Zaskakująca droga ewolucji waleni

in pl-nauka •  last month

Walenie, rząd ssaków skupiający obecnie około 80 żyjących gatunków zwierząt, pochwalić się może bardzo interesującą drogą ewolucji, która zaprowadziła żyjące niegdyś na suchym lądzie stworzenia z powrotem do głębin mórz i oceanów. Współczesna nauka próbuje odpowiedzieć, jak do tego doszło.

Ponieważ walenie są żyjącymi w środowisku wodnym ssakami, wiemy, iż ich przodkowie zamieszkiwali suchy ląd, podobnie jak znaczna większość żyjących dziś i w przeszłości ssaków. Przyzwyczailiśmy się również do faktu, że życie, które na drodze ewolucji doprowadziło do powstania nas - ludzi, ewoluowało od stworzeń morskich, a nie na odwrót. Dlaczego więc pewna grupa ssaków “postanowiła” miliony lat temu wrócić do oceanicznych głębin?

Aby poznać historię powstania waleni, musimy się cofnąć aż o 400 milionów lat wstecz, kiedy to pierwsze tetrapody (czworonogi) wypełzły z bagien i zaczęły żyć na suchym lądzie. Ten ewolucyjny krok był podstawą dla powstania wszystkich kolejnych grup lądowych kręgowców, w tym powstałych około 306 milionów lat temu synapsydów - przypominających gady prekursorów ssaków.

Do synapsydów zaliczamy dwa rzędy. Pelykozaury oraz ssakokształtne Terapsydy, które dały początek ssakom. Do czasu ewolucji pierwszych ssaków, co miało miejsce około 200 milionów lat temu, dominującymi kręgowcami na świecie były dinozaury. Małe ssaki pozostawały w ich cieniu do czasu, gdy nieptasie dinozaury zostały w znacznej mierze wymazane z powierzchni Ziemi, na skutek wielkiego kataklizmu około 65 milionów lat temu. Brak wielkich drapieżników sprawił, że ssaki zaczęły się rozwijać ze znacznie większą prędkością i zajęły należące niegdyś do wymarłych dinozaurów miejsce w świecie zwierząt.

Nauka przez bardzo długi czas nie potrafiła odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób ewoluowały walenie. Głównie przez bardzo małą ilość zapisu kopalnego waleni, przez co naukowcy nie byli w stanie ustalić, jak wyglądali przodkowie współczesnych waleni. Na przestrzeni ostatnich trzech dekad, ilość odkrytych skamieniałości pozwoliła na bardziej dokładne ustalenie ewolucyjnej drogi, którą pokonały wodne ssaki.

Nie jest też tak, że do ostatnich lat XX wieku, skamieniałości waleni pozostawały przed czujnym okiem naukowców w ukryciu. Ludzie znajdywali ogromne, skamieniałe kości znacznie wcześniej, lecz nikt nie zdawał sobie sprawy, że mogą one należeć do żyjących miliony lat temu przodków waleni. Amerykański pionierzy, którzy oczyszczali ziemię w Alabamie i Arkansas często odkrywali duże, okrągłe kości. Niektórzy osadnicy wykorzystywali je przy budowie ogrodzeń i palenisk, a nawet jako kamienie węgielne. W niektórych przypadkach niewolnicy korzystali z nich, jak z mebli, a ilość kości na niektórych polach była tak duża, że były one zwyczajnie niszczone, ponieważ przeszkadzały w uprawie. W 1832 roku w Arkansas, zawalone wzgórze odsłoniło długą sekwencję 28 okrągłych kości, które zostały wysłane do American Philosophical Society w Filadelfii. Niestety, nikt nie miał pojęcia, co z owymi kośćmi zrobić, ani do którego zwierzęcia mogły należeć. Przyklejone do kości małe muszle wskazywały jednoznacznie, że stworzenie zamieszkiwało niegdyś ocean, ale to wszystko, co naukowcy byli w stanie z całą pewnością stwierdzić.

Na szczęście, jakiś czas później w Alabamie odkryto kolejne, wielkie i skamieniałe kości, które zostały przetransportowane do American Philosophical Society w Filadelfii. Naukowcy otrzymali części czaszki, szczęki, kończyny, żebra i kręgosłup enigmatycznego stworzenia. Badacze zgodnie stwierdzili, że stworzenie musiało być jednym z największych kręgowców, które kiedykolwiek żyły. Podejrzewano, że szkielet mógł należeć do przedstawiciela morskich gadów, takich jak plezjozaury i ichtiozaury. Problem w tym, że szczęka zwierzęcia zawierała zęby, które różniły się wielkością i kształtem, co było charakterystyczne dla ssaków, ale nie dla większości gadów.

