Fosili

Kako su se razvili kitovi? | Znanost

Što vam pada na pamet kad pomislite na kita? Salo, rupe i metilji među su obilježjima otprilike 80 živih vrsta kitova (kitova, dupina i pliskavica) koji su danas živi. No, budući da su sisavci, znamo da su morali evoluirati od predaka koji su živjeli na zemlji.

Prije otprilike 375 milijuna godina, prvi tetrapodi - kralježnjaci s rukama i nogama - istisnuli su se iz močvara i počeli živjeti na kopnu. Ovaj glavni evolucijski prijelaz postavio je pozornicu za sve naredne skupine kralježnjaka koji žive u zemlji, uključujući raznoliku lozu zvanu sinapsidi, koja je nastala prije oko 306 milijuna godina. Iako su ova stvorenja, kao što su Dimetrodon , izgledali poput gmazova, zapravo su bili arhaična preteča sisavaca.

U vrijeme kad su prvi sisavci evoluirali prije 200 milijuna godina, dinosauri su bili dominantni kralježnjaci. Sisavci su se diverzificirali u sjeni velikih arhosaura i ostali su prilično mali i tajni sve dok ne-ptičji dinosauri nisu bili izbrisani masovnim izumiranjem prije 65 milijuna godina. Ova globalna katastrofa otvorila je put velikom zračenju sisavaca. Tek su oko 10 milijuna godina nakon ovog izumiranja - i više od 250 milijuna godina otkako su najraniji tetrapodi izvukli na kopno - prvi kitovi evoluirali. Ti najraniji kitovi nisu bili poput kitova koje danas poznajemo, a tek su ih nedavno paleontolozi uspjeli prepoznati.





Više od jednog stoljeća naše znanje o fosilnim zapisima kitova bilo je toliko oskudno da nitko nije mogao biti siguran kako su izgledali preci kitova. Sad se plima okrenula. U razmaku od samo tri desetljeća poplava novih fosila popunila je praznine u našem znanju kako bi podrijetlo kitova pretvorio u jedan od najbolje dokumentiranih primjera velikih evolucijskih promjena u fosilnim zapisima. Ta su bića predaka bila čudnija nego što je itko ikad očekivao. Nije bilo ravnog marša kopnenih sisavaca koji je vodio do potpuno vodenih kitova, već evolucijske pobune amfibijskih kitova koji su šetali i plivali duž rijeka, ušća i obala pretpovijesne Azije. Koliko god su moderni kitovi čudni, njihovi fosilni prethodnici bili su još čudniji.

Pioniri koji su krčili zemlju u Alabami i Arkansasu često su pronalazili ogromne okrugle kosti. Neki su ih doseljenici koristili kao ognjišta za kamin; drugi su kosti poduprli ogradama ili su ih koristili kao kamene temeljce; robovi su kosti koristili kao jastuke. Kosti su bile toliko brojne da su na nekim poljima uništene jer su ometale obrađivanje zemlje.



1832. godine brdo se srušilo na imanju suca H. Brya u Arkansasu i izložilo dugi niz od 28 kružnih kostiju. Pomislio je da bi mogli biti od znanstvenog interesa i poslao je paket Američkom filozofskom društvu u Philadelphiji. Nitko nije znao što bi s njima. Neki sedimenti pričvršćeni za kost sadržavali su male školjke koje su pokazivale da je veliko stvorenje nekoć živjelo u drevnom moru, ali malo se više moglo reći sa sigurnošću.

Ubrzo je Bryovoj donaciji dodijeljena, pa čak i nadmašena, donacija suca Johna Creagha iz Alabame. Pronašao je kralješke i druge fragmente dok je minirao svoje imanje, a također je poslao nekoliko uzoraka društvu Philadelphia. Richard Harlan pregledao je fosile, koji nisu bili slični niti jednom prije. Tražio je još kostiju, a Creagh je ubrzo poslao dijelove lubanje, čeljusti, udova, rebara i kralježnice zagonetnog bića. S obzirom na to da su i Creagh i Bry rekli da su vidjeli netaknute kralježničke stupove duljine veće od 100 stopa, živo je biće moralo biti jedan od najvećih kralježnjaka koji je ikad živio. Ali kakva je to životinja bila?

