Есть ли зубы у кита: Сколько зубов у кита — ответ на Uchi.ru

найдено недостающее звено в эволюции китов // Смотрим

• Профиль

• Избранное

Эволюция и эволюционные процессы

3 июля 2017, 10:08
3 июля 2017, 11:08
3 июля 2017, 12:08
3 июля 2017, 13:08
3 июля 2017, 14:08
3 июля 2017, 15:08
3 июля 2017, 16:08
3 июля 2017, 17:08
3 июля 2017, 18:08
3 июля 2017, 19:08
3 июля 2017, 20:08

• Юлия Воробьёва

• Иллюстрация Alberto Gennari.

• Фото Geisler et al.

• Фото Geisler et al.

• Иллюстрация Alberto Gennari.

• Фото Geisler et al.

• Фото Geisler et al.

Синий кит – самое крупное существо, когда-либо обитавшее на Земле. Однако питаются гиганты крошечными ракообразными. Помогает им в этом система фильтрации, знаменитый китовый ус. Хотя древние предки китов обладали зубами и охотились на крупную добычу. Как и когда случился переход «от зубов к усам»?

Вероятно, самое крупное существо, когда-либо обитавшее на Земле, является нашим современником. При весе свыше 150 тонн и длине более 30 метров синий кит (он же голубой кит) превосходит всех гигантов прошлого. Как это ни удивительно, такое крупное животное питается преимущественно крошечными ракообразными – крилем, хотя его предки охотились на крупную добычу.

Учёные решили разобраться в этой загадке эволюции. Оказалось, что весь секрет в сложной системе фильтрации, которая позволяет огромным китам пропускать большие объёмы воды и выбирать из них криль и другие мелкие организмы.

Поясним, что сегодня китообразные делятся на два подотряда – усатые и зубатые киты. Представители второй группы (например, дельфины и нарвалы) имеют полноценные зубы. А вот у китов из первой группы (сюда входят голубой кит, серый, горбатый, гренландский и другие) на верхней челюсти развиваются от 360 до 800 длинных (от 20 до 450 сантиметров) роговых пластинок, расположенных поперёк дёсен с интервалами 0,3-1,2 сантиметра одна за другой. Это и есть знаменитый китовый ус, который широко используется уже многие годы для различных целей – от набивки мебели до шитья одежды.

«Из летописи окаменелостей мы знаем, что у предков усатых китов были зубы, – рассказывает Джонатан Гейслер (Jonathan Geisler) из Технологического института Нью-Йорка. – Однако переход от зубов к усам противоречив. Наше исследование показывает, что древние зубатые киты использовали пространство между своими большими зубами для фильтрации, и постепенно, в течение миллионов лет, усы заменяли зубы».

Ранее предполагалось, что киты со временем потеряли все зубы, и лишь потом развили на их месте «усатую» систему фильтрации. Однако находка черепа древнего кита, который обитал на планете около 30 миллионов лет назад, опровергла эту теорию. Она позволила эволюционным биологам выделить новый переходный вид китов. Череп одного из них был найден в начала 2000-х годов в реке Уондо в Южной Каролине.

Древний кит получил название Coronodon havensteini. Палеонтологи установили, что он имел острые передние зубы, помогавшие охотиться на крупную добычу. Но в то же время ископаемое млекопитающее обладало необычными задними зубами пильчатой формы.

«Износ зубов этого экземпляра указывает на то, что они не использовались для разгрызания пищи или для укусов добычи. Нам потребовалось время, чтобы понять, что эти зубы на самом деле создавали узкие щели для фильтрации воды», — поясняет Гейслер.

Скорее всего, C. havensteini не мог заглатывать и процеживать воду в тех объёмах, что современные киты. Авторы работы полагают, что эта система фильтрации находилась в зачаточном состоянии и использовалась, чтобы ловить мелкую рыбу – за один раз древний кит мог поймать целую стайку.

Исследователи также отмечают, что найденный череп, к сожалению, не даёт представления о том, когда именно зубы полностью заменил китовый ус. Вся надежда на будущие находки. «Это исследование, если оно будет подтверждено другими, прекрасно осветит одну из загадочных страниц эволюции», – заключает палеобиолог Ян Заласевич (Jan Zalasiewicz) из Университета Лестера (Великобритания).

Научная статья по итогам исследования опубликована в журнале Current Biology.

