Когда-то вместо хобота были бивни-ножницы и челюсти-ковши экскаватора. Но за два десятка миллионов лет все изменилось. Почему — рассказываем. 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?

Wikipedia.org / Choerolophodon 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 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.