rywalizując z ewolucją piór u dinozaurów, jedną z najbardziej niezwykłych przemian w historii życia była ewolucja fiszbin-rzędów elastycznych płytek podobnych do włosów, które wieloryby błękitne, humbaki i inne ssaki morskie używają do filtrowania stosunkowo niewielkiej zdobyczy z łyków wody oceanicznej. Niezwykła struktura umożliwia największym stworzeniom na świecie spożywanie kilku ton pokarmu każdego dnia, bez żucia i gryzienia. Naukowcy ze Smithsonian odkryli ważne ogniwo pośrednie w ewolucji tej innowacyjnej strategii żywienia: starożytnego wieloryba, który nie miał ani zębów, ani fiszbiny.
w listopadzie 29 numer czasopisma Current Biology, naukowcy z Smithsonian ’ s National Museum of Natural History i współpracownicy opisują po raz pierwszy Maiabalaena nesbittae, wieloryba, który żył około 33 milionów lat temu. Korzystając z nowych metod analizy dawno odkrytych skamieniałości znajdujących się w Smithsonian ’ s National collection, zespół, w skład którego wchodzą naukowcy z George Mason University, Texas a&M University i Burke Museum of Natural History and Culture w Seattle (Smithsonian Affiliate), ustalił, że ten bezzębny, 15-metrowy wieloryb prawdopodobnie nie miał fiszbiny, pokazując zaskakujący krok pośredni między żyjącymi dziś wielorybami fiszbinowymi a ich zębatymi przodkami.
„Kiedy mówimy o ewolucji wielorybów, podręczniki koncentrują się na wczesnych etapach, kiedy wieloryby przechodziły z lądu na morze”, powiedział Nicholas Pyenson, kustosz Narodowego Muzeum Historii Naturalnej skamieniałych ssaków morskich. „Maiabalaena pokazuje, że druga faza ewolucji wielorybów jest równie ważna dla ewolucji w dużych skalach. Po raz pierwszy możemy teraz określić pochodzenie podawania filtrów, które jest jedną z głównych innowacji w historii wielorybów.”
Kiedy wieloryby po raz pierwszy ewoluowały, używały zębów do żucia jedzenia, tak jak ich przodkowie mieszkający na lądzie. Z biegiem czasu wielu potomków tych wczesnych wielorybów nadal przeżuwało swoje pożywienie, dziedzicząc tę cechę po swoich poprzednikach. Ale jak oceany wokół nich zmieniał się i zwierzęta ewoluowały, zupełnie nowe strategie karmienia powstały, w tym feeding filtr fiszbinowy, mówi National Museum of Natural History predoctoral fellow Carlos Mauricio Peredo, główny autor badania, który analizował skamieniałości Maiabalaena.
wieloryby były pierwszymi ssakami, które rozwinęły fiszbiny i żaden inny ssak nie używa żadnej struktury anatomicznej, nawet zdalnie podobnej do niej, aby pochłonąć swoją zdobycz. Ale frustrujące, baleen, którego skład chemiczny jest bardziej podobny do włosów lub paznokci niż kości, nie zachowuje dobrze. Jest rzadko spotykany w zapisie kopalnym, pozostawiając paleontologów bez bezpośrednich dowodów na jego przeszłość lub pochodzenie. Zamiast tego, naukowcy musieli polegać na wnioskach ze skamieniałości i badań rozwoju płodu w łonie matki, aby zebrać wskazówki na temat ewolucji fiszbinów.
w rezultacie nie było jasne, czy w miarę rozwoju WCZESNE wieloryby fiszbinowe zachowały zęby swoich przodków do czasu ustanowienia systemu filtrowania. Pierwsze wstępne założenie, powiedział Peredo, było takie, że ssaki żyjące w oceanie musiały potrzebować zębów lub fiszbiny do jedzenia—ale kilka żywych wielorybów zaprzecza temu pomysłowi. Kaszaloty mają zęby w dolnej szczęce, ale nie na górze, więc nie mogą gryźć ani żuć. Jedynymi zębami narwalów są ich długie kły, których nie używają do karmienia. Niektóre gatunki dziobaków, mimo że są klasyfikowane jako zębate, nie mają zębów.
