Przemieszczanie zwierząt z lądu do morza miało miejsce kilka razy w ciągu ostatnich 250 milionów lat i zostało to udokumentowane na wiele różnych i osobliwych sposobów. Ale teraz, po raz pierwszy, zespół naukowców opracował przegląd, który nie tylko zapewnia wgląd w ewolucję, ale może również pomóc w dokładniejszej ocenie wpływu ludzi na planetę.
powiązana zawartość
- Za kulisami z kuratorem Nickiem Pyensonem: nowy kopalny wieloryb
W oceanach roi się od czworonogów - „czworonożnych” ptaków, gadów, ssaków i płazów - które wielokrotnie przechodziły z lądu do morza, dostosowując nogi do płetw. Przejścia często były skorelowane z masowym wymarciem, ale prawdziwe przyczyny są tylko częściowo znane na podstawie skamielin i na przykład poprzez badanie klimatu Ziemi.
Przejścia te są uważane za „kanoniczne ilustracje” procesu ewolucyjnego, a zatem idealne do badań; żywe czworonogi morskie - takie jak wieloryby, foki, wydry i lwy morskie - również mają duży wpływ ekologiczny, jak twierdzą Neil P. Kelley i Nicholas D. Pyenson, dwaj naukowcy z Smithsonian, którzy opracowali nowe spojrzenie na te czworonogi, pojawiające się w tym tygodniu w czasopiśmie Science .
Zamiast zbierać dowody z jednego pola, para zebrała razem badania z wielu dyscyplin, w tym paleontologii, biologii molekularnej i ekologii ochrony, aby uzyskać znacznie szerszy obraz tego, co działo się, gdy zwierzęta przenosiły się z lądu do morza przez tysiąclecia.
Niemal z konieczności naukowcy pracują w wąskich silosach, więc te badania pomogą poszerzyć ich poglądy i potencjalnie przyspieszyć postęp w zrozumieniu ewolucji. Wiedza o tym, jak te stworzenia przystosowały się w ciągu ostatnich kilkuset milionów lat, a zwłaszcza o tym, jak zmieniły się w erze, odkąd pojawili się ludzie, może pomóc nam stać się lepszymi zarządcami planety.
„Jest to jedyne w swoim rodzaju podsumowanie wszystkiego, co wiadomo o różnych grupach, które ewoluowały, aby wrócić do morza”, mówi Louis L. Jacobs, profesor nauk o ziemi i prezes Instytutu Badań Ziemi i Man na Southern Methodist University. Dodał, że artykuł przedstawia to wszystko w sposób umożliwiający naukowcom dokonywanie porównań między gatunkami.
„Recenzja naprawdę koncentruje się na ewolucji i dlaczego badanie ewolucji jest ważne” - mówi Sterling Nesbitt, adiunkt w dziedzinie nauk przyrodniczych w Virginia Polytechnic Institute i State University. Nesbitt koncentruje się na ewolucji kręgowców - nie na zwierzętach morskich - ale mówi, że prace badaczy Smithsonian pomogą mu i jego uczniom zrozumieć, na przykład, w jaki sposób niektóre zwierzęta lądowe mogły przystosować się do życia na drzewach.
Badanie „zapewnia także kontekst ewolucyjny dla zrozumienia, w jaki sposób żywe gatunki drapieżników morskich będą ewoluować i dostosowywać się do życia w antropocenie”, mówi Kelley, główny autor artykułu i badacz w dziale paleobiologii Narodowego Muzeum Historii Naturalnej. Dodaje, że celowo wybrał użycie w artykule terminu „antropocen”. Niektórzy naukowcy używają go do opisania obecnej epoki geologicznej, ale również do oznaczenia, że jest to czas, w którym ludzie wydają się odgrywać dominującą rolę w kierunku planety.
W ciągu 300 milionów lat wiele gatunków, od fok po mosasaury, niezależnie opracowało podobne usprawnione kończyny przednie (do pływania), kiedy przeniosły się z życia na lądzie do oceanu. (Neil Kelley i Nick Pyenson, NMNH) „Nie tylko akademickie jest wyobrażanie sobie, jaki może być los tych zwierząt” - mówi Kelley, dodając, że drapieżniki morskie są szczególnie ważnymi ekologicznie graczami. „Może to mieć duży wpływ, jeśli stracimy tych drapieżników” - mówi.
Artykuł Kelleya i Pyensona czerpie z 147 badań przeprowadzonych głównie w różnych dziedzinach, co daje bogaty przegląd niektórych równoległych adaptacji, które miały miejsce wśród wielu gatunków czworonogów morskich. To wyjątkowo kuszące, mówi Jacobs.