Harlan je smatrao da su kosti najsličnije kostima izumrlih morskih gmazova, poput plezosaura s dugim vratom i pojednostavljenih ihtiosaura. Okvirno mu je dodijelio ime Basilosaurus. Ipak, nije bio siguran. Čeljust je sadržavala zube koji su se razlikovali u veličini i obliku, što je karakteristika sisavaca, ali ne i većine gmazova. Zašto je najveći fosilni gmaz koji je ikad živio imao zube slične sisavcima?



Harlan je putovao u London 1839. godine da prezentira Bazilosaurus nekim vodećim paleontolozima i anatomima toga doba. Richard Owen, zvijezda u usponu u akademskoj zajednici, pažljivo je proučavao svaku kost, a čak je dobio i dopuštenje da nareže zube kako bi proučio njihovu mikroskopsku strukturu. Njegova pažnja prema tako sitnim detaljima konačno je riješila identifikaciju morskog čudovišta. Bazilosaurus je dijelio neke osobine s morskim gmazovima, ali ovo je bio samo površni slučaj konvergencije - životinja u istom staništu koje su razvile slična svojstva - jer su obje vrste stvorenja živjele u moru. Ukupna konstelacija svojstava, uključujući dvostruko ukorijenjene zube, nesumnjivo je identificirana Bazilosaurus kao sisavac.

Nakon pregleda kralješaka i drugih fragmenata pronađenih u Alabami, Richard Harlan iz Američkog filozofskog društva u Philadelphiji smatrao je da su kosti najsličnije kostima izumrlih morskih gmazova. Okvirno mu je dodijelio ime Bazilosaurus . Na slici je 3D model a Bazilosaurus .(DK Limited / Corbis)

Ilustracija njemačkog kolekcionara fosila Alberta Kocha 'Hydrarchos' kakav se pojavio na izložbi.(Iz Fowlera, O. S. 1846. The American Phrenological Journal and Miscellany, sv. 8. New York: Fowler & Wells.)

Nekoliko godina kasnije, znanstvenik koji je sa svojim kolegama bavio drugim uzorkom izvukao je kost iz lubanje, ispustio je i ona se razbila na podu. Kad su nervozni znanstvenici skupili fragmente, primijetili su da kost sada otkriva unutarnje uho. Postojala je samo još jedna vrsta stvorenja s unutarnjim uhom koja se podudarala: kit.

obratite pažnju budite zapanjeni recite o tome

Nedugo nakon pravog identiteta Bazilosaurus je riješena, evolucijska teorija Charlesa Darwina pomoću prirodne selekcije pokrenula je pitanja o tome kako su se razvili kitovi. Fosilni zapisi bili su toliko oskudni da se nije moglo određeno utvrditi, ali u misaonom eksperimentu uključenom u O podrijetlu vrsta , Darwin je nagađao o tome kako bi prirodna selekcija s vremenom mogla stvoriti biće poput kitova:

U Sjevernoj Americi crnog medvjeda vidio je [istraživač Samuel] Hearne kako satima pliva sa širom otvorenim ustima, hvatajući tako poput kita insekte u vodi. Čak i u tako ekstremnom slučaju kao što je ovaj, ako je opskrba insektima bila stalna i ako u zemlji već nisu postojali bolje prilagođeni konkurenti, ne vidim nikakve poteškoće u tome da se utrka medvjeda, prirodnom selekcijom, sve više pruža vodeni po svojoj građi i navikama, s većim i većim ustima, sve dok stvorenje nije nastalo monstruozno poput kita.

Darwin je bio široko ismijavan zbog ovog odlomka. Kritičari su podrazumijevali da on sugerira da su medvjedi izravni preci kitova. Darwin nije učinio takvo što, ali zbog podsmijeha je izmijenio odlomak u sljedećim izdanjima knjige. No, dok je pripremao šesto izdanje, odlučio je uključiti malu bilješku o Bazilosaurus . Pišući svom uvjerenom zagovorniku T.H. Huxley 1871. Darwin je pitao može li drevni kit predstavljati prijelazni oblik. Huxley je odgovorio da u to ne može biti sumnje Bazilosaurus pružili tragove o porijeklu kitova.

