανεμφανίζονταιΕιδικά στα ερπετά. Για να καταλάβουμε πώς συνέβη αυτό, πρέπει να συνθέσουμε ένα σύνθετο εξελικτικό παζλ.

Μια ιστορία αφηγημένη με κόκαλα

Φανταστείτε να φτάσετε πολύ μετά από μια ληστεία τράπεζας. Δεν υπάρχει τέλειος μάρτυρας. Μιλάς με δεκάδες ανθρώπους – ένας βλέπει το αυτοκίνητο απόδρασης, ένας άλλος παρατηρεί το μπουφάν του ληστή. Κάποιος άλλος άκουσε τον συναγερμό.

Κάθε ιστορία είναι ημιτελής, και μερικές μάλιστα έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Αλλά καθώς συλλέγετε περισσότερους λογαριασμούς, ορισμένες λεπτομέρειες αρχίζουν να ευθυγραμμίζονται. Τέλος, προκύπτει μια συνεκτική εικόνα.

Έτσι προσεγγίζουμε το μυστήριο των οστών του δέρματος των ερπετών. Γίναμε μάρτυρες 643 ζωντανών και εξαφανισμένων ειδών. Το καθένα σχετιζόταν με τα άλλα κατά κάποιο τρόπο και παρείχε μια μοναδική οπτική. Συνεχίζουμε να ερευνούμε μέχρι να αρχίσουν να συγκεντρώνονται οι ιστορίες τους.

Βρήκαμε ότι οι περισσότερες σαύρες ανέπτυξαν οστεόδερμα πριν από περισσότερα από 100 εκατομμύρια χρόνια κατά την Πρώιμη Ιουρασική και την Πρώιμη Κρητιδική. Τότε είναι που μερικά είναι τα περισσότερα Εμβληματικοί δεινόσαυροι περιπλανήθηκαν στη γησυμπεριλαμβανομένου του πύργου Βραχιόσαυροςάγριος Αλλόσαυροςκαι με πλάτη πλάκας Στεγόσαυρος.

Το κλίμα και το οικοσύστημα ήταν ταχεία αλλαγήΔημιουργήστε νέες προκλήσεις και ευκαιρίες. Η πανοπλία βοήθησε τις σαύρες να επιβιώσουν από τα αρπακτικά, να αντιμετωπίσουν σκληρά περιβάλλοντα ή να μετακινηθούν σε νέα ενδιαιτήματα.

Μετά από μια πρώιμη έκρηξη της εξέλιξης του οστεοδέρματος, ο ρυθμός επιβραδύνθηκε και οι περισσότερες ομάδες έχουν διατηρήσει τα δερματικά τους οστά έκτοτε.

Με μια σημαντική εξαίρεση.

Επιστροφή στη Γκοάνα

Οι πρόγονοι των σαυρών μόνιτορ, γνωστές και ως goannas στην Αυστραλία, έχασαν εντελώς τα οστεόδερμα – πιθανώς επειδή ο ενεργός τρόπος ζωής και το αποτελεσματικό σώμα τους λειτουργούσαν καλά χωρίς υπερβολικό βάρος.

Όταν όμως οι απόγονοί τους έφτασαν στην Αυστραλία πριν από 20 εκατομμύρια χρόνιαΣυνέβη κάτι αξιοσημείωτο: μεγάλωσαν ξανά.

Μπορούμε να εντοπίσουμε αυτή την επανεξέλιξη στην εποχή του Μειόκαινου, όταν το κλίμα της Αυστραλίας γινόταν πιο ξηρό. Βοήθησε στη μείωση των πτυχών του δέρματος Παρέχεται ζημιά από το νερό και πιθανή προστασία Σε ανοιχτά, ξερά τοπία.

Παραδόξως, οι goannas είναι η μόνη γνωστή γενεαλογία σαύρας που ανακτά τα οστεόδερμα μετά την απώλεια τους. Αυτή είναι η πρόκληση Ο νόμος του Dolloτο οποίο υποστηρίζει ότι από τη στιγμή που ένα σύνθετο χαρακτηριστικό εξαφανιστεί, δεν μπορεί να εξελιχθεί ξανά.

Ρύθμιση μιας διαμάχης αιώνων

Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι οι σαύρες κληρονόμησαν οστεόδερμα. κοινός πρόγονος.

Αυτή η άποψη αργότερα έδωσε τη θέση της στην ιδέα αυτών των οστέινων πλακών αναπτύχθηκε ανεξάρτητα Ανάμεσα στις επιλεγμένες ομάδες. Διαμάχη για Η υποκείμενη εξελικτική διαδικασία ακολούθησε, ακόμη και σε μοριακό επίπεδο, αλλά αυτές οι συζητήσεις προχώρησαν χωρίς να εδραιωθεί η προέλευση των οστεοδερμάτων σε ένα σαφές εξελικτικό χρονοδιάγραμμα που οδήγησε στα σημερινά ερπετά.

Η μελέτη μας παρέχει αυτό το θεμέλιο και είμαστε περήφανοι που δημοσιεύτηκε στο ίδιο περιοδικό όπου ο Κάρολος Δαρβίνος μοιράστηκε για πρώτη φορά τις πρωτοποριακές του ιδέες. Από πολλές απόψεις, η δουλειά μας είναι μια σύνθεση του παρελθόντος και του παρόντος.

Τα απολιθώματα μάς βοήθησαν να λύσουμε ένα μακροχρόνιο ερώτημα, αλλά μόνο η σύγχρονη πληροφορική κατέστησε δυνατή τη συμπύκνωση χιλιάδων εξελικτικών σεναρίων, το καθένα από τα οποία ενημερώθηκε από εκατοντάδες είδη δεδομένων χαρακτηριστικών, σε μια ενιαία, συνεκτική ιστορία.

Τα στοιχεία είναι ξεκάθαρα: τα οστεόδερμα έχουν εξελιχθεί ανεξάρτητα πολλές φορές σε διαφορετικές γενεαλογίες σαυρών για εκατομμύρια χρόνια. Τώρα που το γνωρίζουμε αυτό, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να διερευνήσουν τις γενετικές και αναπτυξιακές διεργασίες πίσω από αυτές.

Μεταξύ των σαύρων, οι goannas ξεχωρίζουν ως η μόνη γενεαλογία που είναι γνωστό ότι έχασε αυτή την πανοπλία, μόνο για να την ανακτήσει σε μια αξιοσημείωτη εξελικτική ανατροπή. Αυτό το σχέδιο ταιριάζει άψογα σε άλλες εξελικτικές παραξενιές που συναντάμε στην Αυστραλία, όπου κυριαρχούν τα μαρσιποφόρα και τα θηλαστικά γεννούν αυγά.

Δείχνει επίσης ότι η εξέλιξη σπάνια ακολουθεί μια ευθεία πορεία, αντίθετα ελίσσεται στις συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες του πλανήτη μας.