Что приходит на ум, когда вы думаете о ките? Жабы, дырки и счастливчики являются одними из отличительных признаков примерно 80 видов китообразных (киты, дельфины и морские свиньи), живущих сегодня. Но, поскольку они являются млекопитающими, мы знаем, что они произошли от предков, обитающих на суше.
Около 375 миллионов лет назад первые четвероногие - позвоночные с руками и ногами - выскочили из болот и стали жить на суше. Этот крупный эволюционный переход заложил основу для всех последующих групп наземных позвоночных, включая разнообразную родословную, называемую синапсиды, возникшую около 306 миллионов лет назад. Хотя эти существа, такие как Диметродон, выглядели как рептилии, на самом деле они были архаичными предшественниками млекопитающих.
К тому времени, когда первые млекопитающие появились 200 миллионов лет назад, динозавры были доминирующими позвоночными. Млекопитающие диверсифицировались в тени великих архозавров, и они оставались довольно маленькими и скрытными до тех пор, пока 65 миллионов лет назад массовое вымирание не было уничтожено птичьими динозаврами. Эта глобальная катастрофа расчистила путь для большой радиации млекопитающих. Только около 10 миллионов лет после этого вымирания - и более 250 миллионов лет с тех пор, как самые первые четвероногие поползли на землю, - появились первые киты. Эти самые ранние китообразные не были похожи на китов, которых мы знаем сегодня, и только недавно палеонтологи смогли их распознать.
На протяжении более столетия наши знания о летописи окаменелостей китов были настолько скудны, что никто не мог быть уверен, как выглядели предки китов. Теперь волна изменилась. Всего за три десятилетия поток новых окаменелостей заполнил пробелы в наших знаниях, чтобы превратить происхождение китов в один из наиболее документально подтвержденных примеров крупномасштабных эволюционных изменений в окаменелостях. Эти исконные существа были страннее, чем кто-либо мог ожидать. Не было никакого прямолинейного марша наземных млекопитающих, ведущих к полностью водным китам, но был эволюционный бунт земноводных китообразных, которые гуляли и плавали вдоль рек, лиманов и побережий доисторической Азии. Странно, как современные киты, их ископаемые предшественники были даже более странными.
Пионеры, которые расчищали землю в Алабаме и Арканзасе, часто находили огромные круглые кости. Некоторые поселенцы использовали их в качестве очагов камина; другие подпирали заборы костями или использовали их в качестве краеугольных камней; рабы использовали кости в качестве подушек. Костей было так много, что на некоторых полях они были разрушены, потому что мешали обрабатывать землю.
В 1832 году холм обрушился на собственность Арканзаса судьи Х. Бри и обнажил длинную последовательность из 28 круглых костей. Он подумал, что они могут представлять научный интерес, и отправил посылку в Американское философское общество в Филадельфии. Никто не знал, что с ними делать. Некоторые из отложений, прикрепленных к кости, содержали маленькие раковины, которые показали, что большое существо когда-то обитало в древнем море, но с уверенностью можно сказать немного больше.
Пожертвование Брай было вскоре сопоставлено с пожертвованием судьи Джона Креа из Алабамы и даже превзошло его. Он обнаружил позвонки и другие фрагменты во время взрывных работ на своей собственности, а также отправил несколько образцов в Филадельфийское общество. Ричард Харлан рассмотрел окаменелости, которые были непохожи на все, что он видел раньше. Он попросил еще кости, и Крег вскоре отправил части черепа, челюсти, конечности, ребра и позвоночник загадочного существа. Учитывая, что Кри и Брай заявили, что видели неповрежденные позвоночные столбики длиной более 100 футов, живое существо, должно быть, было одним из самых крупных позвоночных животных, которые когда-либо жили. Но что это за животное?
Харлан считал, что кости наиболее похожи на кости вымерших морских рептилий, таких как плезиозавры с длинной шеей и обтекаемые ихтиозавры. Он условно присвоил ему имя Базилозавр. Хотя он не был уверен. Челюсть содержала зубы, которые отличались по размеру и форме, что характерно для млекопитающих, но не для большинства рептилий. Почему у самой большой ископаемой рептилии, когда-либо существовавшей, были зубы, похожие на млекопитающих?
В 1839 году Харлан отправился в Лондон, чтобы представить базилозавра некоторым из ведущих палеонтологов и анатомов того времени. Ричард Оуэн, восходящая звезда в академическом сообществе, тщательно исследовал каждую кость, и он даже получил разрешение нарезать зубы, чтобы изучить их микроскопическую структуру. Его внимание к таким крошечным деталям в конечном итоге урегулировало идентификацию морского чудовища. Базилозавр действительно имел некоторые общие черты с морскими рептилиями, но это был лишь поверхностный случай сближения - животных в одной среде обитания, развивающих похожие черты - потому что оба типа существ жили в море. Общее созвездие черт, включая зубы с двойным корнем, однозначно идентифицировало базилозавра как млекопитающее.
