Как лошади потеряли пальцы ног в процессе эволюции

Гиракотерий, наиболее ранний из известных предков лошади. Он был размером с небольшую собаку. Рисунок: Heinrich Harder (1858-1935)

У предков современных лошадей было до четырех пальцев на каждой конечности. Известно, что они теряли пальцы по мере увеличения своих габаритов. Как потеря пальцев повлияла на биомеханические свойства тела лошади? Лошади могут преодолевать самые высокие препятствия, скакать галопом со скоростью до 70 километров в час и тащить груз на 1000 килограммов больший, чем их собственный вес. И все они имеют только один большой палец (копыто) на каждой ноге. Есть ли объяснение тому, как лошади стали столь эффективны? Недавно в журнале Proceeding Of The Royal Society появилось интереснейшее исследование. Оно проливает свет на то, как и почему уменьшение количества пальцев увеличило силу и скорость лошади.

Наряду с зебрами и ослами, лошади являются одними из немногих представителей отряда непарнокопытных. Ученые давно подозревают, что именно единственный палец лошадей помогает им преодолевать большие расстояния, спасаться от хищников и легко находить пропитание . Но гипотеза о том, что один большой палец ноги лучше, чем несколько, до сих пор никогда не подвергалось проверке с точки зрения биомеханики.

«Наше исследование предлагает объяснение того, почему лошади теряли пальцы во время своей ранней эволюции», - говорит Карен Сирс, биолог-эволюционист из Лос-Анджелеса.

Современная лошадь, единственный представитель рода Equus отряда непарнокопытных, появилась около 5 миллионов лет назад. Она имеет обширную родословную. Древнейший известный науке предок непарнокопытных, Hyracotherium, был размером с собаку. Он бродил по Северной Америке около 55 миллионов лет назад и имел четыре пальца на передних ногах, три - на задних. Еще один предок лошадей Merychippus жил около 10 миллионов лет назад. Внешне он напоминал современную лошадь, но имел три пальца ног. Средний палец Merychippus был длинным и крупным, уже представлял собой копыто.

Эволюция лошадей и их копыт.

«Если вы присмотритесь, вы все равно сможете увидеть на ноге современной лошади рудиментарные остатки костей, которые когда-то были боковыми пальцами», - говорит Брайанна Макхорз, палеонтолог из Гарвардского университета.

Чтобы проследить эволюцию пальцев лошади, Макхорс и ее коллеги использовали КТ-сканирование. С его помощью они получили данные о внутренней структуре окаменелых костей ног у 12 видов вымерших лошадей. Они также проанализировали ноги близкого родственника лошади южноамериканского тапира. Строение ног этого животного удивительно напоминает строение конечностей Hyracotherium.

Далее с помощью компьютерного моделирования исследователи оценили, как кости каждого исследуемого вида реагируют на нагрузки при перемещении животных: прыжках через препятствия, беге вплоть до галопа и пр. На последнем этапе исследования ученые изменяли нагрузку, а также распределяли вес на один средний или на все имеющиеся пальцы.

Боковые пальцы стопы значительно увеличили способность ранних лошадей нести свой собственный вес. Команда обнаружила, что центральный палец ранних лошадей сломался бы без помощи других. Но, с течением времени и увеличением веса животных, средний палец лошадиной ноги становился все толще и тверже. Эти изменения сделали однокопытную ногу почти такой же прочной и устойчивой к изгибу и сжатию, как и ногу с несколькими пальцами.

Поскольку ноги лошадей становились более длинными, дополнительные пальцы по бокам конечности были бы «примерно то же, что дополнительная нагрузка вокруг лодыжек», - говорит Макхорз. По ее словам, потеря этих пальцев помогла ранним лошадям экономить энергию и перемещаться все дальше и быстрее. Исследование не может определить, какие изменения случились в первую очередь. Произошло ли увеличение и утолщение среднего пальца, что вызвало потерю боковых пальцев? Или отсутствие у новых видов лошадей боковых пальцев привело к формированию одиночного копыта? Этот вопрос еще требует прояснения.

Лошади - не единственные животные, которые потеряли пальцы конечностей в процессе эволюционных изменений. «Количество пальцев изменялось множество раз у массы видов, способных ходить, бегать, прыгать и летать», - говорит Ким Купер, биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Теперь в арсенале ученых имеется компьютерное моделирование. Оно помогает ученым выяснить, как силы действуют на кости животных, и отчего происходила потеря пальцев копытными. 

Поделиться с друзьями: