JAK SE VYVINULY VELRYBY? | VĚDA | KOVÁŘ - ČLÁNKY, VĚDA, DIVOKÁ ZVĚŘ

Co vás napadne, když uvažujete o velrybě? Velryby, větve a motolice patří dnes k charakteristickým znakům zhruba 80 druhů kytovců (velryby, delfíny a sviňuchy). Ale protože jsou to savci, víme, že se museli vyvinout z předků pozemních obydlí.

Asi před 375 miliony let se první tetrapodové - obratlovci s pažemi a nohama - vytlačili z bažin a začali žít na souši. Tento hlavní evoluční přechod vytvořil půdu pro všechny následující skupiny obratlovců žijících na pevnině, včetně rozmanité linie nazývané synapsidy, která vznikla přibližně před 306 miliony let. Ačkoli tato stvoření, jako byl Dimetrodon, vypadali jako plazi, ve skutečnosti byli archaickými předchůdci savců.

V době, kdy se první savci vyvinuli před 200 miliony let, však byli dinosaury dominantními obratlovci. Savci se diverzifikovali ve stínu velkých archosaurů a zůstali docela malí a tajní, dokud neusaví dinosauré byli před 65 miliony let vyhubeni masovým vyhynutím. Tato globální katastrofa vyčistila cestu pro velké záření savců. Teprve asi 10 milionů let po tomto vyhynutí - a více než 250 milionů let od doby, kdy se první velryby vynořily na pevninu - se vyvinuli první velryby. Tito první kytovci nebyli jako velryby, které známe dnes, a teprve nedávno je paleontologové dokázali rozpoznat.

Po více než století byla naše znalost fosilních záznamů o velrybách tak řídká, že si nikdo nemohl být jist, jak vypadali předci velryb. Nyní se příliv obrátil. V prostoru pouhých tří desetiletí zaplnila mezera v našich znalostech záplava nových fosilií, díky nimž se původ velryb stal jedním z nejlépe zdokumentovaných příkladů rozsáhlých evolučních změn ve fosilních záznamech. Tito předkové tvorové byli cizí, než kdokoli jiný očekával. Nebyl žádný přímý pochod suchozemských savců, který by vedl k plně vodním velrybám, ale evoluční nepokoje obojživelníků, kteří kráčeli a plavaly podél řek, ústí řek a pobřeží pravěké Asie. Jak zvláštní jsou moderní velryby, jejich fosilní předchůdci byli ještě podivnější.

Průkopníci, kteří vyčistili půdu v Alabamě a Arkansasu, často našli obrovské kulaté kosti. Někteří osadníci je používali jako krbové krby; jiní opírali ploty o kosti nebo je použili jako základní kameny; otroci použili kosti jako polštáře. Kosti byly tak četné, že v některých polích byly zničeny, protože zasahovaly do obdělávání půdy.

V roce 1832 se kopec zhroutil na Arkansasově majetku soudce H. Brya a odhalil dlouhou sekvenci 28 kruhových kostí. Myslel si, že by mohli být vědecky zajímavé, a poslal balíček do Americké filozofické společnosti ve Philadelphii. Nikdo zcela nevěděl, co si o nich myslet. Část sedimentu připevněného na kosti obsahovala malé skořápky, které ukazovaly, že velké stvoření kdysi žilo ve starověkém moři, ale s jistotou se dá říci jen málo.

Bryův dar byl brzy uzavřen a dokonce překročen darem soudce Johna Creagha z Alabamy. Při výbuchu na svůj majetek našel obratle a další fragmenty a také poslal několik vzorků do společnosti Philadelphia. Richard Harlan si prohlížel fosílie, které nebyly na rozdíl od dřívějších. Požádal o další kosti a Creagh brzy poslal části lebky, čelistí, končetin, žeber a páteře tajemného stvoření. Vzhledem k tomu, že Creagh i Bry říkali, že viděli neporušené obratlové sloupce delší než 100 stop, musí být živá bytost jedním z největších obratlovců, jaký kdy žil. Ale jaké zvíře to bylo?

