Но летучие мыши – это разнообразная группа. Они составляют одну из крупнейших групп млекопитающих, насчитывающую более 1300 видов по всему миру. Вблизи виды летучих мышей сильно отличаются друг от друга. У некоторых большие уши.
У других спорт изящные носы или длинные челюсти. Обладая таким морфологическим разнообразием, летучие мыши представляют собой возможность узнать, какие типы эволюционных сил формируют формы животных.
Команда биологов из Вашингтонского университета использовала летучих мышей именно для этого. Докторанты Джессика Арбор и Эбигейл Кертис, а также Шарлин Сантана, доцент кафедры биологии и куратор по млекопитающим в Музее естественной истории и культуры Университета Берк, сосредоточили свое внимание на разнообразии черепов летучих мышей.
Исследователи выполнили микроКТ-сканирование с высоким разрешением черепов более 200 видов летучих мышей. Они использовали сканирование, а также информацию об эволюционных отношениях между видами летучих мышей, чтобы проанализировать типы физических изменений, которые эволюционировали в черепах летучих мышей за десятки миллионов лет, и сопоставить их с конкретными событиями в эволюции летучих мышей, такими как происхождение сменили диету или адаптировались к новой экологической нише. В статье, опубликованной 2 мая в Nature Communications, они сообщают, что две основные силы сформировали черепа летучих мышей на протяжении их эволюционной истории: эхолокация и диета.
Они даже смогли определить, когда в истории летучих мышей эти силы были доминирующими.
«Наше исследование было направлено на решение основного вопроса об эволюции разнообразия в черепе летучей мыши: чем объясняется большое количество различий, которые мы видим в форме черепа??"сказал Сантана. "Мы обнаружили, что эхолокация является одним из самых древних факторов, влияющих на форму черепа. Диета также важна, но, как правило, более свежая."
Сантана ранее использовала микроКТ для изучения эволюции и механики силы укуса у листоносых летучих мышей, большого и разнообразного таксономического семейства летучих мышей из Америки. В текущем исследовании ее группа исследовала более широкий спектр разнообразия летучих мышей. Они выполнили микроКТ-сканирование черепов 203 видов всех 20 таксономических семейств летучих мышей. Черепа поступили из коллекций Музея Берка, Американского музея естественной истории, Музея Филда, Смитсоновского института и Музея естественной истории округа Лос-Анджелес.
«Музейные коллекции образцов летучих мышей сыграли решающую роль в том, что позволили нам собрать образцы из разных семейств летучих мышей и по-настоящему погрузиться в эволюцию такой разнообразной группы», – сказала Арбор.
Сканирование собрало подробные данные о 3D-форме нижней челюсти для 191 вида и черепа – верхней части черепа, которая включает верхнюю челюсть и черепную коробку – для 202 видов. Затем исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы объединить данные микроКТ-сканирования черепов с данными об эволюционных отношениях между видами летучих мышей, а также об экологических характеристиках, таких как диета.
Их анализ позволил им не только сравнить различия черепов между линиями летучих мышей и внутри них, но и сосредоточить внимание на определенных частях черепа, таких как нижняя челюсть.
«Важно независимо анализировать различные части черепа, потому что некоторые части черепа выполняют множество различных функций, что может сдерживать изменения, которым они могут подвергнуться», – сказал Сантана. "Например, череп выполняет множество функций, таких как питание, дыхание и защита мозга. Нижняя челюсть в основном участвует только в кормлении, что может дать ей больше свободы в развитии в ответ на изменения в питании."
Анализ команды показал, что на раннем этапе эволюции летучих мышей – примерно от 58 до 34 миллионов лет назад – эхолокация была основным фактором, определяющим форму черепа в семьях летучих мышей.
Большинство летучих мышей используют эхолокацию для охоты, добычи и навигации в условиях плохой освещенности. Летучие мыши эхолокации, издавая определенные типы высоких звуков с помощью гортани, а затем слыша эхо, когда эти звуковые волны отражаются от объектов на их пути. Летопись окаменелостей указывает на то, что эхолокация у летучих мышей возникла рано, по крайней мере, 52 миллиона лет назад.
С тех пор разные семейства летучих мышей разработали уникальные механизмы эхолокации, такие как передача звуков через ноздри, а не через рот. Одна группа, мегабаты, даже потеряла способность к эхолокации гортани.
Команда обнаружила, что примерно 26 миллионов лет назад диета стала доминирующей движущей силой эволюции формы черепа, но не у всех летучих мышей. В то время как некоторые семейства летучих мышей довольно единообразны в рационе, например, все виды поедают насекомых, листоносые летучие мыши включают виды, которые едят совершенно разные виды пищи, начиная от насекомых и заканчивая фруктами и мелкими позвоночными – даже кровью.
Команда обнаружила, что эволюция различных диет среди листоносых летучих мышей на самом деле была основной движущей силой изменений формы черепа в этой группе.
«Летучие мыши-листоносы выделяются своим необычайным разнообразием форм черепа и диеты», – сказал Сантана. "За относительно короткий период времени они развили набор адаптаций черепа, поскольку они проникли в различные диетические ниши."
Диета и эхолокация также не повлияли равномерно на эволюцию черепа.
Вместо этого исследователи увидели "разделение" частей черепа с точки зрения того, как эти две силы сформировали их. Диета сильнее влияла на нижнюю челюсть, в то время как эхолокация сильнее влияла на череп.
Команда Сантаны продолжает эту работу в рамках более масштабных усилий, финансируемых Национальным научным фондом, по сравнению эволюционных сил, которые формируют разнообразие черепов у разных групп млекопитающих, включая летучих мышей, приматов и хищников.
Эти исследования могут определить, применимы ли закономерности, наблюдаемые у летучих мышей, такие как разделение частей черепа или разнообразие форм по мере того, как виды адаптируются к новым экологическим нишам, к другим линиям, включая наши собственные.