Тайна происхождения змей

Недавно палеонтологи, используя новейшие технологии, обнаружили в отложениях, возраст которых 95 миллионов лет, змею. Да не просто змею, а с… задними ногами. Это открытие позволило установить предка змей, а также выяснить, каким образом данные рептилии утратили ноги в процессе эволюции, что до сих пор было одной из загадок палеонтологии.

Фото: Фото: AP

Данные окаменелости, возраст которых составляет 95 миллионов лет, были найдены еще в 2000 году в ливанской деревушке Аль-Наммура. Останки принадлежали змее Eupodophis descouensi. Эта рептилия достигала 50 сантиметров в длину. Извлеченные останки передали в Музей естественной истории (Париж) для дальнейших исследований.

И вот недавно группа ученых под руководством доктора Александры Уссе, используя рентгеновские лучи, провела послойное сканирование образца и на основании его результатов построила компьютерную модель изучаемого объекта в 3D-формате. Выяснилось, что у данной змеи были задние конечности, хотя и весьма редуцированные.

На изображении достаточно четко видно, что внутреннее устройство костей лап древних змей в значительной мере напоминает устройство ног современных наземных ящериц. Правда, бедра и голени Eupodophis descouensi весьма укорочены, также имеются кости лодыжки, а вот ступня и пальцы уже отсутствуют. Причем у экспоната оставалась на свободе только одна нога, а вторая была скрыта в камне, однако рентгеновское обследование смогло показать ученым и ее. Поскольку обе ноги устроены одинаково, можно смело считать, что отсутствие некоторых частей конечности — это не результат травмы или уродства, а показатель начала редукции лап у змеиных предков.

"Открытие внутренней структуры задних конечностей Eupodophis позволяет исследовать процесс регресса конечностей в процессе эволюции змей. В настоящее время существует только три ископаемых змеи с сохранившимися задними конечностями и утраченными передними. Их относят к трем разным группам — это Haasiophis, Pachyophis и Eupodophis. У других известных ископаемых групп змей конечности не сохранились. Тем не менее, исходя из их анатомического строения, считается, что у них конечности все-таки были, однако потом исчезли.

Теперь мы можем даже сказать, как, скорее всего, происходила подобная редукция. Данные исследования показывают, что утрата предками змей конечностей не является результатом каких-то анатомических изменений строения костей, а, скорее всего, была связана с сокращением периода роста. Из-за каких-то генетических изменений лапы не успевали полностью сформироваться в эмбриональном периоде, вот змеи и появлялись на свет с немножко "недоделанными" ногами", — говорит руководитель группы, палеонтолог Александра Уссе.

Фото: AP

Читайте также: Динозавры пережили великое вымирание

Кстати, подобная версия подтверждается и исследованиями отечественных эмбриологов. Не так давно, исследуя так называемые Нox-гены (это гены, отвечающие за формирование тела зародыша на ранних этапах развития) змей и ящериц, ученые обнаружили, что у последних отсутствует ген Hox-12а, а также несколько изменены Hox-13а и Hox-13b. Известно, что именно эти гены отвечают за формирование заднего конца тела рептилий, а также за появление и развитие задних конечностей. Произошедшая мутация, в результате которой один из генов исчез полностью, видимо, привела к тому, что задние лапы перестали нормально развиваться, а изменение двух его "соседей" — к полному исчезновению этих конечностей.

Тем не менее, вопрос о происхождении змей до сих пор остается одним из самых таинственных в палеонтологии. Ученые считают, что эти рептилии произошли около 150 миллионов лет назад от какой-то группы ящериц. До сих пор непонятно, что это была за группа, а также то, почему змеи стали длинными и безногими.

Согласно одной точке зрения, утрата конечностей связана с переходом к водному образу жизни. В воде лапы не нужны, там гораздо выгоднее двигаться, змееобразно изгибая тело. Подтверждением данной версии служит то, что одна из древних двулапых змей, Pachyophis, была водным животным.

Недостатками этой версии служит тот факт, что среди примитивных змей нет тех, кто обитает исключительно в воде, такие появляются лишь среди продвинутых представителей группы, например, морские змеи (Hydrophiinae). Кроме того, в палеонтологической летописи змеи крайне редко встречаются в морских и пресноводных отложениях, что довольно странно, так как фауна в подобных захоронениях сохраняется на несколько порядков лучше, чем в наземных, да и попадаются они чаще. Также против этой версии говорит еще и то, что кроме отсутствия конечностей никаких других приспособлений к жизни в воде у примитивных змей нет.

