Как медведи обманули эволюцию, несколько раз меняя строение зубов

Медведи выглядят как типичные млекопитающие, но в их эволюционной истории скрыты два драматических отклонения от стандартного биологического плана развития. Впервые ученые выяснили, когда и как древние медведи нарушили правила природы, приспособившись к меняющимся условиям среды. Это не самое важное, но очень интересное открытие в мире природы, которые дает понимание того, как именно развивались виды и как они могут развиваться дальше.

Медведи те еще читеры. Чего только не придумаешь, когда есть нечего.

Как определить тип питания по зубам

Исследователи из Баварских государственных естественнонаучных коллекций изучили челюсти медведей в исторической перспективе и обнаружили нечто необычное для млекопитающих. Древние медведи не просто эволюционировали, получив новые зубы — они переписали одно из базовых правил, управляющих развитием коренных зубов у млекопитающих. Более того, они изменили этот план дважды в ответ на масштабные климатические изменения, повлиявшие на рацион питания. Эти изменения до сих пор видны у всех живущих видов медведей.

Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!

Зубная система — один из самых недооцененных инструментов в биологии. То, что находится в наших ртах, может многое рассказать об эволюции, экологии, поведении, питании и даже климате. По этой причине, а также благодаря своей прочности, зубы называют черным ящиком природы. У большинства видов млекопитающих коренные зубы развиваются по предсказуемой схеме. Когда формируется каждый зуб, он выделяет химические сигналы, частично подавляющие рост следующего, создавая аккуратный градиент вдоль челюсти.

Эта модель каскада достаточно надежна, чтобы хищников, травоядных и всеядных можно было предсказуемо разделить при сравнении их зубов. Например, у хищных млекопитающих первый коренной зуб обычно больше третьего, в то время как у травоядных все наоборот.

Эволюция зубов

Медведи, однако, не вписываются в эту модель. Их средний (второй) коренной зуб непропорционально велик, и все семейство всегда находилось в противоречии с законами природы. В новом исследовании ученые изучили челюсти медведей сквозь время — от древних окаменелостей возрастом не менее 13 миллионов лет, относящихся к миоцену, до современных видов.

Почему у кур могут вырасти зубы — редкий случай эволюции.

Первое крупное нарушение правил произошло около 3,6 миллиона лет назад у Ursus minimus, медведя позднего плиоцена и общего предка большинства современных видов. Его увеличенный средний коренной зуб ознаменовал существенный сдвиг в развитии по сравнению с предшественником Ursus boeckhi. Эти два вида существовали по разные стороны периода климатических потрясений от раннего к позднему плиоцену на территории современной Европы, где в то время развивалась эта ветвь медвежьего семейства.

Среда обитания изменилась от теплых влажных субтропических лесов к более прохладным и сухим ландшафтам с преобладанием редколесья и появляющихся травянистых равнин. Мелкие позвоночные, древесные млекопитающие, птицы и рептилии, составлявшие основу рациона U. boeckhi, стали менее многочисленными. Крупные пастбищные млекопитающие, обосновавшиеся на этих новых открытых пространствах, были слишком велики для этих относительно небольших медведей. Однако растительная пища, корни, клубни, семена, орехи и беспозвоночные стали более доступными, что привело к переходу медведей на более всеядный рацион.

Примеров смены эволюционного пути наверняка намного больше, но в данном случае были исследованы только медведи.

Эволюция предоставила решение: у медведей произошло снижение молекулярных ингибиторных сигналов, производимых первым коренным зубом. Это позволило второму коренному зубу вырасти необычно большим — больше, чем должны позволять стандартные правила развития зубов. Исследователи называют эту новую конфигурацию частичным ингибиторным каскадом, поскольку общая схема все еще следует направлению роста коренных зубов других млекопитающих, но вся система смещена вверх благодаря увеличенному среднему зубу.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Второе изменение развития зубов

Второе нарушение правил произошло примерно от 1,25 до 0,7 миллиона лет назад, во время перехода от раннего к среднему плейстоцену, когда луга распространились по Европе, а климат стал холоднее. В этот период предки доисторических пещерных медведей (Ursus spelaeus), Ursus deningeri, становились все более травоядными. И снова произошла корректировка программы роста коренных зубов — на этот раз снижение ингибиторных сигналов от второго коренного зуба позволило третьему вырасти больше, добавив перетирающей способности для переработки растительной пищи.

Аннеке ван Хетерен, отвечающая за коллекцию млекопитающих в SNSB, отмечает, что баланс химических соединений, которые подавляют или активируют рост различных коренных зубов, изменился в эти периоды. Эти сдвиги, вероятно, связаны с адаптацией рациона медведей в ходе эволюции. На пути от хищников к всеядным или травоядным медведи приспособились к измененному спектру пищи, но без следования стандартной модели развития зубов.

Если ищите что-то интересное на AliExpress, не проходите мимо Telegram-канала "Сундук Али-Бабы"!

Наследие древних изменений

Спустя миллион лет современные медведи все еще несут древние модификации. Бурые имеют увеличенные вторые коренные зубы, связанные с всеядностью. Белые медведи, несмотря на то что являются высокоспециализированными хищниками, также имеют такое же строение, хотя больше не нуждаются в перетирании растений. Даже большие панды сохраняют базовую схему, хотя их путь сильно отклонился — у них усиленные челюсти и выдающиеся премоляры, а не увеличенные коренные зубы, для борьбы с бамбуком.

Белым медведям не нужны зубы для перетирания растительной пищи.

Хотя это может показаться нормальной эволюционной реакцией на меняющийся мир, модель ингибиторного каскада представляет собой строго контролируемое правило развития, управляющее ростом коренных зубов у большей части млекопитающих. Тем не менее медведи нашли способы обойти эти ограничения дважды, взломав саму программу развития — и это все еще видно в ртах их потомков сегодня.

Исследователи также отмечают южноамериканского очкового медведя (Tremarctos ornatus) как вид, который не совсем вписывается в эту историю. Он несет характерную схему с большим вторым коренным зубом, унаследованную от древних медведей-нарушителей правил, но поскольку ни один из его вымерших короткомордых родственников не был представлен в наборе окаменелостей этого исследования, ученые все еще не знают, как развилось это необычное зубное строение.