Harlan si myslel, že kosti jsou nejvíce podobné kostem zaniklých mořských plazů, jako jsou plesiosaurs s dlouhým hrdlem a usměrnění ichthyosaurs. Předběžně mu přidělil jméno Basilosaurus. Nebyl si však jistý. Čelisti obsahovaly zuby, které se lišily velikostí a tvarem, což je charakteristika savců, ale ne většina plazů. Proč měl největší fosilní plaz, který kdy žil, zuby podobné savcům?

Harlan odcestoval do Londýna v roce 1839, aby představil Basilosauruse některým z předních paleontologů a anatomů dne. Richard Owen, vycházející hvězda v akademické komunitě, pečlivě zkoumal každou kost a dokonce dostal povolení ke krájení do zubů, aby studoval jejich mikroskopickou strukturu. Jeho pozornost na takové drobné detaily nakonec vyřešila identifikaci mořských monster. Basilosaurus sdílel některé rysy s mořskými plazy, ale to byl jen povrchní případ konvergence - zvířat ve stejném prostředí, které se vyvíjelo podobné rysy - protože oba typy tvorů žily v moři. Celková konstelace vlastností, včetně zubů s dvojitým kořenem, nepochybně identifikovala Basilosaurus jako savce.

Po prohlídce obratlů a dalších fragmentů nalezených v Alabamě si Richard Harlan z American Philosophical Society ve Philadelphii myslel, že kosti jsou nejvíce podobné kostem zaniklých mořských plazů. Předběžně mu přidělil jméno Basilosaurus . Na obrázku je 3D model Basilosaurus . (DK Limited / Corbis)

Ilustrace fosilního sběratele Alberta Kocha z Německa, který se objevil na displeji. (Z Fowler, OS 1846. The American Phrenological Journal a Miscellany, svazek 8. New York: Fowler & Wells.)

O několik let později vědec, který se svými kolegy zacházel s jiným vzorkem, vytáhl z lebky kost, upustil ji a rozbil se na podlaze. Když nervózní vědci shromáždili fragmenty, všimli si, že kost nyní odhalila vnitřní ucho. Byl tu jen jeden další tvor s vnitřním uchem, které se shodovalo: velryba.

Krátce po vyřešení skutečné identity Basilosaurus vyvolala teorie evoluce Charlese Darwina přirozeným výběrem otázky, jak se vyvíjí velryby. Fosilní záznam byl tak řídký, že nebylo možné určit jednoznačné odhodlání, ale v myšlenkovém experimentu zahrnutém do filmu O původu druhů Darwin spekuloval o tom, jak by přirozený výběr mohl v průběhu času vytvořit velrybu podobného tvora:

V Severní Americe černý medvěd viděl [průzkumník Samuel] Hearne plavat celé hodiny se široce otevřenými ústy, a tak chytat, jako velryba, hmyz ve vodě. I v tak extrémním případě, jako je tento, pokud by byla dodávka hmyzu stálá, a pokud by v zemi ještě neexistovali lépe přizpůsobení konkurenti, nevidím žádné potíže v tom, že by byl závod medvědů poskytován přirozeným výběrem stále více. vodní ve své struktuře a návycích, s většími a většími ústy, až byl tvor vytvořen jako monstrum jako velryba.

Darwin byl pro tuto pasáž zesměšňován. Kritici vzali to znamenat, že on navrhoval, že medvědi byli přímí předci velryb. Darwin nic takového neudělal, ale kvůli šílenství ho v následujících vydáních knihy upravil. Při přípravě šestého vydání se však rozhodl uvést malou poznámku o Basilosaurovi . V roce 1871 se Darwin píše svému stálému obhájci TH Huxleymu a zeptal se, zda by prastará velryba mohla představovat přechodnou formu. Huxley odpověděl, že není pochyb o tom, že Basilosaurus poskytoval vodítka ohledně původu velryb.