Осмотрев позвонки и другие фрагменты, найденные в Алабаме, Ричард Харлан из Американского философского общества в Филадельфии подумал, что кости наиболее похожи на кости вымерших морских рептилий. Он условно присвоил ему имя Базилозавр . На снимке 3D-модель базилозавра . (ДК Лимитед / Корбис) 
Иллюстрация немецкого уроженца ископаемого коллекционера Альберта Коха "Hydrarchos", как он появился на дисплее. (От Фаулера, О.С. 1846. Американский френологический журнал и сборник, том 8. Нью-Йорк: Фаулер и Уэллс.) Несколько лет спустя ученый, работавший с другим образцом вместе со своими коллегами, вытащил из черепа кость, уронил ее и разбил на полу. Когда расстроенные ученые собрали фрагменты, они заметили, что кость теперь раскрывает внутреннее ухо. Был только один другой вид существ с внутренним ухом, которое соответствовало: кит.
Вскоре после того, как истинная идентичность Басилозавра была решена, теория эволюции Чарльза Дарвина посредством естественного отбора подняла вопрос о том, как эволюционировали киты. Запись окаменелости была настолько редкой, что невозможно было сделать какое-либо определенное определение, но в мысленном эксперименте, включенном в «Происхождение видов», Дарвин размышлял о том, как естественный отбор может создать существо, похожее на кита, с течением времени:
В Северной Америке [исследователь Самуэль] Хирн видел черного медведя, который часами плавал с широко открытым ртом, ловя, как кит, насекомых в воде. Даже в таком крайнем случае, как этот, если поставки насекомых были постоянными, и если в стране еще не было более приспособленных конкурентов, я не вижу никаких трудностей в гонке медведей, получаемых естественным отбором, все больше и больше водные по своей структуре и привычкам, с большими и большими ртами, пока существо не стало таким чудовищным, как кит.
Дарвин был широко высмеян за этот отрывок. Критики считали, что он предполагает, что медведи были прямыми предками китов. Дарвин не сделал ничего подобного, но издевательство заставило его изменить отрывок в последующих изданиях книги. Но, готовя шестое издание, он решил включить небольшую заметку о базилозавре . В 1871 году Дарвин обратился к своему убежденному защитнику Т.Х. Хаксли и спросил, может ли древний кит представлять собой переходную форму. Хаксли ответил, что не может быть никаких сомнений в том, что Базилозавр предоставил подсказки относительно происхождения китов.
Хаксли думал, что Базилозавр, по крайней мере, представляет собой тип животного, которое связывает китов с их земными предками. Если это было правдой, то казалось вероятным, что киты произошли от какого-то наземного плотоядного млекопитающего. Другой вымерший кит по имени Сквалодон, ископаемый дельфин со злой улыбкой, полной треугольных зубов, также намекнул, что киты произошли от предков, питающихся мясом. Как и Базилозавр, Сквалодон был полностью водным и предоставил немного подсказок относительно специфического запаса, из которого возникли киты. Вместе эти ископаемые киты оказались в каком-то научном подвешенном состоянии, ожидая какого-то будущего открытия, которое свяжет их с их предками, обитающими на суше.
Тем временем ученые размышляли о том, какими могли быть предки китов. Анатом Уильям Генри Флауэр указал, что тюлени и морские львы используют свои конечности, чтобы продвигаться через воду, в то время как киты теряют задние конечности и плавают от колебаний их хвоста. Он не мог представить, что ранние китообразные использовали свои конечности, чтобы плавать, а затем переключились на тягу только с хвостом в более поздний момент. Он утверждал, что полуводные выдры и бобры были лучшими альтернативными моделями для самых ранних земных предков китов. Если бы у ранних предков китов были большие, широкие хвосты, это могло бы объяснить, почему у них появился такой уникальный способ плавания.
Вопреки гипотезе плотоядного животного Хаксли, Флауэр считал, что копытные или копытные млекопитающие разделили некоторые интригующие скелетные сходства с китами. Череп базилозавра имел больше общего с древними «свиноподобными копытными», чем с тюленями, что дало общее название для морской свиньи, «морской боров», кольцо истины. По мнению Флауэр, в конце концов, если бы древние всеядные копытные могли быть найдены, то, по крайней мере, некоторые из них были бы хорошими кандидатами для ранних предков китов. Он предполагал, что гипотетический предок китообразных спускается на мелководье:
В заключение мы можем представить себе некоторых примитивных обобщенных болотных животных со скудным покровом волос, как у современного бегемота, но с широкими, плавными хвостами и короткими конечностями, всеядными в способе кормления, вероятно, сочетающими водные растения с мидиями, червями и пресноводных ракообразных, постепенно становящихся все более и более приспособленными к заполнению пустого места, готового для них, на водной стороне пограничного района, на котором они обитают, и, таким образом, постепенно превращаясь в дельфиноподобных существ, населяющих озера и реки, и в конечном итоге находя их путь в океан.