Кстати, ранее эволюционные биологи разобрались, как киты умудрились «утереть нос» всем гигантам прошлого. Тем временем палеонтологи обнаружили останки доисторического кита, морда которого напоминала клюв, а внутри его желудка сохранились остатки обеда — нескольких небольших рыб.

• новости

Весь эфир

Кит Альфред помог понять эволюцию китового уса

Китовый ус возник уже после редукции зубов и никогда не существовал одновременно с ними, а предпосылкой к его возникновению стало не фильтрование воды, а всасывание воды и беспозвоночных в рот — подобное тому, которое используют современные моржи. Это показала международная группа ученых, изучившая череп древнего усатого кита. Статья опубликована в журнале Memoirs of Museum Victoria.

Китообразные делятся на два отряда: усатые киты и зубатые киты. Усатые киты (Mysticeti) — это самые крупные из современных животных. К ним относятся полосатики, серые киты, гладкие киты и карликовые киты. На верхней челюсти у них находятся роговые пластины китового уса, которые, согласно последним данным, возникли в ходе эволюции из ткани десен. Каждая пластина расщеплена на длинные тонкие щетинки, образующие фильтр, через который кит отцеживает из воды мелких беспозвоночных и рыбок.

Китовый ус возник в самом начале эволюции усатых китов. Одни из самых ранних представителей усатых китов — киты семейство Aetiocetidae, жившие в олигоцене и имевшие зубы. Помимо зубов, у этих китов есть структуры, которые, по мнению некоторых ученых, указывают на наличие у них также и китового уса. Такая точка зрения предполагает, что в эволюции китового уса была переходная фаза, во время которой киты питались одновременно с помощью зубов и с помощью фильтрования через китовый ус. Такой сценарий, однако, поддерживается не всеми учеными.

Новый ископаемый кит из семейства Aetiocetidae, найденный в США, позволяет предположить, что такой переходной фазы в эволюции китового уса никогда не было. Это кит жил в позднем олигоцене (около 25 миллионов лет назад) и был назван учеными «Альфредом». Как и другие представители семейства Aetiocetidae, Альфред, хотя и относился уже к усатым китам, все еще имел зубы. Характер износа этих зубов оказался очень необычным. Из современных животных такой характер износа наблюдается только у нескольких видов, в том числе у моржа. Морж, поедая добычу (в основном моллюсков), двигает языком вперед-назад, совершая сосательные движения. Такие же движения ртом он может совершать, «высасывая» моллюсков и других беспозвоночных из песка.

Подобный характер износа зубов говорит о том, что Альфред при питании также совершал сосательные движения, засасывая беспозвоночных из воды. Это, как предполагают авторы, в итоге привело к редукции зубов за их ненадобностью. По мере эволюции киты все меньше пользовались активным засасыванием воды и переходили на другие формы фильтрации, что сопровождалось развитием китового уса. Интересно, что засасыванием воды до сих пор пользуется современный серый кит. Однако другие современные усатые киты благодаря наличию китового уса перешли на более продвинутые формы фильтрации, не требующие активного засасывания воды. Например, они резко раздувают рот, создавая за пластинами уса область пониженного давления, куда стекается вода, или «снимают пенку» с поверхности воды, скользя по ней своим усом.

Недавно ученые показали, что некоторые нервы полосатиковых китов способны растягиваться почти вдвое и более. Это позволяет им избежать разрывов нервов, когда они раздувают пасть, натягивая при этом подкожный жир (ворвань) в вентральной части тела. А у китов-полосатиков даже нашли новый орган чувств, позволяющий им захватывать большое количество воды с крилем.

Софья Долотовская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Киты потеряли зубы до того, как у них во рту развился похожий на волос ус

Соперничая с эволюцией перьев у динозавров, одной из самых необычных трансформаций в истории жизни была эволюция китового уса — рядов гибких волосовидных пластин, которые синели киты, горбатые и другие морские млекопитающие используют для фильтрации относительно мелкой добычи из глотков океанской воды. Необычная структура позволяет самым большим существам в мире потреблять несколько тонн пищи каждый день, ни разу не пережевывая и не откусывая. Теперь ученые Смитсоновского института обнаружили важное промежуточное звено в эволюции этой инновационной стратегии питания: древний кит, у которого не было ни зубов, ни китового уса.