Stworzenie otrzymało nazwę Bazylozaur, co dosłownie znaczy "królewski jaszczur". W 1839 roku, Bazylozaur został zaprezentowany czołowym paleontologom i anatomom w Londynie, gdzie szczegółowe badania pozwoliły na dokładną identyfikację zwierzęcia. Bazylozaur miał pewne cechy wspólne z gadami morskimi, ale był to tylko powierzchowny przypadek konwergencji zwierząt w tym samym siedlisku ewoluujących w podobny sposób - ponieważ oba typy stworzeń żyły w morzu. Ogólna konstelacja cech, w tym podwójnie ukorzenionych zębów, bezsprzecznie zidentyfikowała Bazylozaura jako ssaka.

Artystyczna wizja Bazylozaura

Do powiązania Bazylozaura z współczesnymi waleniami doszło przez przypadek. Kilka lat po ustaleniu, że stworzenie jest ssakiem, naukowiec upuścił jego czaszkę, która na skutek upadku się roztrzaskała. Podczas zbierania fragmentów czaszki, naukowcy zauważyli, że w czaszce znajduje się ucho wewnętrzne, odpowiadające uchu wewnętrznemu spotykanym u dzisiejszych waleni.

Wciąż jednak nikt nie wiedział, w jaki sposób doszło do powstania przodków dzisiejszych waleni. Z pomocą przyszła teoria ewolucji Charlesa Darwina. Zapis kopalny przodków dzisiejszych waleni wciąż był jednak zbyt skąpy, aby można było na jego podstawie ustalić sposób, w jaki ewoluowały te stworzenia.

Sam Darwin sugerował, że Bazylozaury mogły stanowić pewną formę przejściową pomiędzy zwierzętami lądowymi, a pierwszymi waleniami. Thomas Henry Huxley, który z Darwinem współpracował, nie miał co do tego wątpliwości, że Bazylozaur dostarcza wskazówek co do pochodzenia waleni i uważał, iż stworzenie przynajmniej reprezentowało typ zwierzęcia, które wiązało walenie z ich lądowymi przodkami.

Skamieniałości innego wymarłego stworzenia, Squalodona - zwierzęcia przypominającego delfina ze szczęką wypełnioną trójkątnymi zębami, dostarczyły kolejnych dowodów na to, że walenie wyewoluowały z przodków żywiących się mięsem. Skamieniałości stworzenia nie dostarczyły jednak informacji, z którymi lądowymi zwierzętami można by powiązać walenie. Pytaniem pozostawało, jak przodkowie waleni mogli wyglądać. Anatomista William Henry Flower zwracał uwagę, że foki i lwy morskie używają swoich kończyn do poruszania się w wodzie, podczas gdy u waleni dochodzi do zaniku tylnych kończyn. Sądził, iż wydry i bobry, były lepszymi modelami dla najwcześniejszych lądowych przodków waleni. Gdyby pierwsi przodkowie wielorybów mieli duże, szerokie ogony, mogłoby to wyjaśnić, dlaczego rozwinęły tak wyjątkowy sposób pływania. Flower zauważył również, że parzystokopytne dzielą intrygujące podobieństwa szkieletu z waleniami. Czaszka Bazylozaura miała więcej wspólnego z prehistorycznymi "świniopodobnymi kopytnymi" niż foki.

Flower tłumaczył na przykładzie zwierzęcia podobnego do hipopotama, jak mogło dojść do ewolucji waleni. Zwierzę o krótkich kończynach, małej ilości sierści, szerokim ogonie i wszystkożerne, spożywające rośliny wodne, małże i skorupiaki, mogłoby stopniowo bardziej przystosowywać się do środowiska wodnego przekształcając się w delfinopodobne stworzenia zamieszkujące jeziora i rzeki, a w końcu trafiające do oceanu. Niestety skamieniałości stworzeń przejściowych pozostawały nieodkryte.

Dopiero w 1966 roku, biolog ewolucyjny Leigh Van Valen zauważył podobieństwo pomiędzy wymarłą grupą lądowych drapieżników zwanych Mesonychia a najwcześniejszymi znanymi wielorybami.