Huxley je to mislio Bazilosaurus barem predstavljao vrstu životinje koja je povezivala kitove sa svojim kopnenim precima. Ako je to bila istina, tada se činilo vjerojatnim da su kitovi evoluirali od neke vrste kopnenih mesoždera sisavaca. Zvao se još jedan izumrli kit Skvalodon , fosilni dupin sa opakim osmijehom punim trokutastih zuba, nagovijestio je da su kitovi evoluirali od predaka koji su jeli meso. Kao Bazilosaurus , iako, Skvalodon bio potpuno vodeni i pružio je nekoliko naznaka o specifičnim staležima iz kojih su kitovi nastali. Zajedno su ti fosilni kitovi visjeli u svojevrsnom znanstvenom limbu, čekajući neko buduće otkriće koje će ih povezati sa njihovim precima koji su živjeli na zemlji.

U međuvremenu su znanstvenici nagađali o tome kakvi su mogli biti preci kitova. Anatomist William Henry Flower naglasio je da se tuljani i morski lavovi udovima probijaju kroz vodu dok su kitovi izgubili stražnje udove i plivali oscilirajući repom. Nije mogao zamisliti da su rani kitovi koristili svoje udove za plivanje, a zatim su se u nekom kasnijem trenutku prebacili na pogon samo s repom. Polu-vodene vidre i dabrovi, tvrdio je, bili su bolji alternativni uzor najranijim zemaljskim precima kitova. Ako su rani preci kitova imali velike, široke repove, to bi moglo objasniti zašto su razvili tako jedinstven način plivanja.

Suprotno Huxleyevoj hipotezi o mesožderima, Flower je mislio da kopitari ili kopitni sisavci dijele neke intrigantne sličnosti kostura s kitovima. Lubanja od Bazilosaurus imao više zajedničkog sa drevnim kopitarima sličnim svinjama nego tuljanima, dajući tako zajednički naziv za pliskavicu, morsku svinju, prsten istine. Ako bi se drevni svejedi kopitari na kraju mogli pronaći, obrazložio je Flower, vjerojatno bi barem neki bili dobri kandidati za pretke ranih kitova. Zamišljao je hipotetskog pretka kitova kako se uvlači u plićak:

Možemo zaključiti slikajući sebi neke primitivne generalizirane životinje koje progone močvare s oskudnim pokrivačem dlake poput modernog nilskog konja, ali širokih, plivaćih repova i kratkih udova, svejedih u načinu prehrane, vjerojatno kombinirajući vodene biljke s dagnjama, crvima , i slatkovodni rakovi, postupno postajući sve više i više prilagođeni ispunjavanju praznog mjesta spremnog za njih na vodenoj strani pograničnog područja na kojem su boravili, i tako postupno modificirani u bića slična dupinima koja naseljavaju jezera i rijeke, i na kraju pronalazeći svoj put u ocean.

Fosilni ostaci takvog stvorenja ostali su nedostižni. Na prijelazu u 20. stoljeće i dalje su bili najstariji fosilni kitovi Bazilosaurus i slični oblici poput Dorudon i Protocetus , svi koji su bili potpuno vodeni - nije bilo fosila koji bi premostili jaz od kopna do mora. Kao što je E.D. Cope je priznao u pregledu kitova iz 1890. godine: Red Cetacea jedan je od onih o čijem porijeklu nemamo određeno znanje. Takvo se stanje nastavilo desetljećima.

Analizirajući veze drevnih sisavaca koji jedu meso 1966. godine, evolucijskog je biologa Leigh Van Valen pogodila sličnost između izumrle skupine mesojeda koji žive na kopnu i koji se nazivaju mezonihide, i najranijih poznatih kitova. Često nazivani vukovima s kopitima, mezonihide su bile srednje velike do velike grabežljivke s dugim zubatim njuškama i prstima na vrhu vrhovima kopita, a ne oštrim kandžama. Bili su glavni grabežljivci na sjevernoj hemisferi od nedugo nakon propasti dinosaura do prije oko 30 milijuna godina, a oblik zuba nalikovao je zubima kitova poput Protocetus .

Pogledajte podvodne snimke sisavaca i čujte njegove čudne zvukove klika koji su presudni za njihov opstanakVideo snimka Tonyja Wua

Van Valen je pretpostavio da su neke mezonihide možda bile močvarari, jeli mekušce koji su povremeno uhvatili ribu, a proširene falange [kosti prstiju i nogu] pomagale su im na vlažnim površinama. Populaciju mezonihida na močvarnom staništu morski plodovi mogli bi namamiti u vodu. Jednom kad bi započeli plivati ​​za svoju večeru, sljedeće generacije postajale bi sve više i više vodeno prilagođene dok se nije razvilo nešto tako čudovišno poput kita.