Huxley si myslel, že Basilosaurus představuje přinejmenším typ zvířete, které spojuje velryby s jejich pozemskými předky. Pokud by to byla pravda, pak se zdálo pravděpodobné, že se velryby vyvinuly z nějakého suchozemského masožravého savce. Další vyhynulá velryba zvaná Squalodon, fosilní delfín s bezbožným úsměvem plným trojúhelníkových zubů, podobně naznačila, že se velryby vyvinuly z předků konzumujících maso. Stejně jako Basilosaurus byl však Squalodon plně vodním zdrojem a poskytoval jen pár vodítek, pokud jde o specifickou populaci, z níž vzrostly velryby. Společně tyto fosilní velryby visely v jakémsi vědeckém limbu a čekaly na budoucí objev, který by je spojil s jejich předky v zemi.

Mezitím vědci spekulovali o tom, jaké by mohly být předky velryb. Anatomist William Henry Flower zdůraznil, že tuleni a lachtani používají své končetiny k pohonu sebe vodou, zatímco velryby ztratily zadní končetiny a plavaly kmity ocasu. Nedokázal si představit, že by dříví kytovci použili své končetiny k plavání, a pak se v pozdějším bodě přepnul na pohon pouze ocasem. Polovodní vodní vydry a bobři, tvrdí, jsou lepšími alternativními modely pro nejstarší pozemské předky velryb. Pokud by dříví předci velryb měli velké, široké ocasy, mohlo by to vysvětlit, proč se vyvinuli tak jedinečný způsob plavání.

Na rozdíl od Huxleyovy hypotézy masožravců si Flower myslel, že kopytníci nebo kopytníci savců sdílejí některé zajímavé kosterní podobnosti s velrybami. Lebka Basilosaurus měla více společného se starodávnými „kopytníky podobnými prasatům“ než pečetí, a tak dala název sviňákovi obecnému názvu „mořský svin“ prsten pravdy. Pokud by nakonec bylo možné najít starověké všežravé kopytníky, usoudil Flower, bylo by pravděpodobné, že alespoň někteří by byli dobrými kandidáty na předky velryb. Představoval si hypotetického předchůdce kytovců, který se vrhl do mělčin:

Na závěr si můžeme představit některá primitivní generalizovaná, strašidelná zvířata s řídkým zakrytím srsti jako moderní hroch, ale s širokými, plaveckými ocasy a krátkými končetinami, všežravými v jejich způsobu krmení, pravděpodobně kombinující vodní rostliny s mušlemi, červy. a sladkovodní korýši, postupně se stále více přizpůsobují, aby zaplnili prázdné místo, které je pro ně připraveno na vodní straně pohraničí, na kterém bydleli, a tím se postupně mění na stvoření podobné delfínům, kteří obývají jezera a řeky, a nakonec najdou jejich cestu do oceánu.

Fosilní zbytky takového tvora zůstaly nepolapitelné. Na přelomu 20. a 20. století byly nejstarší fosilní velryby stále zastoupeny Basilosaurem a podobnými formami jako Dorudon a Protocetus, z nichž všechny byly zcela vodní - neexistovaly žádné fosílie, které by přemostily propast mezi zemí a mořem. Jak ED Cope připustil v přezkumu velryb v roce 1890: „Řád Cetacea je jedním z těch, jejichž původ nemáme jasné znalosti.“ Tento stav pokračoval po celá desetiletí.

Při analýze vztahů starověkých masožravých savců v roce 1966 však evoluční biolog Leigh Van Valen zasáhl podobnosti mezi vyhynulou skupinou masožravců obydlených zvanou mesonychids a nejčasnějšími známými velrybami. Často nazývaní „vlci s kopyty“, byli mezonychidi středně velcí až velcí predátoři s dlouhými, zubatými ňufáky a špičkami špiček s kopyty spíše než ostrými drápy. Byli to hlavní predátoři na severní polokouli od krátce po zániku dinosaurů až před asi 30 miliony let a tvar jejich zubů připomínal ty velryby jako Protocetus .

