Эльза Панчироли – Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих (страница 49)
Окаменелости первых млекопитающих особенно важны потому, что они могут рассказать нам об изменениях в одной очень существенной области черепа: ухе. Ухо – единственная часть тела млекопитающего, которая изучалась так же тщательно, как и зубы. Для этого есть веская причина, которую мы впервые затронули в главе 7. Однако ей дело не ограничивается.
Современные млекопитающие могут слышать звук в диапазоне, значительно превосходящем возможности других четвероногих. Звуковые частоты измеряются в герцах, и люди могут слышать от 20 до 20 000 Гц. С возрастом мы теряем способность слышать более высокие частоты, потому что теряем тонкие «волоски» в ушах. Даже в наши лучшие годы человеческий слух довольно посредственен по сравнению с остальными млекопитающими, мы не улавливаем ни особенно высокие, ни низкие частоты. Чего не скажешь про наших братьев: среди них есть такие, кто развил слух до невероятных высот.
Самые высокие частоты обнаруживаются летучими мышами и дельфинами. Некоторые летучие мыши могут слышать на частоте до 200 килогерц (это 200 000 Гц), а дельфины – 275 килогерц. У морских млекопитающих диапазон слышимости тоже доходит до крайности, но противоположной: синие киты общаются с помощью низких рокочущих звуков, частотой ниже 10 Гц. На суше слоны ногами чувствуют звук на огромных расстояниях и могут улавливать вибрации частотой всего 14 Гц.
Этот невероятный слух стал возможен благодаря естественному отбору, который уделил ушам млекопитающих особое внимание. Это сверхчувство оказало огромное влияние на поведение млекопитающих и их экологию, изменив то, как они охотятся и общаются: исследователи не могли остаться в стороне и попытались выяснить, как эволюционировали уши. Их трансформация приобрела невероятный и весьма неожиданный характер.
Звук – это, по сути, колебания воздуха. Сначала он достигает наше наружное ухо, ушную раковину или мочку уха, которая направляет звук и помогает нам точно определить, откуда звук исходит. В отличие от большинства млекопитающих, у которых есть ушные раковины, наши неподвижны, даже у людей с впечатляющими раковинами. Зато ваш котик повернет свои уши, стоит ему услышать малейший шорох пакетика с кормом.
Звук проходит по слуховому проходу и ударяет по барабанной перепонке. Это начало среднего уха. У млекопитающих в среднем ухе есть три крошечные косточки, которые передают звук во внутреннее ухо: молоточек, наковальня и стремечко, самые маленькие кости в теле. Они не просто передают сообщения извне, они усиливают их. В то время как у других четвероногих есть только стремечко, млекопитающие обзавелись еще двумя костями, значительно улучшив восприятие звука. Эффект подобен разнице между ударом по мячику ладонью или клюшкой для гольфа. Ударьте по нему клюшкой Айрон № 9 [97], и он полетит дальше, красиво и плавно.
Попадая во внутреннее ухо, звук проходит через жидкость в улитке. Эта жидкость, называемая эндолимфой, передает вибрации, щекоча крошечные «волоски» на внутренней поверхности улитки. «Щекотка» преобразуется в электрические сигналы, которые отправляются в мозг для интерпретации, как азбука Морзе – телеграфисту. Форма внутреннего уха, особенно длина и кривизна улитки, может многое рассказать нам о том, насколько хорошо животное слышит. В летописи окаменелостей это помогает определить и родственность, поскольку нервы и кровеносные сосуды, проходящие через кости, в которых находится ухо, меняются не только со временем, но и между группами.
У первых синапсидов был челюстной сустав, где квадратная кость встречалась с сочленовной. Такое расположение наследственно у всех челюстноротых, включая рыб. У них было множество других костей, составляющих челюсть, включая челюстную, угловую, надугольную, предсочленовную и короноид. Однако, когда мы добрались до цинодонтов, челюсть в основном состояла из несущей зубы челюстной кости, а остальные были утрачены или редуцированы.
Однако редуцированные челюстные кости не были бесполезны, они играли определенную роль в передаче звука простому уху посредством вибраций в самой челюсти. Одна кость, называемая угловой, стала пластинчатой, чтобы более эффективно отражать звук и посылать сигналы в улитку через стремечко. Квадратная и квадратно-скуловая кости черепа также участвовали в передаче звука, но их плотное соединение, укреплявшее челюстной сустав, ограничивало их подвижность. Такое расположение, известное как нижнечелюстное среднее ухо цинодонтов и в науке обозначаемое аббревиатурой MMEC (от англ. mandibular middle ear of cynodonts), и станет нашей отправной точкой.