Zapanjujuće otkriće otkriveno u sušnom pijesku Pakistana koje su najavili paleontolozi Sveučilišta Michigan Philip Gingerich i Donald Russell 1981. konačno je donijelo prijelazni oblik kojem su se nadali. U slatkovodnim sedimentima prije otprilike 53 milijuna godina istraživači su pronašli fosile životinje koju su zvali Pakicetus inachus . Oporavljeno je malo više od stražnjeg dijela lubanje životinje, ali posjedovalo je značajku koja ju je nepogrešivo povezivala s kitovima.

Kitovi, poput mnogih drugih sisavaca, imaju kosti uha zatvorene u kupolu od kosti na donjoj strani lubanja koja se naziva slušna bula. Kitovi se razlikuju po tome što je rub kupole najbliži srednjoj liniji lubanje, nazvan involucrum, izuzetno gust, gust i visoko mineraliziran. Ovo se stanje naziva pahiosteoskleroza, a kitovi su jedini sisavci za koje se zna da imaju tako jako zadebljalu nevolju. Lubanja od Pakicetus izložio upravo ovo stanje.

Još bolje, dva ulomka čeljusti pokazala su da zubi Pakicetus bili vrlo slični onima mezonihida. Činilo se da je Van Valen bio u pravu, i Pakicetus bio upravo vrsta močvara koja je zamislio. Činjenica da je pronađen u slatkovodnim naslagama i da nije imao specijalizacije unutarnjeg uha za podvodni sluh, pokazala je da je još uvijek bilo vrlo rano u vodenoj tranziciji, a Gingerich i Russell su razmišljali o tome Pakicetus kao amfibijska srednja faza u prijelazu kitova s ​​kopna na more, premda su dodali upozorenje da će postkranijalni ostaci [kosti osim lubanje] pružiti najbolji test ove hipoteze. Znanstvenici su imali sve razloge da budu oprezni, ali činjenica da je pronađen prijelazni kit bila je toliko nevjerojatna da su rekonstrukcije cijelog tijela Pakicetus pojavljivao se u knjigama, časopisima i na televiziji. Bila je predstavljena kao stvorenjastih nogu, stvorenje nalik tuljanima, životinja uhvaćena između svjetova.

Tijekom devedesetih godina prošlog stoljeća vrtoglavim tempom otkriveni su kosturi manje-više vodeno prilagođenih drevnih kitova ili arheoceta. S ovim novim kontekstom, međutim, tvrdoglavi oblik poput tuljana za Pakicetus prikazan na toliko mjesta počeo je imati sve manje smisla. Zatim je 2001. godine J.G.M. Thewissen i kolege opisali su dugo traženi kostur (za razliku od samo lubanje) Pakicetus attočki . Bila je to životinja slična vuku, a ne izlizana, poput tuljana koja je prvotno bila zamišljena. Zajedno s drugim nedavno otkrivenim rodovima poput Himalajacetus , Ambulocetus , Remingtonocetus , Kutchicetus , Rodhocetus i Maiacetus , čvrsto se uklapa u kolekciju arheoceta koji izvrsno dokumentiraju evolucijsko zračenje ranih kitova. Iako nije niz izravnih predaka i potomaka, svaki rod predstavlja određenu fazu evolucije kitova. Zajedno ilustriraju kako se odvijala cijela tranzicija.

kako rakete rade u svemiru bez kisika

Najraniji poznati arheoceti bili su stvorenja stara 53 milijuna godina Pakicetus i nešto stariji Himalajacetus . Izgledali su kao da bi na kopnu bili više kod kuće nego u vodi, a jezera i rijeke vjerojatno su zaobilazili veslajući psećim psima. Milijun godina kasnije živio Ambulocetus , rani kit s lubanjom poput krokodila i velikim mrežama na nogama. Sljedeći su se pojavili dugo njušeni i vidri nalik remingtonocetidi, uključujući male oblike poput 46-godišnjaka Kutchicetus . Ti su rani kitovi živjeli u okruženjima blizu obale, od močvarnih močvara do plitkog mora.

