Безногие сцинки заново отрастили конечности ради выживания во влажном климате

Сцинки из рода Brachymeles, распространенные в основном на Филиппинских островах, происходят от безногих предков, живших в рыхлой почве, однако сегодня среди них есть и формы с полным набором конечностей и пальцев. Согласно новому исследованию, столь необычная перемена облика связана с климатическим сдвигом: когда на Филиппинах установился влажный муссонный климат, сцинкам пришлось заново отращивать лапы, чтобы рыть более плотную почву и быстрее перемещаться по ее поверхности. Впрочем, некоторые виды брахимелесов остались змееподобными — но за консервативность им приходится расплачиваться скрытностью и мелкими размерами. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B. 

Змеи — не единственные безногие рептилии. Независимо от них и друг от друга с конечностями расстались представители нескольких семейств ящериц, например, веретеницы (Anguidae). Потеря ног кажется дорогой в один конец: согласно так называемому закону Долло, утраченные в процессе эволюции органы и части тела не восстанавливаются. Однако специалистам известно, что некоторым безногим ящерицам все-таки удалось вернуть себе конечности. К сожалению, механизмы, заставляющие рептилий терять и возвращать себе ноги, остаются плохо изученным.

Разобраться в этом вопросе решила команда герпетологов во главе с Филипом Бергманном (Philip J. Bergmann) из Университета Кларка. Они сосредоточили внимание на сцинках из рода Brachymeles, распространенных почти исключительно на Филиппинских островах. Ученым известен 41 вид брахимелесов, которые представляют весь спектр форм от четвероногих до безногих. Более того, представители одной клады, состоящей из семнадцати видов, вторично приобрели пятипалые конечности и укороченное тело. 

На первом этапе авторы собрали данные о локомоции 147 особей, принадлежащих к тринадцати видам из рода Brachymeles, а также виду Lygosoma bowringii (эти сцинки с полным набором конечностей и пальцев, обитающие в континентальной Азии и островах Индонезии, послужили аналогом предковой формы брахимелесов). Рептилий отлавливали в естественной среде обитания (отмечая при этом влажность и несущую способность почвы в каждой точке), проводили морфологические измерения и оценивали их способности к рытью и перемещению по поверхности. Для этого подопытным особям расставляли белые метки на поверхности тела и заставляли их бежать или закапываться (каждую по три раза), записывая весь процесс на видео. Способность к закапыванию оценивали на двух типах субстрата — крупном и мелкозернистом.

Авторы обнаружили, что чем глубже зарывается ящерица, тем выше скорость ее передвижения на поверхности почвы. При этом представители видов с ногами зарывались глубже, и бегали быстрее безногих родственников. Это противоречит популярной гипотезе о том, что способности к рытью и бегу находятся в оппозиции друг другу и что змеи и безногие ящерицы пожертвовали конечностями ради роющего образа жизни. Авторы предположили, что предки брахимелесов лишились конечностей в относительно сухом климате (также, как, например, безногие австралийские сцинки из рода Lerista) — так им было легче перемещаться в сухой почве. Однако по мере того, как на Филиппинах становилось влажнее, местным сцинкам вновь понадобились лапы для зарывания в плотную, насыщенную влагой почву.

Чтобы проверить эту гипотезу, Бергманн с коллегами совместил филогенетическое древо брахимелесов с реконструкциями древнего климата Филиппин. По оценке авторов, общий предок рода жил 62±15 миллиона лет в континентальной части Азии, которая тогда простиралась до нынешнего острова Калимантан (а Филиппинского архипелага еще не существовало). Предполагается, что в те времена здесь царил сезонный климат, более сухой, чем сегодня. Таким образом, ранняя эволюция брахимелесов, вероятно, шла на рыхлых почвах, что способствовали утере конечностей. 

Около 31 миллиона лет назад часть островов Филиппинского архипелага отделилась от Зондского шельфа, унеся с собой представителей рода Brachymeles. Тогда здесь все еще было сухо и жарко, однако около 25 миллионов лет все изменилось: на островах установился влажный муссонный климат, стимулировавший бурный рост растительности. Почвы Филиппин стали более плотными, так что брахимелесам пришлось восстанавливать конечности. В результате уже около 21 миллиона лет назад среди них вновь появились виды с пятипалыми конечностями.

На первый взгляд, с данными выводами не согласуется тот факт, что на Филиппинах сохранились безногие брахимелесы, которые хуже закапываются в почву и медленнее перемещаются по поверхности. Некоторые из них даже обитают в тех же биотопах, что и их сородичи с полным набором лап и пальцев. По мнению авторов, между разными формами брахимелесов произошло экологическое расхождение: в то время как безногие прячутся в листовом опаде и питаются почти исключительно членистоногими, виды с ногами предпочитают жить на поверхности и охотиться как на беспозвоночных, так и на мелких ящериц и змей. При этом безногие представители рода обычно более мелкие и скрытные, так что хищникам сложно заметить их, а их обладающие ногами родственники остаются на виду у врагов и в случае опасности вынуждены быстро зарываться в почву или убегать.

Авторы надеются, что их исследование позволит больше узнать об эволюции безногости у змей и ящериц, а также о случаях повторного появления конечностей в ответ на изменения экологических условий.

По мнению палеонтологов, змеи возникли около 125 миллионов лет назад от ящериц, близких к варанам. Их предок, скорее всего, был роющим. Однако первые этапы эволюции данной группы остаются плохо изученными: например, как стало известно недавно, змеи с задними конечностями и примитивными чертами строения черепа существовали много миллионов лет — а раньше такой план тела считали кратковременной переходной формой.

Сергей Коленов