Окаменелые останки такого существа остались неуловимыми. На рубеже 20-го века самые старые ископаемые киты все еще были представлены базилозавром и подобными формами, такими как Дорудон и Протоцет, все они были полностью водными - не было никаких окаменелостей, чтобы преодолеть пропасть от земли до моря. Как признал Э.Д. Коуп в обзоре китов 1890 года: «Отряд китообразных - один из тех, о происхождении которых у нас нет определенных знаний». Такое положение дел продолжалось десятилетиями.
Однако, анализируя отношения древних млекопитающих, потребляющих мясо, в 1966 году, биолог-эволюционист Ли Ван Вален был поражен сходством между вымершей группой наземных плотоядных животных, называемых мезонихидами, и самыми ранними из известных китов. Часто называемые «волками с копытами», мезонихиды были хищниками среднего и крупного размера с длинными зубастыми мордами и пальцами на ногах с копытами, а не с острыми когтями. Они были главными хищниками в Северном полушарии вскоре после гибели динозавров до 30 миллионов лет назад, и форма их зубов напоминала зубы китов, таких как Protocetus .
Смотрите подводные кадры млекопитающих и слышите их странные щелкающие звуки, которые имеют решающее значение для их выживанияВидео кадры от Тони ВуВан Вален выдвинул гипотезу, что некоторые мезонихиды могли быть обитателями болот, «едоки моллюсков, которые ловили случайную рыбу, расширенные фаланги [кости пальцев рук и ног], помогающие им на влажных поверхностях». Возможно, популяция мезонихид в болотистой среде обитания вода из морепродуктов. Как только они начнут плавать на ужин, последующие поколения будут все больше и больше приспосабливаться к воде, пока не появится нечто «чудовищное, как кит».
Поразительное открытие, сделанное в засушливых песках Пакистана, которое было объявлено палеонтологами Мичиганского университета Филиппом Джингерихом и Дональдом Расселом в 1981 году, наконец, дало те переходные формы, на которые надеялись ученые. В пресноводных отложениях, датируемых около 53 миллионов лет назад, исследователи обнаружили окаменелости животного, которого они назвали Pakicetus inachus . Немного больше, чем задняя часть черепа животного, была найдена, но он обладал особенностью, которая безошибочно связывала его с китообразными.
У китообразных, как и у многих других млекопитающих, есть ушные кости, заключенные в костяной купол на нижней стороне их черепов, называемый слуховой буллой. Отличие китов в том, что край купола, ближайший к средней линии черепа, называемый инволюкрум, чрезвычайно толстый, плотный и сильно минерализованный. Это состояние называется пахиостеосклерозом, и киты являются единственными млекопитающими, у которых есть такой сильно утолщенный инволюкрум. Череп пакицита проявлял именно это состояние.
Более того, два фрагмента челюсти показали, что зубы пакицета были очень похожи на зубы мезонихид. Похоже, что Ван Вален был прав, а Пакицет был всего лишь видом болотного существа, которое он предполагал. Тот факт, что он был обнаружен в пресноводных отложениях и не имел специализаций внутреннего уха для подводного слуха, показал, что он еще очень рано находился в водном переходе, и Гингерих и Рассел считали Pakicetus «промежуточной земноводной стадией перехода». китов с суши на море », хотя они добавили предостережение о том, что« постчерепные останки [кости, отличные от черепа] станут лучшим испытанием этой гипотезы ». У ученых были все основания быть осторожными, но тот факт, что кит переходного периода имел был найден настолько громадным, что реконструкции всего тела Пакицета появились в книгах, журналах и на телевидении. Он был представлен как существо, похожее на тюленя, с ножками, животное, пойманное между мирами.
В течение 1990-х годов скелеты более или менее приспособленных к водной среде древних китов, или археоцетов, были обнаружены в головокружительном темпе. В этом новом контексте, однако, короткая, похожая на тюленя форма пакицетуса, изображенная во многих местах, стала иметь все меньше смысла. Затем, в 2001 году, JGM Thewissen и его коллеги описали давно искавшийся скелет (в отличие от только черепа) Pakicetus attocki . Это было похожее на волка животное, а не на гладкое, похожее на тюленя животное, которое изначально было задумано. Вместе с другими недавно обнаруженными родами, такими как Himalayacetus, Ambulocetus, Remingtonocetus, Kutchicetus, Rodhocetus и Maiacetus, он плотно вписывается в коллекцию археоцетов, которые изысканно документируют эволюционную радиацию ранних китов. Хотя это и не серия прямых предков и потомков, каждый род представляет определенную стадию эволюции китов. Вместе они иллюстрируют, как произошел весь переход.