Tak mogło wyglądać Mesonychia

Mesonychia często są nazywane “wilkami z kopytami” i dziś wiemy, że są bliskimi krewnymi parzystokopytnych, w tym waleni. Drapieżniki te zamieszkiwały przede wszystkim obszary położone na półkuli północnej i wyginęły około 30 milionów lat temu. Kształt ich zębów przypominał kształtem zęby niektórych waleni, jak w przypadku Protocetusa - niewielkiego prymitywnego walenia.

Van Valen postawił hipotezę, że niektóre Mesonychia mogły być mieszkańcami bagien. Pewna populacja mogła zostać zwabiona w podmokłe tereny przez znajdujące się na nich pożywienie. Kolejne pokolenia stawały się coraz bardziej przystosowane do warunków wodnych, aż do momentu, gdy zwierzęta przystosowały się całkowicie do przebywania w wodzie.

Prawdziwy przełom nadszedł dopiero wraz z odkryciem skamieniałości nieznanego zwierzęcia przez Philipa Gingericha i Donalda Russella w 1981 roku w Pakistanie. W pochodzących sprzed 53 milionów lat osadach, naukowcy odkryli skamieniałości zwierzęcia, które nazwali Pakicetus inachus. Szkielet nie był kompletny, ale tylna część czaszki posiadała cechę, która niewątpliwie wiązała ją z waleniami. Pakicetus miał grubą pustą w środku kość w tylno-dolnej części czaszki, otaczającą ucho środkowe i ucho wewnętrzne, charakterystyczną dla wszystkich waleni. Co więcej, fragmenty szczęki pokazały, że zęby Pakicetusa były bardzo podobne do zębów Mesonychia. Wydawało się, że Van Valen miał rację, a Pakicetus był swego rodzaju przejściowym zwierzęciem, zamieszkującym bagna. Stworzenie było na bardzo wczesnym etapie transformacji. Budowa jego czaszki sugeruje, iż przedstawiciele gatunku prowadzili głównie lądowy tryb życia, a ich szkielet wykazywał przystosowania do biegania.

Pakicetus - American Museum of Natural History

W 2001 roku opisany został przez badaczy szkielet Pakicetus attocki. Było to zwierzę rozmiarami i wyglądem zbliżone do wilka, a nie przypominające fokę stworzenie, jak początkowo można było sądzić. Kolejne odkrycia nakreśliły ewolucyjną drogę pierwotnych wielorybów. Obecnie, najstarszymi znanymi prawaleniami są Pakicetus i nieco starszy Himalayacetus sprzed około 53,5 miliona lat. Himalayacetus prowadził podobnie do Pakicetusa wodno - lądowy tryb życia i był podobnych do niego rozmiarów. Kilka milionów lat później pojawił się Ambulocet. Uważa się, że stanowił on formę posiadającą cechy zarówno ssaków lądowych, jak i współczesnych waleni. Mierzył 3 metry długości i ważył około 300 kilogramów, a jego wygląd przypominał krokodyla. Następnie, około 46 milionów lat temu, pojawiły się stworzenia, takie jak Kutchicetus. Szczątki zachowanego kręgosłupa świadczą, że zwierzę było zdolne do życia na lądzie, a nie tylko w wodzie. Duża liczba i mocny charakter kręgów ogonowych oraz małe rozmiary kończyn wskazują, że ogon odpowiedzialny był głównie za lokomocję w wodzie. Te wczesne walenie żyły w środowisku przybrzeżnym, od słonowodnych bagien po płytkie morza.

Żyjący w mniej więcej tym samym czasie Rodhocetus był jeszcze lepiej przystosowany do życia w wodzie. Rodhocetus mierzył między 1,5 a 5 metrami długości. Jego kosteczki słuchowe przypominały już znacznie te, które występują u współczesnych waleni. Zwierzę potrafiło poruszać się zarówno na lądzie, jak i w wodzie, prawdopodobnie wiosłując swymi tylnymi kończynami. Posiadało też mocny ogon, służący być może jako ster.

Zamieszkujący naszą planetę 41 milionów lat temu Georgiacetus był blisko spokrewniony ze wspominanym wcześniej Protocetusem. Ich wygląd był podobny, ale Georgiacetus różnił się między innymi uzębieniem, dłuższą czaszką i masywniejszymi kręgami. Georgiacetus żył również cały czas w wodzie. Ta zmiana pozwoliła w pełni wodnym waleniom rozszerzyć zasięg swojej obecności na brzegi innych kontynentów i ewoluować jeszcze bardziej, a bazylozaury, takie jak Dorudon, Basilosaurus i Zygorhiza, zaludniły ciepłe morza późnego Eocenu. Formy te ostatecznie wymarły, ale zdążyły dać początek pierwszym przedstawicielom dwóch grup wielorybów żyjących do dzisiaj. Pierwsi przedstawiciele tych grup pojawili się około 33 miliony lat temu.