ze względu na swój wiek, powiedział Peredo, paleontolodzy podejrzewali, że Maiabalaena może posiadać ważne wskazówki dotyczące ewolucji baleena. Skamielina pochodzi z okresu ogromnych zmian geologicznych podczas drugiej głównej fazy ewolucji wielorybów, mniej więcej w czasie, gdy Epoka eocenu przechodziła do oligocenu. Wraz z przesuwaniem się kontynentów i oddzielaniem się, prądy oceaniczne po raz pierwszy wirowały wokół Antarktydy, znacznie ochładzając wody. Zapis kopalny wskazuje, że style karmienia wielorybów szybko się rozeszły w tym czasie, z jedną grupą prowadzącą do dzisiejszych wielorybów filtrujących, a drugą do echolokujących.
w związku z tym Maiabalaena otrzymała wiele kontroli od czasu jej odkrycia w Oregonie w latach 70., ale matryca skalna i materiał, w którym zebrano skamielinę, nadal zaciemniały wiele jej cech. Dopiero gdy Peredo w końcu oczyścił skamielinę, a następnie zbadał ją najnowocześniejszą technologią tomografii komputerowej, jej najbardziej uderzające cechy stały się jasne. Brak zębów Maiabalaena było łatwo widoczne z zachowanej kości, ale tomografia komputerowa, która ujawniła wewnętrzną anatomię skamieliny, powiedziała naukowcom coś nowego: Górna szczęka Maiabalaena była cienka i wąska, co czyni ją niewystarczającą powierzchnią, z której można zawiesić fiszbiny.
„żywy wieloryb fiszbinowy ma duży, szeroki dach w pysku, a także jest zagęszczony, aby stworzyć miejsca mocowania dla fiszbinowca” – powiedział Peredo. „Maiabalaena nie. Możemy jednoznacznie stwierdzić, że ten skamieniały gatunek nie miał zębów, i jest bardziej prawdopodobne, że nie miał też fiszbiny.”
chociaż Maiabalaena nie byłaby w stanie żuć ani filtrować paszy, przystawki mięśniowe na kościach gardła wskazują, że prawdopodobnie miała silne policzki i wysuwany język. Cechy te umożliwiłyby mu zasysanie wody do pyska, pobierając przy tym ryby i małe kałamarnice. Zdolność do ssania paszy sprawiłaby, że zęby, których rozwój wymaga dużo energii do wzrostu, byłyby niepotrzebne. Wydaje się, że utrata zębów stworzyła ewolucyjny etap fiszbiny, który według naukowców powstał około 5 do 7 milionów lat później.
Peredo i Pyenson uważają badanie ewolucji wielorybów za klucz do zrozumienia ich przetrwania w dzisiejszych szybko zmieniających się oceanach. Podobnie jak pojawienie się fiszbiny, utrata zębów u wielorybów jest dowodem zdolności adaptacyjnych, co sugeruje, że wieloryby mogą być w stanie dostosować się do wyzwań stawianych dziś w oceanie. Peredo ostrzega jednak, że ewolucyjne zmiany mogą być powolne dla największych wielorybów, które mają długi okres życia i potrzebują dużo czasu na rozmnażanie.
„biorąc pod uwagę skalę i tempo zmian w oceanie dzisiaj, nie do końca wiemy, co to będzie oznaczało dla wszystkich różnych gatunków wielorybów żerujących na filtrach”, powiedział. „Wiemy, że zmienili się w przeszłości. To tylko kwestia tego, czy nadążają za tym, co robią oceany—a my zmieniamy oceany dość szybko.”
# # #
uwaga dla redaktorów: Multimedia, w tym zdjęcia, można znaleźć poprzez Dropbox tutaj (hasło: baleen).