У самых ранних змей выявлено исключительное разнообразие строения мозга

Фото из открытых источников

Палеонтологи обнаружили в Бразилии удивительно хорошо сохранившуюся окаменелость змеи, которая меняет представления о том, как жили самые ранние змеи, и осложняет давние дебаты о том, рыли ли их предки норы под землей, плавали в море или ползали по поверхности. Их статья была опубликована в журнале Nature.

«Змеи по сути являются сильно видоизмененными ящерицами», — сказал соавтор исследования Рой Эбель из Научно-исследовательского института музеев Виктории. «В эпоху динозавров один из видов ящериц утратил конечности и вытянул тело. Главный вопрос — почему. На протяжении более века между различными идеями велось соперничество».

Существует мнение, что первыми змеями заселили водоемы, имея длинное, безногое тело, приспособленное для плавания, очень похожее на тело угря.

Вторая версия гласит, что они жили на поверхности земли, среди опавшей листвы и растительности, где укороченные ветви могли облегчать им передвижение по густому грунту.

Третьи же утверждают, что они ушли под землю, потеряв конечности и удлинив тела, чтобы вести роющий образ жизни, зарываясь головой вперед, подобно современным слепым змеям.

Проблема в том, что доказательства основаны на очень небольшом количестве ископаемых. Известно менее десяти скелетов ранних змей той эпохи.

В ходе своего исследования Эбель и его коллеги изучили исключительно хорошо сохранившийся череп и посткраниальный материал ранее неизвестного вида примитивных змей.

Это пресмыкающееся, получившее название Tametara mirim, обитало на территории современной Бразилии в позднемеловую эпоху, примерно от 85 до 75 миллионов лет назад.

Окаменелость была обнаружена в 2020 году в карьере недалеко от города Президенте-Пруденте в бразильском штате Сан-Паулу.

Этот экземпляр — первая в Бразилии окаменелость змеи в сочлененном виде, и одна из немногих сохранившихся в трехмерном виде окаменелостей змей мезозойской эры в мире.

Отличительной чертой черепа Таметара Мирим является необычайная детализация, сохранившаяся до наших дней.

Используя компьютерную томографию высокого разрешения, палеонтологи с беспрецедентной детализацией реконструировали мозг, черепные нервы и внутреннее ухо животного, создав, по их словам, наиболее полную на сегодняшний день картину анатомии мозга у примитивной змеи.

Результаты реконструкции показали, что форма мозга змей не похожа ни на одну другую раннюю змею, ни на одну из ныне живущих змей, что указывает на гораздо большее разнообразие в структуре мозга — и, вероятно, в сенсорных способностях — в ходе эволюции змей, чем считалось ранее учеными.

Эбель и соавторы сопоставили данные о мозге с анализом микроструктуры костей окаменелости — методом, позволяющим определить образ жизни животного по плотности и толщине его скелета.

Обе линии доказательств независимо друг от друга указывали на один и тот же вывод: Tametara mirim было роющим животным.

«У животных, роющих норы головой вперед, кость в верхней части черепа становится более плотной и толстой», — сказал Эбель. «Этот признак независимо развился в многочисленных линиях роющих ящериц. Мы предполагаем, что это укрепляет череп, защищая его от нагрузки, возникающей при использовании в качестве инструмента для копания».

«В Tametara mirim наблюдается именно такое сочетание признаков. Фактически, согласно нашей реконструкции образа жизни, окаменелость относится к числу наиболее специализированных роющих существ, роющих норы головой вперед, и значительно отличается от ящериц и змей, ведущих более универсальный образ жизни», - добавил он. «Но верхняя часть черепа была не единственным нашим доказательством. Мы также воссоздали в цифровом виде полость его мозга, это самая подробная реконструкция подобного рода, когда-либо выполненная для какой-либо древней змеи».

Эта полость по форме очень точно соответствовала бы форме мозга живого животного. Уменьшенное количество зрительных центров и упрощенная структура переднего мозга указывают в том же направлении, что и кости: под землю.

Результаты исследования резко контрастировали с аналогичным анализом Dinilysia patagonica, древнейшей змеи из Аргентины и одной из наиболее известных ископаемых змей мелового периода, форма мозга и строение костей которой, напротив, указывали на не роющий образ жизни и обитание на поверхности.

Взятые вместе, эти два ископаемых свидетельствуют о том, что ранние линии змей не были экологически однородными.

Вместо того чтобы произойти от одного предка с одним оседлым образом жизни, змеи, по-видимому, рано разветвились, приняв роющие, наземные и даже морские формы жизни, при этом различные линии неоднократно адаптировались на протяжении десятков миллионов лет, прежде чем появились современные группы змей.

«У двух древнейших змей, которых мы можем изучить так подробно, мозг отличался друг от друга сильнее, чем у большинства ныне живущих линий змей. Dinilysia patagonica не была роющей змеей. Она жила на поверхности», — сказал Эбель. «Их мозги позволяют предположить, насколько по-разному эти два вида животных воспринимали окружающий мир».

У Tametara mirim было слабое зрение, свойственное существам, проводившим всю свою жизнь в темноте. У Dinilysia patagonica же, напротив, органы чувств были приспособлены для открытой местности. На заре своей истории змеи уже настраивали свои органы чувств на совершенно разные среды обитания.

Полученные данные дополняют небольшую, но растущую коллекцию хорошо сохранившихся ископаемых останков змей мелового периода, которые палеонтологи используют для решения одной из самых сложных загадок эволюции позвоночных: как ящероподобный предок дал начало удлиненному, безногому типу строения тела, который сегодня насчитывает более 4200 ныне живущих видов змей.

«Наши результаты дают количественное, многосистемное подтверждение роющего образа жизни у примитивной змеи, разрешая давний спор, который ранее рассматривался в основном с помощью качественного анализа или отдельных анатомических данных», — заключили исследователи. «В более широком смысле, они подчеркивают, что происхождение змей сформировалось не в результате одного единственного экологического пути, а в результате параллельных и перекрывающихся экспериментов с роющим образом жизни и другими формами жизни, что подчеркивает экологическую широту, лежащую в основе одной из самых впечатляющих трансформаций в строении тела в эволюции позвоночных».