Спуск с деревьев изменил раннюю эволюцию приматов

Фото из открытых источников

Жизнь на деревьях оказала мощное влияние на формирование телосложения ранних приматов. Новое исследование показывает, что спуск с деревьев, а не только подъем на них, сыграл важную роль в эволюции прямохождения. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.

Изучая передвижение современных древесных млекопитающих по вертикальным опорам, исследователи обнаружили подсказки о том, как у ранних приматов сформировалось уникальное строение тела.

В лесах встречаются стволы, ветви и лианы, различающиеся по размеру, углу наклона и гибкости. Безопасное передвижение по этим опорам требует особой формы тела и двигательных навыков.

Лазание позволяет животным добывать пищу, находить убежище и защищаться от хищников. Ископаемые свидетельства показывают, что способность к лазанию появилась очень рано в эволюции млекопитающих, еще в юрском периоде.

Вертикальное лазание, вероятно, повлияло на формирование ранних представителей группы эуархонтоглиров, в которую входят приматы и грызуны.

Многие ученые считают, что частое вертикальное лазание помогло ранним приматам развить хватательные движения руками и ногами. Однако большая часть исследований сосредоточена на восхождении вверх. Спуску уделяется гораздо меньше внимания, хотя он может быть более рискованным.

«Хотя не все древесные млекопитающие передвигаются по узким концевым ветвям, все они полагаются на вертикальные опоры, чтобы добраться до крон деревьев», — сказал ведущий автор исследования Северин Туссен из Центра палеонтологических исследований в Париже. «Их способность безопасно спускаться по наклонным и вертикальным опорам остается важной, но в значительной степени недостаточно изученной, поскольку большая часть исследований сосредоточена на особенностях их подъема. Поэтому мы хотели изучить, как они спускаются с деревьев, чтобы понять значение адаптаций, которые позволяют им так себя вести».

Исследовательская группа изучила 21 вид, включая приматов, грызунов, хищников, сумчатых и тупай. В общей сложности было проанализировано 1390 спусков и 1400 подъемов. Высокоскоростная видеосъемка позволила тщательно измерить осанку, скорость, походку и контакт конечностей с поверхностью.

Выявились три четкие стратегии спуска. При спуске головой вперед тело остается параллельным туловищу, а голова направлена вниз. При спуске хвостом вперед тело остается параллельным плоскости полета, но голова остается поднятой. При спуске боком тело поворачивается так, что грудь обращена вбок во время движения вниз.

Неприматные млекопитающие в основном спускались головой вперед, независимо от размера ветки. У приматов наблюдалось гораздо большее разнообразие. Лемуры часто спускались хвостом вперед.

Многие обезьяны Нового Света предпочитали спускаться боком. Самые мелкие приматы, такие как лори и тамарины, чаще использовали спуск головой вперед.

«Приматы, как правило, использовали спуски хвостом вперед и боком по небольшим вертикальным опорам, что позволяет предположить, что более узкие опоры накладывают ограничения, требующие более вертикальной позы», — отметил соавтор исследования профессор Дионисиос Юлатос из Аристотелевского университета в Салониках (AUTh). «Это заметное расхождение в поведении подчеркивает роль эволюционной истории и подтверждает недавние данные, свидетельствующие о том, что общие экологические ниши и постуральные адаптации влияют на передвижение приматов».

Спуск требует тщательного контроля. У разных видов животных спуск головой вниз приводил к снижению абсолютной скорости примерно на 30–43 процента по сравнению с подъемом. Более медленное движение снижает риск соскальзывания.

Коэффициент нагрузки, измеряющий время контакта конечности с опорой, увеличивался во время спуска. Более длительное время контакта улучшает сцепление и устойчивость.

Также изменились модели походки. Животные стали использовать более асимметричные походки, такие как прыжки и галопы при спуске.

При ходьбе на вертикальных опорах эти походки могут улучшить контроль, позволяя одновременно крепко хватать предметы как передними, так и задними конечностями.

Интересно, что приматы практически не замедлялись при спуске на бок или хвостом вперед. Относительная скорость снижалась, что означало сокращение дистанции за шаг, но общая скорость оставалась примерно одинаковой.

Это позволяет предположить, что вертикальное положение тела снижает тормозную нагрузку на передние конечности и улучшает равновесие.

Исследователи измерили массу тела, длину конечностей, длину хвоста и относительный размер головы, используя показатель, называемый коэффициентом энцефализации, или EQ.

Выявилось несколько закономерностей. Большая масса тела, более длинные конечности, более длинный хвост и больший относительный размер головы снижали вероятность падения головой вперед.

Межмембранный индекс, сравнивающий длину передних и задних конечностей, также продемонстрировал четкую взаимосвязь со стилем спуска.

Приматы выделялись среди остальных. У большинства приматов задние конечности были длиннее 70 процентов длины тела, хвосты — длиннее 90 процентов длины тела, а значение EQ превышало 1,5. У не-приматов конечности обычно были короче, а значения EQ — ниже.

Увеличение размера мозга повышает массу головы и смещает центр тяжести вперед. При падении головой вперед этот вес, направленный вперед, может увеличить риск опрокидывания. Вертикальное положение тела может снизить этот риск.

Команда разработала прогностическую модель, используя ключевые параметры тела. Эта модель позволила оценить стратегии происхождения у 13 ископаемых видов, включая ранних приматов и их родственников.

Согласно реконструкциям, большинство ранних видов использовали более чем на 75 процентов спуск головой вперед. Однако у двух ископаемых приматов уже тогда наблюдались меньшие пропорции спуска головой вперед, а также более длинные задние конечности и хвосты.

«Учитывая, что ранние эуархонтоглиры, вероятно, были небольшого или очень небольшого размера, с более короткими задними конечностями, автоподами и уменьшенным размером мозга, вполне вероятно, что они использовали в основном спуски головой вперед и асимметричную походку на вертикальных опорах», — сказал соавтор исследования Джон Ньякатура из Берлинского университета имени Гумбольдта. «По мере того, как у эвприматов развивались лучшие хватательные способности, удлинялись задние конечности и хвост, а со временем и увеличивался размер мозга, они, вероятно, начали принимать позы для спуска на бок и вертикально».

Частое использование вертикальных опор в древних лесах, возможно, способствовало развитию хватательных движений рук и ног.

Вертикальное спуск могло освободить руки для работы с пищей, в то время как ноги обеспечивали надежную опору. Со временем это разделение функций между руками и ногами стало ключевой особенностью приматов.

«Подобные исследования позволили бы нам разработать модели реконструкции, лучше подходящие для крупных ископаемых останков древесных животных, что уточнило бы наше понимание эволюции адаптаций к древесному образу жизни в этой группе», — заключил Туссен.

Это исследование показывает, что прямохождение не возникло внезапно. Изменения размеров тела, длины конечностей, длины хвоста и размера мозга постепенно формировали способы передвижения ранних приматов на деревьях.

Изучая современных млекопитающих, ученые могут лучше понять, как вертикальный образ жизни в лесах повлиял на раннюю историю приматов.