У китов особенно мелкие кости таза по сравнению с размером тела. Например, синий кит может вырасти до 100 футов в длину, размером с автобус, но его тазовая кость имеет длину всего около фута. В течение долгого времени ученые полагали, что кости настолько малы, потому что они являются рудиментарными, сморщенным эволюционным остатком от предка, который когда-то ходил по земле.
Но теперь ученые обнаружили, что крошечные кости могут играть огромную роль в воспроизводстве китов. Киты принадлежат к группе морских млекопитающих, называемых китообразными, в которую также входят дельфины. Сравнивая сотни костей и костей таза дельфинов с их гениталиями и стилем спаривания, исследователи обнаружили, что у самцов из более разнородных видов были большие пенисы и большие кости таза. Как пишет команда в исследовании, принятом для публикации в журнале Evolution, большая кость теоретически придаст киту большую маневренность при решении сложнейшей с точки зрения логистики задачи спаривания в воде.
«Вопреки распространенному мнению, это не рудиментарные структуры. У них есть функция. Эта функция - воспроизведение, и они развивались в ответ на половой отбор », - говорит Джим Дайнс, соавтор документа и менеджера по коллекциям в Музее естественной истории округа Лос-Анджелес.
Людям и другим обитающим на суше млекопитающим нужны большие тазовые кости, чтобы закрепить задние лапы и ходить вокруг. Поэтому кости соединены с основанием позвоночника и верхушками костей ног. У китов тазовые кости не прикреплены ни к чему в скелете - они просто встроены в мышцы. Это заставило большинство исследователей предположить, что изолированные кости не служили эволюционной цели.
«То, что мы не можем представить себе функцию, не означает, что она бесполезна. Это немного недальновидно со стороны нашего воображения », - отмечает Ник Пенсон, палеобиолог из Смитсоновского национального музея естественной истории в Вашингтоне, округ Колумбия, который не был связан с исследованием.
Динес и его команда отправились на поиски лучшего ответа. Тазовые кости китообразных прикрепляются к группе мышц, называемой мышцами ischiocavernosus, которые у большинства млекопитающих также прикрепляются к гениталиям. Исследования на грызунах показали, что если вы обрежете эти мышцы, самец потеряет контроль над своим пенисом. Среди видов китообразных также много вариаций тазовых костей, что вызвало интерес команды. «Было так много различий между даже близко родственными видами, было ясно, что происходит что-то действительно классное», - говорит Дайнс.
Среди видов, которые исследовала команда, были афалины ( Tursiops truncatus ), изображенные на диаграмме выше: Изображение B показывает, как мышцы соединяются с костью таза, в то время как изображения C и D - трехмерные модели парных костей таза и ребер животных, соответственно. (Dines et al. / Evolution) Основываясь на музейных коллекциях в Лос-Анджелесе и Смитсоновском институте в округе Колумбия, Дайнс выследил кости таза у 130 китообразных по 29 видам. По его оценкам, примерно 90 процентов образцов были получены из китообразных и приловов - китов и дельфинов, застрявших в рыболовных сетях.
Однако простое измерение костей не выявит достаточно сложных различий. «Вы можете положить [кость] на линейку, но эти кости пышные и странной формы. Поэтому мы бы потеряли огромное количество информации, если бы сделали это », - говорит соавтор исследования Мэтт Дин, эволюционный биолог из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе. Вместо этого ученые использовали лазерный сканер, чтобы создать трехмерные модели всех костей и затем статистически измерить их различия.
Дин, Дайнс и их коллеги сделали лазерное сканирование образцов кости и создали трехмерную модель кости, как показано слева вверху. Круг справа с другой стороны представляет поперечное сечение этой кости. Для анализа они сосредоточились на ориентирах, невидимых невооруженным глазом, и искали различия в этих точках (зеленым цветом) у разных видов. (Dines et al. / Evolution) Стиль спаривания, очевидно, сложнее надеть. Исследования показали, что мужчины с более крупными семенниками происходят от видов, которые спариваются с большим количеством партнеров. Чем больше самок они спаривают, тем больше спермы им нужно. Благодаря отчетам исследователей и китобойного промысла, многие данные о размерах семенных китов, размере полового члена и размере тела были доступны для разных видов, некоторые из которых относятся к 1920-м годам.
Сравнивая все эти данные, исследователи выявили некоторые тенденции, в том числе связь между разнородностью (на основе размера яичек) и размером тазовой кости. Чтобы убедиться, что это не было ложным положительным результатом, они выполнили одно и то же лазерное сканирование и анализ реберной кости, что неудивительно, что не выявило корреляции с яичками или размером полового члена. И, глядя на генеалогическое древо китообразных, когда виды разошлись и стали более беспорядочными, форма их тазовых костей изменилась соответственно.
Чтобы почувствовать влияние полового отбора, китообразные с более крупными или более уникальными формами костей таза должны были иметь явное преимущество в дикой природе. «Самцы китообразных очень ловки со своими пенисами. Я думаю, что так и должно быть, потому что они спариваются в воде », - говорит Дин. Более разнородные виды также имели более длинные пенисы, по сравнению с их размером тела. Чем больше половой член, тем больше соединительная мышца и, следовательно, тем больше тазовая кость, необходимая для его контроля.
На одном конце спектра есть franciscana ( Pontoporia blainvillei ), речной дельфин, который является моногамным. У него самые маленькие семенники и самая маленькая тазовая кость среди исследованных китообразных. Самый беспорядочный вид, правый кит ( Eubalaena glacialis ), имеет самые большие кости таза и самые большие семенники, весом около тонны вместе взятых. «Во время сезона размножения правые киты мужского пола плавают вокруг с эквивалентом жука Volkswagen внутри их тела», - говорит Дин.
Более разнородные киты, такие как правые киты (на фото слева), имели большие кости таза, в то время как виды, практикующие моногамию, такие как дельфин реки Францискана (справа), имели меньшие кости таза. (Слева: любезно предоставлено пользователем Flickr Смитти. Справа: Alcide Dessalines d'Orbigny / Wikimedia Commons) Как генетические исследования, так и редкие наблюдения в этой области показывают, что самки правого кита спариваются с несколькими самцами, иногда в одно и то же время. В такой ситуации легко представить, как может пригодиться большая ловкость.
«Множество различных видов отбора, вероятно, действуют на все организмы в любое время, и поэтому приятно знать, что в анатомии таза у всех китов есть четкие признаки полового отбора», - говорит Пенсон.
Исследователи обнаружили сходную тенденцию у самок, у которых также были большие кости таза у более разнородных видов. Дин рискует двумя возможными объяснениями: это может быть переход от полового отбора у мужчин, или что-то может происходить с женскими гениталиями, которые контролируются теми же мышцами. «Клитор и пенис - это одно и то же», - говорит Дин. «Возможно, эти самки перемещают свои клиторы странными способами, которые мы не понимаем, чтобы, возможно, пробовать самцов во время спаривания. Кто знает, что они делают?
Тестирование всего этого в полевых условиях практически невозможно - на данный момент нет способа рентгеновских китов, занимающихся сексом под водой, выявить внутреннюю структуру их анатомии. Все, что исследователи могут сделать в этом пункте, является спекуляцией. Между тем, методы, используемые в исследовании, имеют значение для того, как изучать образцы китов в будущем. Используя те же методы лазерного сканирования, ученые могли создавать цифровые копии для анализа или даже 3D-печати кости таза кита.
«Для меня это более целесообразный способ сделать такие образцы, которые могут быть действительно редкими или ценными, доступными для других исследователей во всем мире», - говорит Дайнс.