Sledujte podvodní záběry savce a slyšte jeho podivné cvakající zvuky, které jsou rozhodující pro jejich přežitíVideo záběry Tony Wu

Van Valen předpokládal, že některé mezonychidy mohou být bažinatými obyvateli, „jedlíci měkkýšů, kteří chytali občasné ryby, rozšířené phalangy [prsty prstů a prstů na nohou] jim pomáhají na vlhkých površích.“ Mohla být lákána populace mesonychidů v bažinatém prostředí. voda mořskými plody. Jakmile začnou plavat po večeři, budou se další generace stále více přizpůsobovat vodním podmínkám, až se vyvine něco „tak příšerného jako velryba“.

Překvapivý objev provedený v suchých Pákistánu Pákistánu oznámený University of Michigan paleontologové Philip Gingerich a Donald Russell v roce 1981 konečně dodali přechodnou formu, na kterou vědci doufali. V sladkovodních sedimentech datujících se asi před 53 miliony let vědci získali fosílie zvířete, kterému říkali Pakicetus inachus . Trochu víc, než byla zadní část lebky zvířete, byla získána, ale měla rys, který ji nepochybně spojil s kytovci.

Cetaceans, stejně jako mnoho jiných savců, mají ušní kosti uzavřené v kupole kosti na spodní straně lebek zvané sluchová bulla. Tam, kde se liší velryby, je to, že okraj kupole nejblíže ke střední linii lebky, zvaný involucrum, je extrémně tlustý, hustý a vysoce mineralizovaný. Tento stav se nazývá pachyosteoskleróza a velryby jsou jedinými savci, o kterých je známo, že mají tak silně zahuštěné involucrum. Lebka z Pakicetu vykazovala právě tento stav.

Ještě lépe dva fragmenty čelisti ukázaly, že zuby Pakicetu byly velmi podobné zubům mezonychidů. Zdálo se, že Van Valen měl pravdu, a Pakicetus byl pouhým druhem bažinaté bytosti, kterou si představoval. Skutečnost, že byla nalezena ve sladkovodních ložiscích a neměla specializace vnitřního ucha pro podvodní slyšení, ukázala, že je stále velmi brzy ve vodním přechodu, a Gingerich a Russell považovali Pakicetus za „obojživelný mezistupeň přechodu velryby ze země na moře, “dodali však upozornění, že„ postkraniální pozůstatky [kosti jiné než lebka] poskytnou nejlepší test této hypotézy. “Vědci měli každý důvod být opatrní, ale skutečnost, že přechodná velryba měla bylo zjištěno, že bylo tak úžasné, že se rekonstrukce celého těla Pakicetu objevily v knihách, časopisech a v televizi. Bylo to prezentováno jako stinpy-legged, těsnění-jako zvíře, zvíře chycené mezi světy.

Skrz devadesátá léta byly kostry více či méně vodně přizpůsobených starodávných velryb nebo archeologů objeveny závratným tempem. S tímto novým kontextem však tvrdohlavá, těsnící forma pro Pakicetus znázorněná na tolika místech začala dávat stále méně smysl. V roce 2001 pak JGM Thewissen a jeho kolegové popsali dlouho hledanou kostru (na rozdíl od pouhé lebky) Pakicetus attocki . Původně se předpokládalo, že to bylo zvíře podobné vlkům, ne kluzké zvíře tuleňovité. Spolu s dalšími nedávno objevenými rody, jako je Himalayacetus, Ambulocetus, Remingtonocetus, Kutchicetus, Rodhocetus a Maiacetus, se pohodlně vejde do sbírky archeologů, které skvěle dokumentují evoluční záření časných velryb. Ačkoli to není řada přímých předků a potomků, každý rod představuje zvláštní fázi evoluce velryb. Společně ilustrují, jak probíhal celý přechod.

Nejstarší známé archeologové byli stvoření, jako je 53 milionů let starý Pakicetus a mírně starší Himálajacetus . Vypadali, jako by byli doma více na pevnině než ve vodě, a asi tak kolem jezer a řek udělali psí pádlo. O milion let později žil Ambulocetus, raná velryba s krokodýlí lebkou a velkými pavučinovými nohami. Následně se objevily dlouho vytýkané a vydry podobné remingtonocetidy, včetně malých forem, jako je 46 milionů let starý Kutchicetus . Tyto rané velryby žily v okolí pobřežního prostředí, od mořských bažin po mělké moře.

