Naukowcy dostarczyli nowych informacji na temat rozwoju zręcznych trąb przodków słoni.
Badanie, opublikowane dzisiaj jako eLife Reviewed Preprint, łączy wiele analiz w celu zrekonstruowania zachowań żywieniowych wymarłych słoniowatych longirostryn – ssaków podobnych do słoni, charakteryzujących się wydłużonymi dolnymi szczękami i kłami. Redaktorzy opisują tę pracę jako fundamentalną dla zrozumienia ewolucji wydłużonej żuchwy i długich tułów u tych zwierząt w epoce miocenu, około 11–20 milionów lat temu. Dostarcza przekonujących dowodów na różnorodność tych struktur u gomfoter longirostrynowych i ich prawdopodobne reakcje ewolucyjne na globalne zmiany klimatyczne.
Odkrycia mogą również rzucić światło na to, dlaczego współczesne słonie są jedynymi zwierzętami, które potrafią się odżywiać za pomocą trąb.
Gomfotery longirostrynowe należą do rodziny trąbowatych – grupy ssaków, w tym słoni, znanych z wydłużonych i wszechstronnych trąb. Gomfotery longirostrynne są godne uwagi, ponieważ przeszły przedłużoną fazę ewolucyjną charakteryzującą się wyjątkowo wydłużoną dolną szczęką lub żuchwą, czego nie spotyka się u późniejszych trąbowców. Uważa się, że ich wydłużona żuchwa i tułów mogły ewoluować wspólnie w tej grupie, ale ta zmiana u wczesnych i późnych trąbowców pozostaje nie do końca poznana.
„W okresie od wczesnego do środkowego miocenu gomfotery kwitły w północnych Chinach” – mówi główny autor dr Chunxiao Li, pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie w Chinach. „Wśród gatunków występowała ogromna różnorodność w budowie długiej żuchwy. Staraliśmy się wyjaśnić, dlaczego u trąbowców wyewoluowała długa żuchwa i dlaczego doszło do jej późniejszej regresji. Chcieliśmy także zbadać rolę tułowia w zachowaniach żywieniowych tych zwierząt oraz tło środowiskowe dla koewolucji ich żuchw i pni.”
Li i współpracownicy wykorzystali porównawcze badania funkcjonalne i ekomorfologiczne, a także analizę preferencji żywieniowych, aby zrekonstruować zachowania żywieniowe trzech głównych rodzin gomphotheres longirostrynowych: Amebelodontidae, Choerolophodontidae i Gomphotheriidae.
Aby skonstruować zachowania żywieniowe i określić związek między żuchwą a tułowiem, zespół zbadał czaszki i żuchwy trzech grup, pochodzące z trzech różnych muzeów. Struktura żuchwy i kłów różniła się w trzech grupach, co wskazuje na różnice w zachowaniach żywieniowych. Żuchwy Amebelodontidae były na ogół podobne do łopat, a kły były płaskie i szerokie. Gomphotheriidae miały dolne kły maczugowate i węższą żuchwę, podczas gdy Choerolophodontidae całkowicie brakowało kłów żuchwy, a ich dolna szczęka była długa i przypominała rynnę.
Następnie zespół przeprowadził analizę izotopów szkliwa zwierząt, aby określić rozmieszczenie i nisze ekologiczne trzech rodzin. Wyniki wykazały, że Choerolphontidae żyły w stosunkowo zamkniętym środowisku, podczas gdy Platybelodon, członek rodziny Amebelodontidae, żył w środowisku bardziej otwartym, takim jak łąki. Wydawało się, że Gomphotheriidae wypełniają niszę gdzieś pomiędzy tymi siedliskami zamkniętymi i otwartymi.
Analiza elementów skończonych pomogła zespołowi określić zalety i wady struktury żuchwy i kła w każdej grupie. Dane wykazały, że żuchwa Choerolophodontidae specjalizowała się w ścinaniu roślin rosnących poziomo lub ukośnie, co może wyjaśniać brak kłów żuchwy. Stwierdzono, że żuchwa Gomphotheriidae w równym stopniu nadaje się do cięcia roślin rosnących we wszystkich kierunkach. Platybelodon miał struktury wyspecjalizowane do cięcia roślin rosnących pionowo, takich jak zioła o miękkich łodygach, które byłyby bardziej powszechne w otwartych środowiskach.
Trzy rodziny wykazały także różnice w etapach ewolucji pnia, co można wywnioskować ze struktury narialu – obszaru otaczającego nozdrza. Region narialny u Choerolophodontidae sugerował, że miały one stosunkowo prymitywny, niezdarny pień. U Gomphotheriidae obszar narialu był najbardziej podobny do współczesnych słoni, co sugeruje, że miały one stosunkowo elastyczny tułów. Pnie Platybelodona mogą być pierwszym przykładem pnia trąbowatego zdolnego do zwijania się i chwytania. Poziom ewolucyjny tułowia wydawał się powiązany ze zdolnością żuchwy do cięcia poziomego, co silnie sugeruje koewolucję tułowia i żuchwy u gomphotheres longirostrynowych.
Podczas środkowomioceńskiej zmiany klimatu, która spowodowała regionalne wysuszenie i ekspansję bardziej otwartych ekosystemów, Choerolophodontidae doświadczyło nagłego regionalnego wyginięcia, a liczebność Gomphotheriidae również spadła w północnych Chinach. Badania sugerują, że rozwój pnia zwijającego się i chwytającego u Platybelodon umożliwił tej grupie przetrwanie w większej liczbie w otwartych środowiskach. Może to również wyjaśniać, dlaczego inne zwierzęta posiadające trąby, takie jak tapiry, nigdy nie rozwinęły tak zręcznych pni jak słonie, ponieważ nigdy nie przemieszczały się na otwarte tereny.
„Nasz interdyscyplinarny zespół zajmuje się wprowadzaniem wielu ilościowych metod badawczych na potrzeby paleontologii” – mówi współautor Ji Zhang, profesor nadzwyczajny inżynierii strukturalnej na Uniwersytecie Nauki i Technologii Huazhong w Wuhan w Chinach. „Nowoczesna mechanika obliczeniowa i statystyka dodały nowej energii tradycyjnym badaniom kopalnym”.
Zdaniem redaktorów eLife, głównym ograniczeniem tej pracy jest brak dyskusji porównującej wyniki zespołu z rozwojem gigantyzmu i długich kończyn u trąbowców z tego samego okresu. Autorzy dodają, że taka analiza mogłaby pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób zmiana zachowań żywieniowych wiąże się z większymi różnicami w kształtach i rozmiarach ciała zwierząt w tym czasie.
„Nasze odkrycia pokazują, że wielokrotne ekoadaptacje przyczyniły się do zróżnicowanej struktury żuchwy występującej u trąbowców” – podsumowuje starszy autor dr Shi-Qi Wang, profesor w Kluczowym Laboratorium Ewolucji Kręgowców i Pochodzenia Człowieka Chińskiej Akademii Nauk. „Początkowo wydłużona żuchwa służyła jako główny narząd żerujący u trąbaczy i była warunkiem wstępnym rozwoju niezwykle długiego tułowia. Wypas na otwartej przestrzeni spowodował rozwój funkcji zwijania i chwytania pnia, a pień stał się wówczas głównym narzędziem do żerowania, co prowadzi do stopniowej utraty długiej żuchwy. W szczególności platybelodon mógł być pierwszym trąbowcem, u którego wykształcił się ten sposób wypasu.