Форма внутреннего уха жвачных животных фиксирует 35 миллионов лет нейтральной эволюции

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7222 (2022) Цитировать эту статью

6158 Доступов

3 цитаты

91 Альтметрика

Подробности о метриках

Внешние и внутренние факторы влияют на разнообразие. В глубоком временном масштабе внешнее воздействие климата и геологии имеет решающее значение, но плохо изучено. Здесь мы используем морфологию внутреннего уха жвачных парнокопытных, чтобы проверить глубокую временную корреляцию между низкой адаптивной анатомической структурой и внешними и внутренними переменными. Мы применяем геометрическо-морфометрический анализ в филогенетической системе к данным рентгеновской компьютерной томографии 191 вида жвачных животных. Противоположные результаты в кладах жвачных животных показывают, что нейтральные эволюционные процессы с течением времени могут сильно влиять на эволюцию морфологии внутреннего уха. Существующие, экологически разнообразные клады увеличивают скорость своей эволюции с понижением глобальной температуры в кайнозое. Пик скорости эволюции приходится на колонизацию новых континентов. В то же время, экологически ограниченные клады демонстрируют снижение или неизменность темпов. Эти результаты позволяют предположить, что и климат, и палеогеография создали гетерогенную среду обитания, что, вероятно, способствовало диверсификации Cervidae и Bovidae и иллюстрирует влияние внешних и внутренних факторов на эволюцию жвачных животных.

За последние 45 миллионов лет на Земле наблюдалась общая тенденция снижения глобальной температуры1. Это привело к образованию постоянных полярных ледяных шапок, которые укрепили климатические пояса, что привело к повсеместной континентальной сезонности и засушливости. Климат является основным фактором, влияющим на распространение и разнообразие жизни на планете, и играет кардинальную роль в видообразовании и вымирании, что лучше всего проявляется в макроэволюционных или геологических временных масштабах2,3,4. Более того, известно, что изменчивость климата, особенно в периоды снижения глобальной температуры, вызывает неоднородность окружающей среды и, таким образом, является сильным фактором отбора. Изменение климатических условий и связанная с ним тектоническая активность (т.е. изменения палеогеографии местного/регионального масштаба на континентальный) влекут за собой изменения в окружающей среде, изменение доступности ресурсов и фрагментацию среды обитания, прокладывая пути для возникновения инноваций5 и открывая потенциал для диверсификации6. Пример такого влияния можно наблюдать на протяжении последних 5 миллионов лет эволюции человека7.

Таксономическое разнообразие и масса тела являются основными параметрами, используемыми для определения темпов эволюции и эпизодов диверсификации млекопитающих в глубоком прошлом (например, ссылка 8). Однако эти прокси имеют существенные недостатки, которые не позволяют им быть эффективными, особенно для определения надежных темпов эволюции. Масса тела — это параметр, который, как известно, тесно коррелирует с экологическими факторами. Вымершие таксоны часто представлены лишь фрагментарными остатками, причем их записи обычно прерывисты, что затрудняет прослеживание всей эволюционной истории клады. Действительно, зубы в основном хорошо сохранились и широко распространены в летописи окаменелостей и представляют собой одну из единственных возможностей установить корреляцию между диверсификацией и внешними факторами в больших масштабах и для целых клад9. Однако они также напрямую связаны с пищевыми привычками, что делает их склонными к экологической пластичности. Исследование всей эволюции клады требует сосредоточения внимания на структуре, которая нейтрально развивается во времени. Костный лабиринт — это анатомическая структура, которая недавно привлекла внимание эволюционных исследований и, предварительно доказано, точно отражает родство (т. е. филогению) между видами — и, следовательно, их эволюцию во времени10,11. Костный лабиринт сохраняется в виде полой структуры внутри каменистой кости, которая является самой плотной твердой тканью скелетно-зубной системы млекопитающих после зубов. Таким образом, он чрезвычайно хорошо сохраняется в летописи окаменелостей. С момента появления методов компьютерной томографии, позволяющих собрать виртуальную эндокаст, каменистая кость и костный лабиринт помогли прояснить различные аспекты эволюции млекопитающих. Примеры можно найти на ранних этапах эволюции млекопитающих в мезозое12, в филогении млекопитающих, реконструированной с использованием богатства морфологических признаков, которые они могут получить10,13,14, или в эволюции и расселении современных людей из Африки11. Кроме того, функции внутреннего уха, обеспечивающие слух и равновесие, имеют решающее значение во взаимодействии животных с окружающей средой и внутри них. Тем не менее, данные показывают, что морфология костного лабиринта может лишь частично зависеть от экологических и физиологических параметров, таких как тип среды обитания15,16 или возможности передвижения17,18. Преимущественно, морфологический сигнал, регистрируемый в костном лабиринте, сильно связан с филогенией10,19 и считается отражающим нейтральную эволюцию20. Низкое давление отбора на эту морфологическую структуру может быть связано с ее важными ограничениями развития10. Таким образом, костный лабиринт может быть подходящим показателем для изучения глубокой нейтральной эволюции у позвоночных.