Wśród wielu wątków praca uwypukla stosunkowo nową linię badań zwaną rekonstrukcją pigmentu kopalnego, techniką, która daje naukowcom możliwość określenia, na podstawie skamieliny, koloru pióra starożytnego ptaka lub skóry prehistorycznego gada. Ubarwienie może dostarczyć wskazówek, w jaki sposób gatunki dostosowują się do środowiska. Na przykład jedno badanie wykazało, że starożytne gady morskie miały ciemne zabarwienie, „prawdopodobnie do regulacji temperatury lub ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym”, piszą naukowcy.
Badania genomowe pomagają również wyjaśnić powody, dla których zwierzęta morskie z różnymi przodkami lądowymi opracowały podobne adaptacje, gdy weszły do oceanu, jak twierdzą autorzy. Na przykład zarówno wieloryby dziobowe, jak i foki ewoluowały, aby mieć zdolność do przechowywania mioglobiny - białka wiążącego tlen - w swoich mięśniach. Daje to głębokim nurkom możliwość przetrwania pod wodą przez długi czas. Przed genomiką naukowcy nie byli w stanie prześledzić tej podobnej zdolności aż do poziomu molekularnego, mówi Kelley.
Ale teraz widzą, że te różne rodzaje nurków morskich mogą mieć te same mechanizmy komórkowe. „Istnieje głębokie połączenie ewolucyjne” - mówi Pyenson, kustosz ssaków kopalnych w Muzeum Historii Naturalnej. Pytanie brzmi teraz, czy sekwencje genetyczne można powiązać z konkretnymi zachowaniami, typem ciała, zdolnością oddychania lub rozwojem płetw. „Nie wiemy jeszcze, ale możemy to zrobić w ciągu najbliższych pięciu lat” - dodaje Kelley.
Oddzielone w czasie przez ponad 50 milionów lat, współczesne delfiny i wymarłe ichtiozaury wywodziły się z różnych gatunków lądowych, ale nadal rozwinęły podobne rybopodobne ciało. (Dolphin, NOAA. Ichthyosaur, dzięki uprzejmości Lindgren i in., Nature Publishing Group) Przegląd obejmuje także różne badania, które pokazują wpływ człowieka na ewolucję czworonogów. Ludzie polowali na różne czworonogi prawie do wyginięcia, a działalność człowieka wydaje się pośrednio przyspieszać znikanie innych. Sześć z siedmiu gatunków żółwi morskich jest zagrożonych. A delfin rzeki Jangcy, występujący tylko w tej rzece w Chinach, został uznany za wymarły w 2006 r. W wyniku wypadków morskich i degradacji siedlisk.
Ale niektóre czworonogi przechytrzyły ludzi. Wieloryby szare, które uważano za żyjące tylko na Pacyfiku, niedawno znaleziono na Atlantyku. „Najlepszym przypuszczeniem, jak się tam dostali, jest to, że poruszają się przez Arktykę”, mówi Kelley, zauważając, że lód stopił się wystarczająco, aby umożliwić przejście przez wodę. Dane skamielin wskazują, że szaleje wieloryby kiedyś żyły na Atlantyku około 100 milionów lat temu, więc ich powrót może być procesem rekolonizacji, mówi Kelley.
Kelley i Pyenson mają nadzieję, że ich praca motywuje do dalszej współpracy, na przykład między paleontologami, biologami i ekologami, w celu połączenia przeszłości i teraźniejszości - szczególnie w celu bliższego przyjrzenia się zwierzętom morskim. Ludzie „mają ogromny wpływ na przyszłość”, mówi Pyenson. Przegląd pomaga odpowiedzieć na pytanie „jaki będzie los tych ważnych ekologicznie gatunków?”
„Zrozumienie oceanu jest niezbędne dla ludzi na tej planecie”, mówi Jacobs, zauważając, że odgrywa on ważną rolę w ekosystemie. Dodaje jednak, że ludzie zmieniają ocean - prowadząc do wzrostu poziomu mórz i temperatur, a także zmian w zasoleniu i kwasowości, z których wszystkie stresują zwierzęta. „Nie znamy wszystkich nieprzewidzianych konsekwencji, jakie spowodują te fizyczne zmiany.”
Asortyment czworonogów morskich z czasów kredy z końca „Ery gadów”, w tym żółwia morskiego, wczesnego nielotowego ptaka morskiego, dużego mosasaura i elazozaura o długiej szyi. (Dzieło Karen Carr / NMNH)