Bydlení přibližně ve stejnou dobu jako remingtonocetidy byla další skupinou ještě vodnatěji přizpůsobených velryb, protocetidů. Tyto formy, jako Rodhocetus, byly téměř zcela vodní, a některé pozdější protocetidy, jako Protocetus a Georgiacetus, téměř jistě žily celý svůj život v moři. Tento posun umožnil plně vodním velrybám rozšířit jejich rozsahy na břehy jiných kontinentů a diverzifikovat se a úhlednější basilosauridy jako Dorudon, Basilosaurus a Zygorhiza naplnily teplé moře pozdního Eocene. Tyto formy nakonec vyhynuly, ale ne dříve, než daly vzniknout časným zástupcům dvou skupin velryb žijících dnes, zubatých velryb a baleenů. První zástupci těchto skupin se objevili asi před 33 miliony let a nakonec dali vzniknout tak různorodým formám, jako je delfín řeka Yangtze a gigantická modrá velryba.

Studie vycházející z oblasti molekulární biologie však byly v rozporu se závěrem paleontologů, že se velryby vyvinuly z mesonychidů. Když byly geny a aminokyselinové sekvence živých velryb srovnávány se sekvencemi jiných savců, výsledky často ukázaly, že velryby jsou nejblíže příbuzným artiodaktylům - sudokopytníky jako antilopa, prasata a jeleni. Ještě překvapivější bylo, že při porovnání těchto proteinů používaných k určení evolučních vztahů často velryby v Artiodactyle často uváděly jako nejbližší žijící příbuzné hrochů.

Tento konflikt mezi paleontologickými a molekulárními hypotézami se zdál neřešitelný. Molekulární biologové nemohli studovat mezonychidy, protože byli zaniklí a nezjistili se žádné kosterní rysy, které by přesvědčivě spojovaly archeokety se starodávnými artiodaktyly. Které byly spolehlivější, zuby nebo geny? Konflikt však nebyl bez naděje na vyřešení. Mnoho z koster nejstarších archeologů bylo velmi fragmentárních a často jim chyběly kosti kotníku a chodidla. Jedna konkrétní kotníková kost, astragalus, měla potenciál urovnat debatu. V artiodactylech má tato kost okamžitě rozpoznatelný tvar „dvojité kladky“, charakteristické mezonychidy nesdílely. Pokud by mohla být nalezena astragalus časného archeologického nálezu, poskytlo by to důležitý test pro obě hypotézy.

V roce 2001 byly konečně popsány archeologové, kteří tuto kost vlastnili, a výsledky byly nezaměnitelné. Archeocéty měly astragalus s dvojitou kladkou, což potvrzuje, že kytovci se vyvinuli z artiodaktylů. Mesonychids nebyli předci velryb a hroši jsou nyní známí jako nejbližší žijící příbuzní velryb.

Vědci nedávno určili, která skupina prehistorických artiodaktylů způsobila velryby. V roce 2007 Thewissen a další spolupracovníci oznámili, že Indohyus, malý jelenovitý savec patřící do skupiny zaniklých artiodaktylů zvaných raoellidy, byl nejblíže známým příbuzným velrybím. Při přípravě spodní strany lebky Indohya přerušil student v Thewissenově laboratoři část zakrývající vnitřní ucho. Byl silný a vysoce mineralizovaný, stejně jako kost v uších velryb. Studium zbytku kostry také odhalilo, že Indohyus měl kosti označené podobným druhem zahušťování, adaptaci sdílenou savci, kteří tráví hodně času ve vodě. Když fosilní data byla v roce 2009 kombinována s genetickými údaji Jonathana Geislera a Jennifer Theodorové, vyšel najevo nový strom velryb. Raoellids jako Indohyus byli nejbližší příbuzní velryb, přičemž hroši byli nejbližší příbuzní obou skupin dohromady. Konečně by velryby mohly být pevně zakořeněny ve vývojovém stromu savců.