Georgiacetus - autor Sergey Krasovskiy

Wciąż pozostawał nierozwiązany jeden problem. Badania biologów molekularnych wskazywały, że walenie ewoluowały z parzystokopytnych, a nie od Mesonychia, jak sugerowali paleontolodzy. Analizy DNA pokazywały, że walenie są blisko spokrewnione z kopytnymi, takimi jak antylopy, świnie i jelenie. Jedne z badań umieściły walenie jako najbliższych krewnych hipopotamów. Niestety, nie znajdowano żadnych cech szkieletu, które mogłyby połączyć prawalenie z parzystokopytnymi. Ostateczną odpowiedź na pytanie przyniosła kość skokowa, która w przypadku parzystokopytnych ma rozpoznawalny kształt "podwójnego krążka".

W 2001 roku, prawalenie posiadające tę kość zostały ostatecznie opisane. Prawalenie posiadały kość skokową pochodzącą od parzystokopytnych, co potwierdziło, że to właśnie od nich ewoluowały. Potwierdziło się, że Mesonychia nie były przodkami waleni, a ich najbliższymi, obecnie żyjącymi kuzynami są hipopotamy.

Dopiero w 2007 roku udało się ustalić grupę prehistorycznych parzystokopytnych, która dała początek waleniom. Indohyus - rodzaj ssaka z rzędu parzystokopytnych żyjącego w środkowym eocenie, około 48 mln lat temu, na terenie dzisiejszej Azji, okazał się być najbliżej spokrewniony z waleniami. Podczas badania skamieniałości okazało się, że ucho wewnętrzne Indohyusa było grube i wysoce zmineralizowane, podobnie jak kość w uszach wielorybów. Analiza reszty szkieletu wykazała również, że gęstość kości zwierzęcia była typowa dla kości zwierząt, które spędzają dużo czasu w wodzie.

Indohyus - Wikipedia

Badanie ewolucyjnej przeszłości waleni jest niezwykle skomplikowane i wciąż jest pełne sporów. Nie wszyscy naukowcy zgadzają się z teorią, że te wodne ssaki pochodzą od parzystokopytnych i nieustannie sugerują, że to Mesonychia jest przodkiem dzisiejszych waleni. Aby rozwiać pozostałe wątpliwości potrzeba będzie kolejnych badań zapisów kopalnych i nowych odkryć. Obecnie wiodącą teorią jest jednak to, że walenie pochodzą od parzystokopytnych.


Obserwuj @glodniwiedzy - znajdziesz tu najciekawsze informacje ze świata.


Artykuł autorstwa: @bartoszmejer, dodany za pomocą serwisu Głodni Wiedzy


Źródło: Smithsonian

Authors get paid when people like you upvote their post.
If you enjoyed what you read here, create your account today and start earning FREE STEEM!
Sort Order:  

"Analizy dna pokazywały, że walenie są blisko spokrewnione (...)" - jednak wielkość (liter) ma znaczenie.

·

Poprawione! :)

Kiedyś czytałem o ciekawej hipotezie, według której nasi przodkowie nie zeszli z drzew na sawannach tylko w lasach namorzynowych. Co by wyjaśniało dlaczego zejście drzew wiązało się z szybkim a nie stopniowym przejściem do wyprostowaniem sylwetki (kiedy poruszasz się wyłącznie na tylnych kończynach, wtedy głowa częściej wystaje ponad wodę :-] ), bezwłosą skórę (jak u hipopotamów) i niby pozostałości błon między palcami (podobno często zdarza się taki atawizm - pełne błony np. u nóg). Były jeszcze jakieś przesłanki wyjaśniające różne decyzje ewolucji ale zapamiętałem jedynie powyższe. Czy ktoś wie co z tą hipotezą (więcej o niej nie słyszałem)?

·

To, o czym piszesz to hipoteza wodnej małpy. Nigdy nie była brana na serio, a dziś jest już całkowicie pogrzebana. Wszystko, co za nią przemawiało, to kilka przesłanek (na które zresztą mamy inne wyjaśnienia) oraz powtarzane do znudzenia "gdzieś są dowody, ale jeszcze ich nie znaleźliśmy". No i solidne ignorowanie dowodów przeczących tej tezie. I samo stadium wodnej małpy musiałoby trwać wiele milionów lat, bo np. chód w pozycji wyprostowanej pojawił się na kilka milionów lat przed zgubieniem owłosienia.