Согласнодругойгипотезе,предкизмейбылироющими ящерицами, утратившими конечности из-за того, что под землей от них больше вреда, чем пользы. Эту версию подтверждает то, что примитивные змеи из группы слепозмеек (Typhlopidae) — действительно подземные животные. Роющий образ жизни, судя по всему, вели и ископаемые Haasiophis и Eupodophis. Также известно, что представители многих групп ящериц, например, сцинки (Scincidae), безногие ящерицы (Anniellidae), веретеницы (Anguidae) или чешуеноги (Pygopodidae), при переходе к роющему образу жизни также теряли конечности (при этом не известен ни один случай утраты лап у водных ящериц).

Фото: AP

Так что, скорее всего, предки змей действительно вели роющий образ жизни. Именно поэтому им понадобилось длинное тело (легче протискиваться сквозь грунт). Также в связи с этим они постепенно лишились наружных отверстий ушей (что бы земля не забивалась), конечностей и подвижных век (под землей в них нет надобности, во влажной почве глаза не высыхают), а взамен приобрели прозрачную пленку, образованную из сросшихся век, защищающую глаз (поэтому-то и кажется, что змея нас гипнотизирует, взгляд у нее неподвижен).

Довольно долго предками змей считались ящерицы из группы варанов (Varanidae). Эти ящерицы, как и змеи, имеют длинный и подвижный язык, сильно развитый отвечающий за хеморецепцию орган Якобсона, дополнительное подвижное сочленение ветвей нижней челюсти, а также схожее со змеями строение позвонков. Кроме того, обитающие в Индонезии безухие вараны (Lanthanotidae), как это видно из их названия, так же как и змеи, лишены наружных ушных отверстий. Тем не менее, детали строения черепа у варанов и змей сильно различаются, а кроме того, молекулярный анализ ДНК показывает, что обе эти группы весьма далеки друг от друга. Также против этой версии свидетельствует еще и то, что среди варанов нет (и, судя по всему, никогда не было) представителей, ведущих полностью подземный образ жизни.

А вот с другой группой современных ящериц, называемых гекконами (Gekkonidae), у змей куда больше общих черт строения (о том, кто такие гекконы и чем они знамениты, читайте в статье "Секреты ночных скалолазов"). В частности, черепа змей и гекконов полностью лишены височных дуг (образованных скуловыми костями) и имеют подвижное сочленение костей нижней челюсти. Веки у многих гекконов, так же как и у змей, срослись и образовали прозрачную внешнюю оболочку глаза. И, наконец, среди этих ящериц есть те, кто ведет роющий образ жизни.

Наиболее характерными здесь являются представители подсемейства чешуеногов, которое уже упоминалось выше. Его представители, обитающие в Австралии и на Новой Гвинее, обладают змееобразно вытянутым туловищем и по внешнему виду чрезвычайно напоминают змей. Это сходство подчеркивается также отсутствием передних и значительной редукцией задних конечностей, имеющих обычно вид коротких, оканчивающихся иногда когтями чешуйчатых выростов, а также отсутствием наружных отверстий ушей. Конечно, вряд ли именно чешуеноги были прямыми предками змей, однако, судя по всему, это одни из их самых близких родственников.

Кроме того, данные молекулярных исследований также говорят о том, что по строению ДНК самыми близкими родственниками змей являются именно гекконы.

Согласно этим данным, гекконы и змеи отделились от прочих чешуйчатых 180 миллионов лет назад, а разделение этих групп произошло чуть позже, примерно 150-165 миллионов лет назад. То есть примерно тогда, когда, согласно данным палеонтологов, эта группа и возникла. Так что и тут все сходится.

Итак, новая методика исследований помогла ученым заполнить пробел в истории пресмыкающихся и решить одну из самых интригующих загадок эволюции. Надобно заметить, что палеонтологи вообще возлагают на эту методику большие надежды. Она позволяет получить снимки с разрешением в несколько микрон — в тысячу раз меньше, чем дает больничный томограф.

Читайте также: Ученым удалось "раскрасить" динозавров

А для получения трехмерного изображения ископаемые кости нужно всего лишь повернуть на небольшой угол и снять при этом несколько тысяч двумерных изображений до тех пор, пока не будет произведен полный оборот на 360 градусов. Из этих снимков после и составляют с помощью специальной компьютерной программы 3D-изображение, показывающее не только поверхностную, но и внутреннюю структуру костей.

Так что, возможно, в ближайшем будущем данная методика исследований поможет решить и другие эволюционные загадки. И многие пробелы в истории различных групп животных окажутся заполненными…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника