Wśród biologów badających jeżozwierze trwa od dawna debata. W Ameryce Środkowej i Południowej występuje 16 gatunków jeżozwierzy, ale tylko jeden w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Dowody DNA sugerują, że jeżozwierz jeżozwierzowa występujący w Ameryce Północnej należy do grupy, która powstała 10 milionów lat temu, ale skamieniałości zdają się opowiadać inną historię. Niektórzy paleontolodzy uważają, że mogły wyewoluować zaledwie 2,5 miliona lat temu, na początku epok lodowcowych.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Current Biology twierdzi, że udało się pogodzić spór dzięki wyjątkowo rzadkiemu, niemal kompletnemu szkieletowi jeżozwierza odkrytemu na Florydzie. Autorzy doszli do tego wniosku badając kluczowe różnice w strukturze kości między jeżozwierzami z Ameryki Północnej i Południowej, ale dotarcie do nich nie było łatwe. Zajęło to całą klasę absolwentów i studentów studiów licencjackich oraz kilka lat starannych przygotowań i nauki.
„Nawet doświadczona kuratorka posiadająca całą niezbędną wiedzę specjalistyczną pełne zbadanie i przetworzenie całego szkieletu zajmuje niesamowitą ilość czasu” – powiedziała główna autorka Natasha Vitek. Podczas studiów doktoranckich w Muzeum Historii Naturalnej na Florydzie Vitek połączył siły z kuratorem paleontologii kręgowców Jonathanem Blochem, aby stworzyć kurs uniwersytecki, podczas którego studenci zdobywali praktyczne doświadczenie badawcze poprzez badanie skamieniałości jeżozwierzy.
Starożytne promieniowanie dało początek największym gryzoniom na świecie
Jeżozwierze to rodzaj gryzoni, a ich przodkowie prawdopodobnie przybyli do Afryki ponad 30 milionów lat temu. Od tego czasu ich potomkowie zawędrowali drogą lądową do Azji i części Europy, ale ich podróż do Ameryki Południowej jest wydarzeniem szczególnie znaczącym w historii ssaków. Przeprawili się przez Ocean Atlantycki – prawdopodobnie podczas raftingu – kiedy Afryka i Ameryka Południowa były znacznie bliżej siebie niż obecnie. Były to pierwsze gryzonie, które kiedykolwiek postawiły stopę na kontynencie, gdzie przekształciły się w dobrze znane grupy, takie jak świnki morskie, szynszyle, kapibary i jeżozwierze.
Niektóre przybierały gigantyczne rozmiary. Były tam ociężałe, szczuropodobne zwierzęta, dochodzące do pięciu stóp długości, wyposażone w maleńki mózg, który ważył mniej niż śliwka. Wymarli krewni kapibary urosli do rozmiarów krów.
Jeżozwierze pozostały stosunkowo małe i wyewoluowały przystosowania do życia w koronach drzew bujnych lasów deszczowych Ameryki Południowej. Dziś poruszają się po koronach drzew za pomocą długich palców zakończonych tępymi, sierpowatymi pazurami, ustawionymi pod kątem idealnym do chwytania gałęzi. Wiele z nich ma również długie, chwytne ogony, które są w stanie unieść ich ciężar, i których używają podczas wspinania się i sięgania po owoce.
Pomimo doskonałych osiągnięć w poruszaniu się, Ameryka Południowa była ślepą uliczką przez wiele milionów lat. Rozległa droga morska z bystrymi prądami oddzielała Amerykę Północną i Południową i większość zwierząt nie była w stanie jej przeprawić – z kilkoma godnymi uwagi wyjątkami.
Począwszy od około 5 milionów lat temu Przesmyk Panamski wznosił się nad poziom morza, odcinając Pacyfik od Atlantyku. Kilka milionów lat później ten most lądowy stał się starożytnym odpowiednikiem zatłoczonej autostrady, po której ruch odbywał się w obu kierunkach.
Prehistoryczne słonie, koty szablozębne, jaguary, lamy, pekari, jelenie, skunksy i niedźwiedzie przybywały z Ameryki Północnej na południe. Wędrówkę powrotną odbyły cztery różne rodzaje leniwców naziemnych, olbrzymie pancerniki, ptaki grozy, kapibary, a nawet torbacz.
Obie grupy spotkał radykalnie odmienny los. Ssaki migrujące na południe radziły sobie całkiem nieźle; wiele z nich z powodzeniem zadomowiło się w nowym tropikalnym środowisku i przetrwało do chwili obecnej. Ale prawie wszystkie linie rodowe, które zapuściły się na północ, do chłodniejszych środowisk, wymarły. Dziś ocalały tylko trzy osoby: pancernik dziewięciopasmowy, opos z Wirginii i jeżozwierz północnoamerykański.
Nowe skamieliny łapią ewolucję w akcie
Zwierzęta podróżujące na północ musiały stawić czoła nowym środowiskom, które w niewielkim stopniu przypominały to, które pozostawiły. Ciepłe lasy tropikalne ustąpiły miejsca otwartym łąkom, pustyniom i zimnym lasom liściastym. Dla jeżozwierzy oznaczało to radzenie sobie z brutalnymi zimami, mniejszymi zasobami i schodzeniem z drzew, aby chodzić po lądzie. Nadal nie do końca zrozumieli to drugie; Jeżozwierze północnoamerykańskie osiągają maksymalną prędkość naziemną około 2 mil na godzinę.
Jeżozwierze południowoamerykańskie są wyposażone w groźną sierść z pustych, zachodzących na siebie kolców, które zapewniają znaczną ochronę, ale w niewielkim stopniu regulują temperaturę ciała. Jeżozwierze północnoamerykańskie zastąpiły je mieszanką izolującego futra i długich, przypominających igły kolców, które można unieść, gdy poczują się zagrożone. Musieli także zmodyfikować dietę, co spowodowało zmianę kształtu ich szczęki.
„Zimą, gdy nie ma w pobliżu ich ulubionego jedzenia, wgryzają się w korę drzew, aby dostać się do miękkiej tkanki znajdującej się pod spodem. Nie jest to wspaniałe jedzenie, ale lepsze to niż nic” – powiedział Vitek. „Uważamy, że ten rodzaj karmienia jest dobrany do konkretnej budowy szczęk, dzięki czemu są one lepsze w szlifowaniu”.
Stracili także chwytne ogony. Chociaż jeżozwierze północnoamerykańskie nadal lubią się wspinać, nie jest to ich mocna strona. Okazy muzealne często wykazują ślady zagojonych złamań kości, prawdopodobnie spowodowanych upadkiem z drzew.
Wiele z tych cech można zaobserwować w skamieniałościach. Problem w tym, że nie ma zbyt wielu skamieniałości, które można by obejść. Według Vitka większość z nich to pojedyncze zęby lub fragmenty szczęk, a badacze często łączą je z jeżozwierzami z Ameryki Południowej. Te uważane za należące do grupy północnoamerykańskiej nie mają kluczowych cech, które dostarczyłyby paleontologom wskazówek na temat ich ewolucji.
Kiedy więc paleontolog z Muzeum Florydy, Art Poyer, znalazł znakomicie zachowany szkielet jeżozwierza w kamieniołomie wapienia na Florydzie, doskonale zdawali sobie sprawę z jego znaczenia.
„Kiedy przywieźli to po raz pierwszy, byłem zdumiony” – powiedział Bloch, starszy autor badania. „Tak rzadko spotyka się takie skamieniałe szkielety, zawierające nie tylko czaszkę i szczęki, ale także wiele powiązanych kości z reszty ciała. Pozwala to uzyskać znacznie pełniejszy obraz interakcji tego wymarłego ssaka ze środowiskiem. Od razu zauważyliśmy, że różni się od współczesnych jeżozwierzy północnoamerykańskich posiadaniem wyspecjalizowanego ogona do chwytania gałęzi”.
Porównując skamieniały szkielet z kośćmi współczesnych jeżozwierzy, Bloch i Vitek byli pewni, że uda im się określić jego tożsamość. Jednak ilość pracy, jaką to wymagało, była większa niż jedna osoba była w stanie wykonać samodzielnie w krótkim czasie. Współtworzyli więc w college'u kurs paleontologii, na którym jedynym zadaniem na cały semestr było badanie kości jeżozwierza.
„Tych przedmiotów można uczyć tylko w takim miejscu jak Muzeum Florydy, gdzie masz zarówno zbiory, jak i wystarczającą liczbę uczniów, aby je przestudiować” – powiedział Vitek. „Skupiliśmy się na szczegółach szczęki, kończyn, stóp i ogonów. Wymagało to bardzo szczegółowej serii porównań, których możesz nawet nie zauważyć przy pierwszym przejściu”.
Wyniki były zaskakujące. Skamieliny nie posiadały wzmocnionych szczęk wgryzających korę i posiadały chwytny ogon, co sprawiało, że wydawała się bliżej spokrewniona z jeżozwierzami z Ameryki Południowej. Jednak, jak powiedział Vitek, inne cechy wykazały większe podobieństwo do jeżozwierzy północnoamerykańskich, w tym kształt kości ucha środkowego oraz kształt dolnych przednich i tylnych zębów.
Po połączeniu wszystkich danych analizy konsekwentnie dostarczały tej samej odpowiedzi. Skamieniałości należały do wymarłego gatunku jeżozwierza północnoamerykańskiego, co oznacza, że grupa ta ma długą historię, która prawdopodobnie rozpoczęła się przed utworzeniem Przesmyku Panamskiego. Pozostaje jednak pytanie, ile gatunków należało kiedyś do tej grupy i dlaczego wyginęły.
„Jedną kwestią, której nasze badanie nie rozstrzygnęło, jest to, czy te wymarłe gatunki są bezpośrednimi przodkami żyjącego dzisiaj jeżozwierza północnoamerykańskiego” – powiedział Vitek. „Możliwe jest również, że jeżozwierze dwukrotnie przedostały się do regionów o klimacie umiarkowanym, raz wzdłuż wybrzeża Zatoki Perskiej, a raz na zachód. Jeszcze tam nie dotarliśmy”.
Autorami artykułu są także Jennifer Hoeflich, Isaac Magallanes, Sean Moran, Rachel Narducci, Victor Perez, Jeanette Pirlo, Mitchell Riegler, Molly Selba, Maria Vallejo-Pareja, Michael Ziegler, Michael Granatosky i Richard Hulbert z Florida Museum of Natural History .