Sama pozycja, w której chodzimy nie jest aż tak specjalna, jeśli porównamy człowieka z innymi małpami człekokształtnymi. Od pasa w górę to nasz szkielet niewiele różni się od np. szkieletu szympansa. Wydłużyły nam się nogi, a stopy i miednica zmieniły swoje kształty. Zauważ, że gdy człekokształtne chodzą (no dobra, człapią ;)) na tylnych kończynach, to tez są w pozycji wyprostowanej. Duża część naszej anatomii jest przystosowaniem do zwisania z gałęzi. To temu zawdzięczamy kształt naszego kręgosłupa, klatki piersiowej i łopatki, a także budowę barków, łokci, nadgarstków, dłoni, kostek i wiele innych. Nasza postura jest zbudowana na bazie postury przystosowanej do zwisania z gałęzi (ruch brachiacyjny).

·
·

Dzięki za tak wyczerpującą odpowiedź!

Małe sprostowanie. Terapsydy piszemy małą literą, jest to polskie tłumaczenie Therapsida, które już piszemy wielką literą. Przymiotnik ssakokształtne przy terapsydach jest niepotrzebny. To pozostałość po terminie "gady ssakokształtne", który oznaczał gady będące przodkami ssaków. Na dzisiejszy stan wiedzy jest to błędne założenie, gdyż zwierzęta te nie były ssakami (chociaż czasem jeszcze się używa tego określenia, bo każdy wie, o co chodzi). Gady ssakokształtne nie były gadami, a synapsydami, tak samo, jak ssaki.

Napisanie, że terapsydy dały początek ssakom, ma tyle samo sensu, co napisanie, że ssaki dały początek wielorybom. Po prostu ssaki są terapsydami. Taki to działa w systematyce, tzn. takson niższy automatycznie zalicza się do taksonu wyższego. Każdy humbak jest fiszbinowcem, każdy fiszbinowiec waleniem, każdy waleń łożyskowcem, każdy łożyskowiec ssakiem, ssak synapsydem, synapsyd owodniowcem, owodniowiec kręgowcem itd.

To dlatego gady ssakokształtne wypadły z obiegu (oprócz tego, że nazwa gady była myląca). Była to grupa parafiletyczna, tzn. nie obejmowała wszystkich swoich potomków (ssaków). Z tego samego powodu pelykozaury wypadły z obiegu (tu już w ogóle incepcja, gdyż były grupą parafiletyczną definiowaną na podstawie innej grupy parafiletycznej).

Masz także problem z zapisywaniem nazw rodzajowych. Wydaje mi się, że język tekstu źródłowego mógł tu namieszać, bo w angielskim (z reguły) minimalnie zmienia się nazwy łacińskie (a często w ogóle się nie zmieniają) , zwłaszcza jeśli to porównamy z polskim. Nazwy łacińskie rodzajowe zapisuje się wielką literą (Homo, Tyrannosaurus itd.), podobnie gatunkowe (np. Homo sapiens, Tyrannosaurus rex). Obie powinny być też zapisane kursywą (dokładnie to powinny wyróżniać się z tekstu, zazwyczaj używa się kursywy), ale w komentarzu nie jestem w stanie jej użyć ;) Nazwy przetłumaczone na polski zapisuje się małą literą, bazylozaur wygląda tu tak samo, jak słoń czy człowiek. Nazw łacińskich nie odmieniamy jak np. zrobiłeś to z Squalodon w czwartym akapicie pod rysunkiem bazylozaura. Zdanie wyglądałoby wtedy tak: "Skamieniałości innego wymarłego stworzenia, Squalodon - zwierzęcia przypominającego delfina...", gdzie sam Squalodon byłby w kursywie.

Na koniec zdjęcie Mesonychia (tu zapis prawidłowy, tzn. łacińskie nazwy taksonów wyższych niż rodzajów zapisuje się dużą literą, ale już nie używa się kursywy). Zdjęcie to przedstawia Andrewsarchus mongoliensis, który to nie należał do Mesonychia (był od nich dużo bliżej dzisiejszych hipopotamów). Pomysł, że Andrewsarchus należy do Mesonychia ma już prawie sto lat, i od dawna nie jest obowiązującym poglądem. Same Mesonychia wyglądały inaczej (chociaż były wewnętrznie zróżnicowane) i nie osiągały takich rozmiarów jak ten model.