Змеи — широко распространенные и разнообразные рептилии, которые очень близки ящерицам и в ходе эволюции произошли именно от них. Среди более четырех тысяч видов змей есть жители почти всех континентов и крупных островов, освоившие самые разнообразные экологические ниши и способные питаться почти кем угодно. Авторы новой статьи в Science проанализировали геномы более тысячи видов чешуйчатых (змей и ящериц), данные об их рационе и объяснили, как возникло уникальное разнообразие змей.
Блестящая остроголовая змея (Oxybelis fulgidus) в Бразилии / © Ivan Prates
Известно около 40 тысяч видов позвоночных, среди которых десятая часть — змеи. Впечатляющее число, если вспомнить, что они представляют собой всего лишь подотряд в составе отряда чешуйчатых рептилий (Squamata), куда также входят ящерицы и немногочисленные двуходки. Ящерицы были предками змей, однако более 150 миллионов лет назад их пути резко разошлись и далее две группы эволюционировали по-своему. И хотя формально змеи — всего лишь разновидность ящериц, они очень отличаются по экологии, морфологии и биогеографии от своих чешуйчатых собратьев.
Змеи показали способность быстро создавать новые виды и более крупные систематические группы. В результате они освоили все материки Земли (кроме Антарктиды) и даже поселились на множестве островов. Редкими исключениями, не имеющими в природной фауне змей, остались Ирландия и Новая Зеландия. Змеи также приобрели комплекс уникальных адаптаций, таких как отсутствие конечностей, длинное тело, развитое обоняние и, разумеется, их фирменные яды.
Так змеи освоили разные экологические ниши: они плавают в морях, роются в земле, лазают по ветвям, живут и в пустынях, и в экваториальных лесах, где отравляют, душат и глотают своих жертв целиком. Змеи приучились к самым разным типам пищи, разумеется кроме растительной, которая закоренелых хищников не интересует. При этом в отличие от ящериц они зачастую специализируются на каком-то одном питании.
Авторы новой публикации в лидирующем научном журнале Science взялись выяснить, в чем секрет эволюционного успеха змей и их необычайного разнообразия. Они проанализировали фрагменты 1018 геномов чешуйчатых, а также окаменелости и данные о пищевых пристрастиях почти 70 тысяч особей (используя для этого музейные образцы). Так биологи реконструировали эволюционную историю чешуйчатых рептилий.
Оказалось, что змеи эволюционируют с очень высокой скоростью — примерно втрое быстрее ящериц. Они также имеют особые генетические и молекулярные адаптации: рост числа транспозонов и изменение функций белков, участвующих в метаболизме. При этом выделение змей в обособленную группу еще во времена динозавров (около 150 миллионов лет назад) сопровождалось их быстрыми и радикальными преобразованиями. Почти сразу змеи приобрели все характерные адаптации — безногое вытянутое тело, череп, способный деформироваться для проглатывая крупной жертвы, и исключительную чувствительность к запахам.
По отдельности такие приспособления возникали и у других позвоночных. Скажем, к «безногой конструкции» в разные моменты времени независимо перешли более 25 групп ящериц (веретенницы, чешуеноги и так далее) и амфибии, такие как современные червяги и давно вымершие аистоподы. Однако змеи особенно удачно сочетали в себе все эти адаптации, которые к тому же возникли почти одновременно (в эволюционных масштабах времени), очень динамично изменялись и обеспечили резкое ускорение видообразования и рост экологического разнообразия.
Ученые назвали состояние перед таким «змеиным взрывом» макроэволюционной сингулярностью — по аналогии с космологическим термином, описывающим Вселенную в бесконечно сжатом и нагретом состоянии перед Большим взрывом. В следующий за сингулярностью момент все начало быстро и неожиданным образом меняться, хотя характер изменений во многом определяло исходное состояние животных. О том, какого рода события запустили быструю эволюцию ранних змей, остается только догадываться.
