Внутреннее ухо млекопитающих — яркий пример конвергентной эволюции
Новое исследование международной команды под руководством Николь Грунстра (Венский университет) и Анн Ле Мэтр (Институт Конрада Лоренца) показало, что группа сильно различающихся млекопитающих Afrotheria и неродственные, но экологически сходные виды независимо эволюционировали схожую форму внутреннего уха. Работа опубликована в Nature Communications.
Исследование на 3D-моделях
Учёные изучили форму внутреннего уха у Afrotheria — группы родственных, но анатомически и экологически разных млекопитающих (трубкозуб, слоны, златокроты, даманы, прыгунчики, ламантины). Их сравнили с неродственными, но аналогичными по анатомии, экологии и/или способу передвижения видами (муравьеды, кроты, грызуны, ежи, дельфины).
На основе рентгеновской микротомографии черепов из музейных коллекций были созданы виртуальные 3D-модели внутреннего уха. Форму уха сравнили между афротериями и их аналогами и проанализировали её связь со средой обитания и локомоцией.
Независимая эволюция под общим давлением отбора
Ключевой вывод: форма внутреннего уха более сходна у экологически аналогичных видов, чем у неродственных, даже если последние имеют более близкого общего предка.
- Например, форма уха ламантина менее похожа на форму уха слона или дамана (близкие афротерии), но более похожа на форму уха дельфина (далёкий родственник). Это сходство соответствует адаптации к строго водной среде.
- Аналогичные формы уха также обнаружены у других неродственных видов со схожей средой обитания или стратегией питания (подземные, древесные виды).
Это свидетельствует о конвергентной эволюции: изначально разные формы уха независимо эволюционировали к сходству из-за общих давлений отбора в схожих экологических нишах.
Повышенная эволюционная способность уха млекопитающих
Исследование, казалось бы, противоречит недавним работам по птицам и рептилиям, которые ставили под сомнение роль адаптивных процессов в формировании внутреннего уха позвоночных.
Объяснение может заключаться в том, что адаптивные различия в форме уха особенно сильно проявляются при сравнении видов с разнообразными экологическими стратегиями, как у афротерий и многих других млекопитающих.
Другое возможное объяснение — более высокая «эволюционная способность» (evolvability) внутреннего уха млекопитающих. По сравнению с птицами или рептилиями, ухо млекопитающих приобрело дополнительную сложность в ходе эволюции (трансформация костей челюсти в кости среднего уха).
Эта особенность не только позволяет млекопитающим слышать более широкий диапазон звуков, но и увеличивает анатомическую, генетическую и эмбриональную сложность уха. Теория предсказывает, что это расширяет спектр потенциальных форм уха, которые могут эволюционировать.
«Увеличение числа генетических и эмбриональных факторов признака даёт естественному отбору больше “ручек для настройки”, что облегчает эволюцию различных адаптаций», — добавляет соавтор Филипп Миттерёккер (Венский университет).
Эта повышенная эволюционная способность могла способствовать адаптации млекопитающих к новым средам обитания и способам передвижения.