В выпуске журнала Current Biology от 29 ноября ученые Смитсоновского национального музея естественной истории и их коллеги впервые описали Maiabalaena nesbittae , кита, жившего около 33 миллионов лет назад. Используя новые методы для анализа давно обнаруженных окаменелостей, хранящихся в национальной коллекции Смитсоновского института, команда, в которую входят ученые из Университета Джорджа Мейсона, Техасского университета A&M и Музея естественной истории и культуры Берка в Сиэтле (филиал Смитсоновского института), определила что у этого беззубого 15-футового кита, вероятно, не было уса, что демонстрирует удивительный промежуточный шаг между усатыми китами, живущими сегодня, и их зубастыми предками.

«Когда мы говорим об эволюции китов, учебники, как правило, сосредотачиваются на ранних стадиях, когда киты перешли с суши в море», — сказал Николас Пьенсон, куратор ископаемых морских млекопитающих Национального музея естественной истории. « Maiabalaena показывает, что вторая фаза эволюции китов так же важна для эволюции в больших масштабах. Теперь мы впервые можем определить происхождение фильтрующего питания, которое является одним из главных нововведений в истории китов».

Когда киты впервые эволюционировали, они использовали зубы для пережевывания пищи, как и их наземные предки. Со временем многие потомки этих ранних китов продолжали пережевывать пищу, унаследовав эту черту от своих предшественников. Но по мере того, как океаны вокруг них менялись, а животные развивались, возникали совершенно новые стратегии кормления, в том числе кормление усами через фильтр, говорит научный сотрудник Национального музея естественной истории Карлос Маурисио Передо, ведущий автор исследования, проанализировавшего 9Окаменелости 0005 Maiabalaena .

Киты были первыми млекопитающими, у которых появился ус, и ни одно другое млекопитающее не использует анатомическую структуру, даже отдаленно похожую на нее, для поедания добычи. Но, к сожалению, ус, химический состав которого больше похож на состав волос или ногтей, чем на кость, плохо сохраняется. Он редко встречается в летописи окаменелостей, оставляя палеонтологов без прямых доказательств его прошлого или происхождения. Вместо этого ученым пришлось полагаться на выводы из окаменелостей и исследования развития плода кита в утробе матери, чтобы собрать воедино подсказки о том, как эволюционировал ус.

В результате неясно, сохраняли ли ранние усатые киты в процессе эволюции зубы своих предков до тех пор, пока не была создана система фильтрующего питания. Первоначальное предположение, сказал Передо, заключалось в том, что обитающим в океане млекопитающим должны были быть нужны зубы или китовый ус, чтобы есть, но несколько живых китов противоречат этой идее. У кашалотов есть зубы на нижней челюсти, но нет зубов на верхней, поэтому они не могут ни кусать, ни жевать. Единственными зубами нарвалов являются их длинные бивни, которые они не используют для кормления. А у некоторых видов клюворылых, несмотря на то, что они классифицируются как зубатые киты, вообще нет зубов.

Из-за своего возраста, сказал Передо, палеонтологи подозревают, что Maiabalaena может содержать важные сведения об эволюции уса. Окаменелость относится к периоду массивных геологических изменений во время второй крупной фазы эволюции китов, примерно в то время, когда эпоха эоцена переходила в олигоцен. Когда континенты смещались и разделялись, океанские течения впервые закрутились вокруг Антарктиды, значительно охладив воды. Летопись окаменелостей указывает на то, что стили питания китов быстро менялись в течение этого периода времени: одна группа привела к сегодняшним китам, питающимся фильтром, а другая — к эхолокационным.

Следовательно, Maiabalaena подверглась тщательному изучению с момента его открытия в Орегоне в 1970-х годах, но каменная матрица и материал, в котором была собрана окаменелость, все еще скрывали многие ее особенности. Только когда Передо наконец очистил окаменелость, а затем исследовал ее с помощью современной технологии компьютерного томографии, стали ясны ее самые поразительные черты. Отсутствие зубов у Maiabalaena было очевидно из сохранившейся кости, но компьютерная томография, которая показала внутреннюю анатомию окаменелости, сообщила ученым кое-что новое:Верхняя челюсть 0005 Maiabalaena была тонкой и узкой, что делало ее неподходящей поверхностью для подвешивания китового уса.

 «У живого усатого кита во рту большая широкая крыша, и она также утолщена, чтобы создавать места для прикрепления китового уса», — сказал Передо. “ Maiabalaena нет. Мы можем довольно убедительно сказать вам, что у этого ископаемого вида не было зубов, и более вероятно, что у него не было и китового уса».