Комментарии
А разве змеи разнообразны? Просто ползающая веревка
Evgeny, змей несколько тысяч разных видов. По сравнению с всего одним видом лысых обезьян змеи крайне разнообразны.
Михаил, это несомненно так. Однако, сравнивая с удивительным внешним разнообразием, например, рыб или насекомых, змеи выглядит в общем похожими друг на друга.
Evgeny, рыбы - это несколько классов типа хордовых, насекомые - класс членистоногих, змеи же всего лишь подотряд класса пресмыкающихся отряда чешуйчатые. Неудивительно, что при таком сравнении они кажутся однообразными.
Если бы эволюция была фактом, то ископаемые, несомненно, свидетельствовали бы о постепенном переходе одного вида в другой. Это было бы так, независимо от того, какой вариант эволюционной теории принимается. Даже ученые, которые верят в более быстрые преобразования, связанные с теорией «прерывистого равновесия», допускают, что эти преобразования, вероятно, длились многие тысячелетия. Поэтому не разумно полагать, что нет абсолютно никакой необходимости в ископаемых связующих звеньях.Также, если бы эволюция основывалась на фактах, то следовало бы ожидать, что палеонтологическая летопись обнаружит зачатки новых структур в живых организмах. По крайней мере у некоторых ископаемых должны были бы обнаружиться развивающиеся руки, ноги, крылья, глаза и другие кости и органы. Например, должны были бы встретиться плавники рыб, превращающиеся в ноги земноводных, и жабры, постепенно превращающиеся в легкие. Должны были бы существовать пресмыкающиеся, передние конечности которых превращались бы в птичьи крылья, задние конечности — в когтистые лапы, чешуя — в перья, а рот — в роговой клюв.Относительно этой теории в британском журнале New Scientist говорится: «Она предсказывает, что полная палеонтологическая летопись должна состоять из родословных линий организмов, показывающих, что на протяжении длительных промежутков времени непрерывно происходит постепенное преобразование» . Сам Дарвин утверждал: «Число промежуточных и переходных звеньев между всеми живущими ныне и угасшими видами должно было быть непостижимо велико» .
Vladimir, Вы представляете себе, какая доля живших организмов сохраняется в окаменевшем виде (для этого требуются очень специфические условия)? А какую долю мы потом в состоянии найти? А эти вероятности нужно перемножать. Мы располагаем очень маленькой выборкой, и это проблема выборки, а не генеральной совокупности.
Vladimir, эволюция является фактом уже хотя бы потому что её элементарный акт - появление новых видов в дикой природе - неоднократно наблюдался
(гуглим Recent and recurrent polyploidy in Tragopogon (Asteraceae): cytogenetic, genomic and genetic comparisons)
И не только наблюдался, но и успешно воспроизводился в лаборатории
(гуглим Synthetic polyploids of Tragopogon miscellus and T. mirus (Asteraceae): 60 Years after Ownbey's discovery)
В данном примере не потребовались ни миллионы, ни тысячи лет, этот сальтационный механизм генерирует новые виды сверхбыстро, в предельном случае за одно единственное половое поколение. Потому у видов, возникших таким путём, нет и не может быть никаких переходных форм.
Что касается эволюции "по Гулду", то другой комментатор уже указал на известную сложность. Вероятность попасть в палеолетопись помимо прочего находится в прямой зависимости от времени существования таксона и численности его представителей. Так что находки переходных форм при гулдовской эволюции тоже особо не ожидаются.
А что касается эволюции "по Дарвину", то есть медленного преобразования морфо-физиологических характеристик в течение десятков миллионов лет, то примеры известны каждому внимательному школьнику: цепочки переходных форм в эволюции китообразных, на которых видно всё - и медленную редукцию задних конечностей и медленный переезд ноздрей на макушку. Или тот же пример эволюции слуховой системы млекопитающих, прослеженный достаточно основательно по найденным переходным формам.
В общем, невежество и поразительная неосведомлённость критиков эволюции просто поражает.