Živjela otprilike u isto vrijeme kad i remingtonocetidi bila je druga skupina još vodenije prilagođenih kitova, protocetidi. Ovi oblici, kao Rodhocetus , bili su gotovo u potpunosti vodeni, a neki kasniji protocetidi, poput Protocetus i Georgiacetus , gotovo su sigurno cijeli život živjeli u moru. Ovaj pomak omogućio je potpuno vodenim kitovima da prošire svoje područje rasprostranjenja na obale drugih kontinenata i diverzificiraju se, a uglađeniji bazilosauridi poput Dorudon , Bazilosaurus i Zygorhiz naselili topla mora kasnog eocena. Ovi su oblici na kraju izumrli, ali ne prije nego što su iznjedrili rane predstavnike dviju danas živih skupina kitova, zubatih kitova i kitova baleana. Rani predstavnici ovih skupina pojavili su se prije otprilike 33 milijuna godina i naposljetku su stvorili tako raznolike oblike poput dupina na rijeci Yangtze i divovskog plavog kita.

Studije koje su izašle iz područja molekularne biologije proturječile su zaključku paleontologa da su kitovi evoluirali iz mezonihida. Kada su se geni i aminokiselinske sekvence živih kitova uspoređivali s genima ostalih sisavaca, rezultati su često pokazali da su kitovi bili u najbližoj vezi s artiodaktilima - jednonožnim kopitarima poput antilopa, svinja i jelena. Još je iznenađujuće bilo to što su kitovi često uspoređivali ove proteine ​​koji se koriste za određivanje evolucijskih odnosa unutar Artiodactyla kao najbliža živa srodnica nilskim konjima.

Ovaj sukob između paleontološke i molekularne hipoteze činio se nerješivim. Molekularni biolozi nisu mogli proučavati mezonihide jer su bile izumrle i nisu pronađene skeletne značajke koje bi sigurno mogle povezati arheocete s drevnim artiodaktilima. Koji su pouzdaniji, zubi ili geni? No, sukob nije bio bez nade u rješenje. Mnogi kosturi najranijih arheoceta bili su izuzetno fragmentarni i često su im nedostajale kosti gležnja i stopala. Jedna posebna gležnja, astragalus, mogla je riješiti raspravu. U artiodaktila ova kost ima odmah prepoznatljiv oblik dvostruke remenice, što karakteristične mezonihide nisu dijelile. Ako bi se mogao naći astragalus ranog arheoceta, to bi bio važan test za obje hipoteze.

2001. godine konačno su opisani arheoceti koji posjeduju ovu kost, a rezultati su bili nepogrešivi. Arheoceti su imali dvokraku astragalus, potvrđujući da su kitovi evoluirali iz artiodaktila. Mezonihide nisu bili preci kitova, a nilski konji su sada poznati kao kitovi najbliži živi rođaci.

Nedavno su znanstvenici utvrdili iz koje skupine pretpovijesnih artiodaktila nastaju kitovi. 2007. Thewissen i drugi suradnici to su najavili Indohyus , mali jelenski sisavac koji pripada grupi izumrlih artiodaktila nazvanih raoellids, bio je najbliži poznat u odnosu na kitove. Dok je pripremao donju stranu lubanje Indohyus , student u Thewissenovom laboratoriju otkinuo je odjeljak koji pokriva unutarnje uho. Bila je gusta i visoko mineralizirana, baš poput kosti u kitovim ušima. Studija ostatka kostura također je to otkrila Indohyus imao kosti obilježene sličnom vrstom zadebljanja, prilagodbom koju dijele sisavci koji provode puno vremena u vodi. Kad su Jonathan Geisler i Jennifer Theodor 2009. godine fosilne podatke kombinirali s genetskim podacima, na svijet je izašlo novo obiteljsko stablo kitova. Raoellidi poput Indohyus bili najbliži srodnici kitovima, s tim da su nilski konji sljedeći najbliži srodnici obje skupine zajedno. Napokon, kitovi su mogli biti čvrsto ukorijenjeni u evolucijskom drvetu sisavaca.

Prilagođeno iz Napisano u Stone: Evolucija, fosilni zapisi i naše mjesto u prirodi , Brian Switek. Copyright 2010. Uz dopuštenje izdavača, Bellevue Literary Press.





^