Колеблющийся климат и диетические инновации привели к резкой эволюции особенностей хоботных зубов.

Экология природы и эволюция (2023)Процитировать эту статью

2912 Доступов

116 Альтметрика

Подробности о метриках

Идентификация сил отбора, сформировавших адаптивные фенотипы, обычно зависит от текущей среды обитания и функций, но они могут отличаться от контекста, в котором возникли адаптации. Более того, фиксация адаптивных изменений в меняющейся среде и механизмы долгосрочных тенденций до сих пор недостаточно изучены, как и роль поведения в запуске этих процессов. Временные ряды окаменелостей могут предоставить доказательства по этим вопросам, но примеры отдельных линий с адекватными ископаемыми и прокси-данными за длительные периоды редки. Здесь мы представляем новые данные об эволюции зубов хоботков в Восточной Африке за последние 26 миллионов лет, отслеживая временные закономерности морфологических изменений в зависимости от косвенных данных о диете, растительности и климате (засушливости). Мы показываем, что поведенческие эксперименты в диете коррелируют с контекстом окружающей среды и что основные адаптивные изменения в особенностях зубов следуют за изменениями в диете и окружающей среде, но только после приобретения функциональных инноваций в жевательной системе. Мы разделили признаки по селективному фактору, показав, что приобретение высоких, многогребневых коренных зубов было в первую очередь реакцией на увеличение открытой, засушливой среды с высоким накоплением пыли, тогда как складчатость эмали больше была связана с количеством травы в рационе. Мы также показываем, что долгосрочные тенденции в этих характеристиках протекали в режиме храпового механизма, чередуя изменение направления в периоды высокого селективного давления и застой, когда селективный режим менялся. Это дает объяснение морфологии, адаптированной к более экстремальным условиям, чем нынешняя (парадокс Лиема). Наше исследование показывает, как в рядах окаменелостей с адекватным стратиграфическим контролем и косвенными данными экологические и поведенческие факторы могут быть сопоставлены с временными рядами морфологических изменений, освещая способ приобретения адаптивного комплекса.

Темп и способ эволюции в ответ на изменения окружающей среды, а также роль поведенческих инноваций в этом процессе1 имеют решающее значение для понимания происхождения адаптивных черт. Понимание того, как функциональные взаимосвязи между признаками и переменными окружающей среды возникли с течением времени, также лежит в основе их использования в прогнозирующем экометрическом анализе. Одной из наиболее ярких тенденций в летописи окаменелостей млекопитающих является эволюция высоких зубных коронок (гипсодонтия)2,3,4,5. Виды многих отрядов травоядных млекопитающих стали гипсодонтами, очевидно, в ответ на глобальные изменения климата и растительности позднего миоцена, которые привели к засухе и распространению лугов в Африке, Азии, Америке и некоторых частях Средиземноморья. Хотя обычно это считается реакцией на усиленное истирание в результате кормления, ведутся споры о том, являются ли абразивные растения (особенно травы, богатые фитолитами) или неорганическая пыль или песок, поступающие с пищей, основными движущими силами эволюции гипсодонтии6,7. 8,9,10,11,12,13. Более того, эволюционные движущие силы других особенностей зубов, таких как изменения количества резцов или срезов и толщины эмали, еще менее изучены.

Здесь мы фокусируемся на хоботках (слонах и их родственниках) от неогена до четвертичного периода Восточной Африки, представляя новые данные об обильных ископаемых остатках в точно разрешенной стратиграфии, которые выявляют драматические изменения в гипсодонтии и других стоматологических особенностях14. Это особенно заметно в эволюции настоящих слонов (Elephantidae), которые возникли из парафилетического сообщества хоботных-гомфотеров (рис. 1 расширенных данных и раздел 1 дополнительной информации) около 10–7 миллионов лет назад (млн лет назад) в Африке. . Там они разделились на несколько родов, включая современных африканских слонов (Loxodonta) и азиатских слонов (Elephas), а также вымерших мамонтов (Mammuthus) и слонов с прямыми бивнями (Paleoloxodon)15, с параллельными изменениями в пищевой адаптации.