Бурые медведи пережили ледниковый период благодаря многократной смене челюстей

Фото из открытых источников

До окончания последнего ледникового периода бурые медведи Европы неоднократно меняли форму своих челюстей в зависимости от колебаний климата, чередовавшихся между ледниковыми холодами и более теплыми периодами. Одни и те же две формы челюстей появлялись снова и снова, каждая из которых лучше приспосабливалась к разным условиям окружающей среды.

Новое исследование предполагает, что гибкость могла помочь бурым медведям выжить, в то время как их близкий родственник, пещерный медведь, исчез. Вместо того чтобы специализироваться на одном образе жизни, бурые медведи адаптировали свою пищевую анатомию к изменению климата.

Исследование проводилось под руководством Аннеке Х. ван Хетерен из Баварских государственных коллекций естественной истории (SNSB). Результаты исследования опубликованы в журнале Comptes Rendus Palevol.

Ее команда измерила нижние челюсти почти 200 медведей, более половины из которых были ископаемыми. Из этих челюстей 21 принадлежала ископаемым бурым медведям, тому же виду (Ursus arctos), который до сих пор обитает в некоторых частях Европы.

Остальные животные были живыми медведями и их близкими родственниками, среди которых были травоядный пещерный медведь и плотоядный белый медведь, что обеспечило команде широкий выбор рационов для сравнения.

Вместо того чтобы оценивать кости визуально, исследователи нанесли десятки трехмерных опорных точек на каждую челюсть с помощью цифрового манипулятора и сканера поверхности. Опорные точки сгруппированы вокруг зубного ряда и места прикрепления жевательной мышцы — толстой мышцы, которая сжимает челюсть для жевания, — к кости.

Эта мышца выполняет основную работу по измельчению. Место ее крепления к челюсти определяет величину рычага, поэтому небольшие изменения в точке крепления влияют на то, насколько сильно медведь может раздробить жесткую пищу.

До этого исследования никто не отслеживал челюсть бурого медведя на протяжении ледникового периода, используя её форму, а не химический состав. Более ранние попытки определить рацион древних медведей основывались на анализе химических следов в костях.

Анализ останков сибирских медведей показал, что бурые медведи изменили свой рацион питания по мере отступления ледников.

У медведей, живших в холодный период, был более длинный ряд жевательных зубов и развитые жевательные мышцы для большего рычага. Такое строение обеспечивало дополнительную силу измельчения пищи.

Их челюсти по форме напоминали челюсти бурых медведей, обитающих сегодня в холодных северных регионах или на больших высотах. У медведей, живших в теплый период, челюсти были, наоборот, схожи.

У них был более короткий ряд зубов и жевательная мышца, которая несколько снижала рычаг, а также более лёгкое телосложение, похожее на телосложение современных европейских бурых медведей.

Два ископаемых находят этот контраст наглядно. Одно из них было найдено в пещере Ле-Регурду в регионе Дордонь во Франции и датируется примерно 243 000 лет назад, холодным периодом ледникового периода.

Второй находка была обнаружена в пещере Постес в Эстремадуре, Испания, и датируется периодом от 71 000 до 104 000 лет назад, одним из самых теплых периодов ледникового периода.

Испанская окаменелость имеет более короткий ряд зубов и более короткий мышечный рычаг, характерные для медведя, обитающего в теплом климате. Кроме того, эти две формы не зависят от геологического возраста.

Челюсти теплого и холодного типов обнаруживаются на разной глубине в палеонтологической летописи. Это свидетельствует о том, что челюсть бурого медведя многократно переключалась между двумя типами строения тела по мере расширения и отступления ледников.

Изменение челюсти создает головоломку. Обычная генетическая эволюция происходит на протяжении тысяч поколений, что слишком медленно, чтобы угнаться за климатом, который редко оставался стабильным в течение длительного времени во время ледникового периода.

Поэтому авторы склоняются к более быстрым и обратимым путям. Один из них — фенотипическая пластичность, при которой челюсть молодого медведя растет по-разному в зависимости от того, что он жует на протяжении всей своей жизни. Другой тип наследования — эпигенетическое, при котором активность генов повышается или понижается и передается потомству без изменения последовательности ДНК .

Ни один из них не запирает медведя. Оба могут включаться и выключаться в течение одного-двух поколений, и оба могут работать в обратном направлении. Возможно, именно эта обратимость и определила, кто выживет.

Пещерный медведь твердо придерживался растительной диеты и не смог изменить эту специализацию, когда в конце ледникового периода произошел резкий климатический сдвиг. В отдельном исследовании зубов пещерного медведя утверждается, что животное утратило ту гибкость в питании, которую всеядные животные сохраняют в запасе.

Бурый медведь сохранил эту гибкость, продолжал питаться тем, что предлагал сезон, и выжил. Исследователи утверждают, что именно этот талант является ключевым фактором долгой жизни медведя.

«Их способность справляться с такими экстремальными климатическими колебаниями, вероятно, сыграла решающую роль в их эволюционном успехе», — объясняет ван Хетерен.

Между тёплыми и холодными окаменелыми челюстями имеется большой зазор. Он примерно равен разнице в глубине челюстей современного гризли и европейского бурого медведя. Различий достаточно, чтобы ископаемые животные, возможно, лучше воспринимались как серия отдельных форм, связанных с климатом, а не как один неизменный вид медведя.

Это имеет отношение к настоящему, поскольку бурые медведи снова сталкиваются с быстро меняющимся климатом. Эта гибкость может сохраняться и сегодня.

Одно исследование диких европейских популяций показало, что их рацион питания по-прежнему в гораздо большей степени определяется тем, чему матери учат своих детенышей, чем фиксированной генетикой. Это оставляет им широкий выбор в зависимости от меняющихся условий.

Результаты исследования ископаемых останков достаточно очевидны. Бурые медведи Европы пережили ледниковый период не без изменений. Они перестраивали свои челюсти, адаптируясь к каждому изменению климата, а затем возвращали их в исходное положение.

Эта способность к обратимым изменениям теперь является одной из главных причин того, почему бурый медведь пережил своих более консервативных сородичей. Это также позволяет специалистам по охране природы взглянуть на животное в более долгосрочной перспективе, учитывая его исключительную способность к адаптации.