Почему хобот слонов стал таким ловким — узнали ученые

Китайские ученые впервые смогли проследить и доказать связь между изменениями климата, которое произошли миллионы лет назад, и тем, как современные слоны получили такой удивительный орган — ловкий, гибкий и сильный хобот. Они описали этот процесс в научной статье, препринт которой опубликован на сайте eLife. 

«Наше исследование дает представление о том, как давление окружающей среды влияет на экстремальную эволюцию органов, особенно у крупных млекопитающих, которые развили различные адаптации во время тенденций глобального похолодания в позднем кайнозое», — указывают авторы.

Кто был до слонов?

Исследование начато с материалов, найденных в Северном Китае — там, где современные слоны никогда не жили. Зато в раннем и среднем миоцене (приблизительно 20–11 млн лет назад) здесь обитали три семейства, родственные слонам: Amebelodontidae, Choerolophodontidae и Gomphotheriidae. Они позволили понять, как подобные животные жили до того, как слоны получили настолько ловкий хобот.

Amebelodontidae имели уплощенные широкие бивни и хрящи нижней челюсти, сросшиеся в форме лопаты. Самыми яркими представителями семейства были животные рода Platybelodon, клыки которых имели режущий край и выглядывали из переднего края огромной нижней челюсти: представьте себе ковш экскаватора, только вытянутый не в стороны, а вперед.

У Choerolophodontidae тоже имелся выдающийся симфиз — сросшиеся хрящи нижней челюсти, которая в итоге походила на корыто . Вдоль нее шли расщелины, где находились две ороговевшие режущие пластины, наподобие клыков. При этом строение нижней челюсти указывает на очень развитые подбородочный нерв и подбородочную артерию — видимо, для питания этой ороговевшей ткани.

Третьи, Gomphotheriidae, имели бивни округлой формы и достаточно узкий симфиз. Именно от них произошли современные слоны.

Сначала, 19-17 млн лет назад, преобладали животные семейств Amebelodontidae и Choerolophodontidae. 17-15 млн лет назад, когда климат был наиболее теплым и в целом благоприятным для жизни, численность всех трех разновидностей выровнялась, и именно в это время, заменив более примитивных родичей, появились Platybelodon с челюстью-«ковшом экскаватора». После понижения температуры на территории современного северного Китая вымерли сначала Choerolophodontidae, а затем Gomphotheriidae — и около 13 млн лет назад там остался только один род, Platybelodon.

И как они уживались?

Чтобы понять, почему все эти виды обладали тем или иным строением органов, обеспечивающих питание, ученые провели серию разноплановых исследований. Они проанализировали значения стабильных изотопов зубной эмали, чтобы понять, в какие периоды в какой среде жили животные и чем они питались.

Выяснилось, что сначала все три семейства хоботных жили в похожих условиях: в лугах и лесах. Но около 16 млн лет назад Platybelodon становится жителем исключительно лугов. Choerolophodontidae обитают, преимущественно, в лесах, а Gomphotheriidae — на границе открытых и закрытых пространств. 14 млн лет назад, после снижения температуры на Земле и вымирания Choerolophodontidae, Platybelodon занимают их место в лесах.

Почему произошло разделение животных по разным средам, а потом замещение одних другими, пока оставалось неясно. Понадобились дальнейшие исследования.

Ученые, смоделировав строение челюстей и бивней разных семейств, оценили, насколько животные были способны есть растущие вертикально растения и как были приспособлены к обрезке веток. Выяснилось, что Platybelodon более приспособлены к питанию вертикальнорастущими растениями, например, травами, Choerolophodontidae — к еде, которая вытянута к ним горизонтально, а Gomphotheriidae — предок современных слонов — одинаково средне приспособлен к еде любого направления.

Однако, в процессе питания участвовали не только ротовая полость, челюсти и бивни, но и хобот. У Choerolophodontidae, Gomphotheriidae и Amebelodontidae (родом которого был такой живучий Platybelodon) строение этой части тела различалось.

У Choerolophodon, судя по ископаемым останкам, хобот был наиболее примитивным и навряд ли играл существенную роль в процессе питания. У Gomphotheriidae, которые вымерли в Северном Китае, зато сохранились в более теплых регионах, хобот — сильный, гибкий и ловкий, но еще не такой, как у их современных родичей. Но самый лучший результат ученые предполагают у Platybelodon: судя по останкам, их деформированный нос был даже более совершенным, чем у современных слонов — но очевидно, что он не был способен вырвать траву из земли, иначе этот род обошелся бы без таких острых клыков и такого «ковша» в нижней челюсти.

Суммированные знания о строении челюстей, бивней и хоботов позволили ученым судить об образе жизни и питания разных семейств хоботовых.

«Choerolophodon был приспособлен к относительно закрытым местам обитания — таким, как леса. Стратегия питания Gomphotherium была самой гибкой. Platybelodon был более приспособлен к отрытой среде обитания, такой как луга, из-за особой стратегии кормления: его нижняя челюсть особенно подходит для «стрижки» вертикально растущих растений — таких, как луговые травы с мягкими стеблями», — отмечается в статье.

Так и откуда взялись современные хоботы?

Казалось бы: если Platybelodon были такие приспособленные, почему же они вымерли? Авторы статьи считают, что эти животные изначально были более требовательны к среде и обитали только в определенной части Азии. И когда климат начал меняться глобально, они были обречены.

Зато в более южных районах выжили Gomphotherium — и от них произошли современные слоны. И современные хоботы.

«В позднем миоцене (закончился 5,3 млн лет назад – прим.) наблюдается широкое распространение трав в средних и низких широтах. В это же время произошло уменьшение нижнечелюстного симфиза и бивней у всех линий слоновидных. Это может объяснить функциональную эволюцию хобота, который становится все более приспособлен к захвату пищи и ее подаче в рот», — отмечают ученые

И действительно, примерно с 8 по 5 млн лет назад в Африке некоторые виды хоботовых начали склоняться к выпасу в травянистых ландшафтах — как ранее это делал Platybelodon. Но у этих новых видов не было в нижней челюсти такого «экскаваторного ковша» с заостренными бивнями. И видимо, именно хобот помогал им получать достаточно пищи.

«Таким образом, открытая среда может быть ключевым фактором как в развитии хобота, так и в эволюции современных слонов», — резюмируют авторы статьи.