Самыми ранними из известных археоцетов были такие существа, как пакицет 53-летнего возраста и немного более старый Гималацет . Они выглядели так, как будто бы они были больше дома на суше, чем в воде, и они, вероятно, обходили озера и реки, делая весло для собачек. Миллион лет спустя жил Амбулоцетус, ранний кит с черепом, похожим на крокодила, и большими перепончатыми лапами. Затем появились длинноносые и похожие на выдру ремингтоноцетиды, в том числе небольшие формы, такие как 46-летний Кучицетус . Эти ранние киты обитали в прибрежной среде, от соленых болот до мелкого моря.
Примерно в то же время, что и ремингтоноцетиды, они жили еще одной группой более приспособленных к водной среде китов - протоцетидов. Эти формы, такие как Rodhocetus, были почти полностью водными, и некоторые более поздние протоцетиды, такие как Protocetus и Georgiacetus, почти наверняка жили всю свою жизнь в море. Этот сдвиг позволил полностью водным китам расширить свои ареалы до берегов других континентов и диверсифицироваться, а более гладкие базилозавриды, такие как Дорудон, Базилозавр и Зигорхиза, заселили теплые моря позднего эоцена. Эти формы в конечном итоге вымерли, но не раньше, чем появились первые представители двух групп китов, живущих сегодня, зубатых китов и усатых китов. Первые представители этих групп появились около 33 миллионов лет назад и в конечном итоге породили такие разнообразные формы, как дельфин реки Янцзы и гигантский синий кит.
Исследования, выходящие из области молекулярной биологии, противоречили выводам палеонтологов о том, что киты произошли из мезонихид, однако. Когда гены и аминокислотные последовательности живых китов сравнивались с таковыми у других млекопитающих, результаты часто показали, что киты наиболее тесно связаны с артиодактилями - копытными, даже антилопами, как антилопы, свиньи и олени. Еще более удивительным было то, что сравнение этих белков, используемых для определения эволюционных связей, часто помещало китов в Artiodactyla как ближайших живых родственников бегемотов.
Этот конфликт между палеонтологической и молекулярной гипотезами казался неразрешимым. Мезонихиды не могли быть изучены молекулярными биологами, потому что они вымерли, и не было обнаружено никаких скелетных особенностей, которые бы окончательно связали археоцеты с древними артиодактилями. Какие были более надежными, зубы или гены? Но конфликт был не без надежды на разрешение. Многие из скелетов самых ранних археоцетов были чрезвычайно фрагментарными, и им часто не хватало костей голеностопного сустава и стопы. Одна конкретная лодыжка, астрагал, имела потенциал, чтобы уладить спор. У artiodactyls эта кость имеет сразу узнаваемую форму «двойного шкива», характерного для мезонихид не было. Если бы астрагал раннего археоцета был найден, он стал бы важным тестом для обеих гипотез.
В 2001 году археоцеты, обладающие этой костью, были наконец описаны, и результаты были безошибочными. У археоцетов был астрагал с двойным шкивом, подтверждающий, что китообразные произошли от artiodactyls. Мезонихиды не были предками китов, и теперь известно, что гиппопотамы являются ближайшими родственниками китов.
Недавно ученые определили, какая группа доисторических artiodactyls породила китов. В 2007 году Thewissen и другие сотрудники объявили, что Indohyus, небольшое похожее на оленей млекопитающее, принадлежащее к группе вымерших artiodactyls, называемых raoellids, было самым близким известным китам. При подготовке нижней части черепа Индохьюса студент в лаборатории Тивиссена отломал участок, закрывающий внутреннее ухо. Он был толстым и сильно минерализованным, как кость в ушах кита. Исследование остальной части скелета также показало, что у Индохьюса были кости, отмеченные схожим типом утолщения, адаптация, характерная для млекопитающих, которые проводят много времени в воде. Когда данные об ископаемых были объединены с генетическими данными Джонатаном Гейслером и Дженнифер Теодор в 2009 году, обнаружилось новое семейное древо китов. Раэллиды, такие как Индохьюс, были ближайшими родственниками китов, а бегемоты были ближайшими родственниками обеих групп вместе взятых. Наконец, киты могут быть прочно укоренены в эволюционном дереве млекопитающих.
Адаптировано из « Написано в камне: эволюция, летопись окаменелости и наше место в природе » Брайана Свитека. Copyright 2010. С разрешения издателя, Bellevue Literary Press.