Переход от MMEC к окончательному уху современного млекопитающего, или DMME (от англ. definitive modern mammal ear), – чудо эволюционных преобразований. Кости челюсти еще больше уменьшились – отчасти потому, что изменившийся процесс жевания повлиял на расположение мышц, освободив кости от необходимости нести мышечные нагрузки. Одной из первых уменьшается квадратно-скуловая, давая квадратной кости больше свободы. Все кости в задней части челюсти начали сокращаться, но, поскольку они все еще играли определенную роль в передаче звука, они не ушли безвозвратно. У маммалиаформ, например докодонтов, вдоль челюстной кости, где располагались эти кости, все еще имелась широкая впадина, называемая постдентарной впадиной. Предсочленовная кость стала хрящом, оставив отчетливый след на челюсти, называемый меккелевой бороздой, где он змеей тянется вдоль внутренней части челюстной кости.
Пока все хорошо, но как и когда мы успели запихнуть все эти кости себе в уши? В позднем триасе все первые млекопитающие были мелкими и вели ночной образ жизни. Уменьшение в размере стало предвестником развития слуха млекопитающих, полностью освободив их постдентарные кости от челюстного сустава. Должно быть, млекопитающие развили свой слух, чтобы лучше ориентироваться в ночном мире. Звучит логично, но, как оказалось, все куда сложнее, одним уменьшением костей тут не обошлось.
Однопроходные, как всегда, все портят. Их группа отделилась от остальных млекопитающих по меньшей мере 160 миллионов лет назад. Мы знаем это, потому что самые первые окаменелости их родословной датируются той эпохой: например, такие животные, как шуотерий, найденный в Китае и Англии, или геносфера из Аргентины. Позже, в меловом периоде, в породах Лайтнинг-Ридж в Австралии появляется самый первый однопроходный, стероподон. Но во всех этих окаменелостях все еще встречается меккелева борозда. И ни намека на DMME, хотя у их современных потомков оно есть.
С остальными млекопитающими все становится еще сложнее. У предшественников териев не было уха современного млекопитающего, но у многобугорчатых – близкородственной группы грызуноподобных животных, которые отделились от древа млекопитающих, – оно есть. Оно есть и у метатериев и эутериев, хотя у их предков, по-видимому, DMME не было.
Что, черт возьми, происходит? Палеонтологи хотели проследить четкую эволюционную линию от ушей цинодонта до ушей современных млекопитающих, но, судя по ископаемым останкам, эволюция двигалась то взад, то вперед. Что крайне маловероятно – нельзя «эволюционировать назад» – такие повороты исключительно редки, если вообще случаются. Этому должно быть другое объяснение.
Ло разгадал эту тайну в 2011 году, а затем все изложил в 2016 году4,5. В обзоре имеющихся данных, включая новые открытия из Китая, он предложил радикальную интерпретацию, основанную на неизменной тенденции природы возвращаться к одному и тому же решению проблемы.
Ло предположил, что DMME эволюционировало независимо множество раз [98] в разных линиях млекопитающих. Однопроходные отделились и позже самостоятельно развили DMME. Тем временем у общего предка териев развилось современное ухо, которое стало предшественником DMME у ныне живущих групп млекопитающих. Стало быть, многобугорчатые независимо развили свою собственную версию DMME. Хотя это и не совершенная теория, независимое появление улучшенного уха куда вероятнее множественного регресса, причины которого объяснить просто не получится. Как мы уже знаем, адаптации могут возникать в совершенно разных группах для решения одних и тех же эволюционных проблем.
Приобретение или потеря признака в отдельных группах также известна как гомоплазия. Это самое вероятное и простое объяснение того, что мы видим в палеонтологической летописи ушей млекопитающих. Улучшенный слух был настолько превосходной адаптацией для выживания, что развился не один раз, а по меньшей мере трижды.
Уши млекопитающих – это мезозойское изобретение как в плане интерьера, так и экстерьера. Вполне вероятно, что пока у них не было известного нам строения среднего и внутреннего уха, позволяющего улавливать высокочастотный звук, у млекопитающих (и их предшественников) не было ушных раковин. Связано это с тем, что ушные раковины чрезвычайно полезны для определения направления звука.
У других четвероногих звук проходит через голову между ушами. Это помогает животному определить, откуда он пришел, потому что мозг интерпретирует разницу давлений в вибрациях. У амфибий и рептилий звук поступает в противоположное ухо через кости вокруг рта, в то время как у птиц есть межушный канал. Но млекопитающие уникальны тем, что каждое ухо практически изолировано от другого, как студия звукозаписи. Это создает проблему для определения местоположения источника шума.