Звери до нас. Нерассказанная история происхождения млекопитающих

Один из наиболее распространенных способов, с помощью которого современные исследователи сравнивают форму с функцией, – это так называемая геометрическая морфометрия. Этот метод можно применить к двумерному снимку (например, фотографиям костей) или трехмерной модели (полученной из данных компьютерной томографии). На кости отмечаются точки, которые в совокупности отражают ее общую форму. Они называются ориентирами, и они немного похожи на технологию захвата движения, используемую в спецэффектах и анимации. Разместив ориентиры в соответствующих местах, вы можете отметить важные части кости. Чтобы проанализировать форму с помощью геометрической морфометрии, вы идентифицируете одни и те же ориентиры на множестве разных костей, а затем сравниваете распределение этих ориентиров по всему набору данных. Например, как соотносятся одни и те же ориентиры на лодыжке медведя и гепарда?

Результаты геометрической морфометрии могут быть помещены на своего рода диаграмму, называемую морфопространством. Положение точки данных отдельного животного в морфопространстве должно предоставлять информацию о форме его костей по сравнению с другими животными. В таком случае диаграмма отразит их экологию, так что, к примеру, все роющие животные сгруппируются в одном месте, а животные, лазающие по деревьям, – в другом. Медведь и гепард будут размещены далеко друг от друга, независимо от того, какую кость вы исследуете.

Помимо визуальной оценки результатов геометрической морфометрии, вы можете протестировать их статистически. Если вы проведете такой анализ с набором данных о современных животных, а затем добавите в анализ ископаемое, то сможете увидеть, где оно располагается в морфопространстве. Анализ подскажет вам, на каких нынешних животных ископаемое больше всего похоже, статистически ли значимо их сходство и какие выводы можно сделать об их экологии.

Сегодня геометрическая морфометрия применяется к мезозойским млекопитающим и их сородичам, чтобы проверить их истинное экологическое разнообразие. Но в их анализе есть определенные загвоздки. Во-первых, отсутствие полных окаменелостей. Из всех сотен названных видов большинство известно только по зубам и челюстям. Они могут немного рассказать нам о диете своих владельцев, но не о передвижении. Если кости конечностей и встречаются, они обычно повреждены, а в случае с почти «свежими» останками из Китая еще и раздавлены. Это затрудняет компьютерную томографию и сужает круг приемов, которые исследователи хотели бы применить.

Но, пожалуй, самая большая проблема в том, что этих животных разделяют сотни миллионов лет эволюционных изменений. На первый взгляд можно подумать, что мезозойские млекопитающие напоминают современных. Нетренированному глазу они покажутся грызунами – однако их кости куда сложнее. Многие представляют собой смесь форм, не только унаследованных от предшественников, но и приобретенных благодаря новым функциям.

Вернемся к основной кости лодыжки, называемой пяточной костью, – она многое говорит нам о положении стопы и передвижении современных групп. Она практически не изменилась с времен цинодонтов триаса до поздней юры и раннего мела. Плечевой пояс, который обеспечивал жесткую поддержку верхней части тела нашим предкам-синапсидам с раскинутыми в стороны конечностями, сокращается, но полностью исчезает только в меловом периоде. Однопроходные, видимо, из любви к неуклюжести, его сохранили, что делает их уникальными среди ныне живущих групп млекопитающих.

Тем временем развивались совершенно новые формы костей, поскольку мышцы адаптировались к выполнению новых задач, а масса тела менялась. Мелкие животные, такие как млекопитающие триасового периода, ставят перед исследователями новые задачи. Маленьким животным не нужно сильно приспосабливать свой скелет, чтобы передвигаться по-новому, потому что они достаточно легкие, чтобы лазать по деревьям или удирать, используя только имеющуюся мускулатуру. В таком случае труднее определить экоморфологические сигналы в их костях.

По всем этим причинам прямые сравнения между нынешним животным и его давно ушедшими собратьями могут оказаться бессмысленными или трудно интерпретируемыми, ведь их тела работают по-разному. И на то, чтобы отделить палеонтологические зерна от палеонтологических плевел, исследователи тратят всю свою карьеру. Да, это сложно и муторно, но все-таки выполнимо. С каждым новым свидетельством, каким бы незначительным оно ни было, наша картина древней жизни проясняется и уточняется. Иногда, как в случае с мезозойскими млекопитающими, она полностью преобразуется.