В то время как Maiabalaena не мог жевать или фильтровать пищу, мускулы на костях его горла указывают на то, что у него, вероятно, были сильные щеки и выдвижной язык. Эти черты позволили бы ему всасывать воду в рот, поедая при этом рыбу и мелких кальмаров. Способность к всасыванию сделала бы ненужными зубы, развитие которых требует много энергии для роста. Таким образом, потеря зубов, по-видимому, заложила этап эволюции китового уса, который, по оценкам ученых, появился примерно на 5–7 миллионов лет позже.

Передо и Пайенсон рассматривают изучение эволюции китов как ключ к пониманию их выживания в современных быстро меняющихся океанах. Как и появление китового уса, потеря зубов у китов является свидетельством приспособляемости, предполагая, что киты могут адаптироваться к проблемам, с которыми сегодня сталкивается океан. Тем не менее, предупреждает Передо, эволюционные изменения могут быть медленными для самых крупных китов, которые имеют долгую продолжительность жизни и требуют много времени для размножения.

«Учитывая масштабы и скорость изменений в океане сегодня, мы точно не знаем, что это будет означать для всех различных видов фильтрующих китов», — сказал он. «Мы знаем, что они изменились в прошлом. Вопрос лишь в том, смогут ли они успевать за тем, что делают океаны, а мы сейчас довольно быстро меняем океаны».

# # #

Примечание для редакторов: Мультимедиа, включая фотографии, можно найти через Dropbox здесь (пароль: baleen).

SI-588A-2018

Киты теряют зубы, приобретают ус

Главная → Изучайте эволюцию → Эво в новостях → Киты теряют зубы, приобретают ус

Февраль 2019 г.

Фотография зубатого кита пользователя Flickr Карин Кристнер; фотография усатого кита, сделанная пользователем Flickr Райаном Харви.

Синий кит весом 380 000 фунтов является не только самым крупным животным на Земле, но и самым крупным из когда-либо жил на Земле. Синий кит даже перевесил бы чашу весов титанозавра, самого тяжелого динозавра, который весил менее половины веса синего кита. Но эти киты не используют свой размер, чтобы стать главным хищником морей. На самом деле, они беззубые и питаются относительно низко в так называемой пищевой цепи, питаясь крошечными ракообразными, называемыми крилем, длина которых составляет всего сантиметр или два. Это возможно только благодаря специальной фильтрующей структуре, называемой усовым усом, которая листами свисает с верхней части рта кита. Синие киты набирают полный рот богатой крилем воды, а затем выталкивают ее обратно через свой ус, просеивая при этом весь криль. Без уса синие киты (и их собратья-бегемоты, все представители отряда Mysticeti) не смогли бы достичь своих огромных размеров. Как возникла эволюционная инновация уса? Новое исследование проливает свет на этот увлекательный переход.

Живые киты делятся на две группы: беззубые киты с усами и Odontoceti (большинство из которых имеют зубы). Однако у предков усатых китов были зубы. Мы знаем это из двух линий доказательств. Во-первых, у близких живых и вымерших родственников усатых китов есть зубы. Гораздо более вероятно, что усатые киты просто потеряли зубы, чем то, что все эти разные группы независимо развили зубы. Во-вторых, ученые, изучающие развитие китов, обнаружили, что в утробе матери у усатых китов вырастают зубы, а затем они резорбируются. Это убедительно свидетельствует о том, что предки современных усатых китов имели зубы и потеряли их в ходе эволюции.

Зубы и ус не гомологичны — то есть ус — это не просто эволюционно измененный зуб, — поэтому переход от зуба к китовому усу не мог происходить как плавное преобразование одной структуры в другую. Вместо этого одна структура была потеряна, а другая возникла — но в каком порядке? Некоторые биологи выдвигают гипотезу , что ус, должно быть, начал развиваться до того, как зубы были потеряны, и животные с обеими структурами, возможно, могли переключаться между двумя способами питания. Однако новый взгляд на старую окаменелость поддерживает другую идею.

Maiabalaena nesbittae — ископаемый кит возрастом 33 миллиона лет, обнаруженный в Орегоне в 1970-х годах. Ученые уделяли этому мало внимания, пока команда из Университета Джорджа Мейсона, Техас, A & M, и Смитсоновский институт не решили, что это требует дальнейшего изучения. Основываясь на форме имеющихся окаменелостей (череп, челюсть, ушные кости и передние конечности), исследователи считают, что это близкий родственник современных усатых китов, что делает его идеальным местом для того, чтобы рассказать нам больше о происхождении усатых китов. .

Так у Maiabalaena был ус? Ископаемый ус не входил в состав окаменелостей Maiabalaena . Однако ус состоит из кератина (того же материала, из которого состоят волосы и ногти) и, как правило, гниет до того, как успевает превратиться в окаменелость, поэтому отсутствие ископаемого уса не означает, что у живого животного не было набитого им рта. Более достоверным признаком является наличие в верхней челюсти небольших каналов, которые снабжали кровью ткани десны, несущие китовый ус. 9В черепе 0005 Maiabalaena , а не , похоже, есть эти отверстия, поэтому исследователи не смогли найти доказательств того, что у кита был ус. Не похоже, чтобы у него были зубы. Зубов среди ископаемых костей не обнаружено, а челюсти не имели зубных впадин.

Если у Maiabalaena не было ни зубов, ни китового уса, как она зарабатывала на жизнь? Основываясь на огромных пропорциях кости в его шее (подъязычной кости) и привычках других живых китов, у которых отсутствуют зубы и китовый ус, биологи предполагают, что Maiabalaena  был всасывающим питателем. Современные клюворылые киты, например, глотают кальмаров, используя мышцы, прикрепленные к их большой подъязычной кости. Maiabalaena , возможно, использовал тот же подход.

Связанный с этим эволюционный переход — потеря зубов, сопровождаемая эволюцией всасывающего питания, — несколько раз происходил у зубатых китов. Исследователи предполагают, что это также произошло с предком всех Mysticeti и что Maiabalaena является ответвлением этого периода времени. Затем предок современных усатых китов подвергся  естественному отбору , в результате которого части верхней челюсти превратились в усатых, а всасывающее питание – в фильтрующее… по крайней мере, так гласит гипотеза. Текущие исследования подтверждают идею о том, что ус и зубы не перекрывались, и что зубы были потеряны до того, как появился ус, но еще многое предстоит сделать. Палеонтологи с трудом определяют, у каких животных был ус, а у каких его не было, на основе останков скелетов, поэтому для более точного ответа на этот вопрос, вероятно, потребуется больше окаменелостей и больше исследований развития усатых внутриутробно .

• Подробнее о IT
• Вопросы для обсуждения
• Связанные уроки и ресурсы
• Ссылки

Первичная литература:

• Peredo, C. M., Pyenson, N.D., Marshall, C. D. и Uhen, D. D. D. 2018. происхождение уса у китов. Актуальная биология . 28: 3992-4000. Читать »

Новостные статьи:

• Краткое изложение открытия от Reuters
• Обзор нового исследования Смитсоновского института

Ресурсы Understanding Evolution:

• Исходная информация о доказательствах эволюции, включая ископаемые и переходные формы
• Обзор эволюции китов

1. Опишите две гипотезы о происхождении китового уса по отношению к зубам у Mysticeti. Что было подтверждено недавним исследованием?
2. Опишите три ряда доказательств, подтверждающих эту гипотезу.
3. Опишите одну линию доказательств, которые, если бы они были обнаружены, противоречили бы этой гипотезе.
4. Всасывающее кормление обычно требует, чтобы у животного были мышцы и другие мягкие ткани, которые помогают производить всасывание. Были ли прямые или косвенные доказательства наличия этой мускулатуры у Maiabalaena ? Ожидали ли вы найти такие доказательства, если Maiabalaena  на самом деле был всасывающим питателем? Поясните свой ответ.
5. Опишите один эволюционный вопрос о происхождении китового уса, который не был затронут в этом исследовании.

• Расскажите о том, как ученые узнают о прошлом: этот веб-модуль для 6–12 классов дает учащимся общее представление о том, как можно использовать окаменелости для интерпретации прошлого.
• Расскажите о переходных формах: в этом выпуске новостей для 9-16 классов рассказывается об открытии нового вида млекопитающих, которое показывает, как долго существуют млекопитающие, и развенчивает понятие «недостающего звена».
• Расскажите о гомологиях: это интерактивное исследование для старшеклассников объясняет, что такое гомологии и аналогии, как их распознавать и как они развиваются.