Oglądanie oceanu brzęczącym nosem

Normalny wzrok nie działa w wodach oceanu tak dobrze, jak na lądzie, z powodu sposobu, w jaki światło podróżuje przez wodę. Dźwięk natomiast podróżuje czterokrotnie szybciej przez wodę niż przez powietrze. Białuchy i inne walenie zębowce (takie jak orki i kaszaloty) wykorzystują tę podwodną prędkość używając echolokacji.

Wibracjami kieruje dziwaczna anatomia głowy zębowca. Za wibrującymi mięśniami czaszka podnosi się w klif, nie pozwalając, by dźwięk uciekał do tyłu. Z przodu mięśni jest duża gruda tkanki tłuszczowej zwana melonem. Znajduje się na szczycie wielkiej szczęki górnej walenia, która ma kształt półki. Przechodzące przez melon wibracje skupiają się. Waleń ma także potężne mięśnie przyczepione do boków szczęki górnej i otaczających kości, które pozwalają zwierzętom ściskać melon w rozmaite kształty – i w ten sposób kierować strumień dźwięku w różnych kierunkach.

Jak delfiny i inne walenie zębowce doszły do takiego dziwnego stanu? Skamieniałości i dowody z DNA pomogły naukowcom zrozumieć, jak wyewoluowały one ze zwierząt lądowych. Jest to temat, który omawiałem w książce At the Water’s Edge, i który próbowałem śledzić od tego czasu. Tutaj jest drzewo łączące zębowce z niektórymi ich żyjącymi i wymarłymi krewnymi. Pochodzi z niedawno opublikowanego drugiego wydania mojej książki  The Tangled Bank. (Większą wersję można zobaczyć tutaj.)

Choć tylna część waleni dostarcza najbardziej dramatycznego dowodu ich ewolucji – z zamianą nóg i cienkiego ogona na płetwy i płetwę ogonową – większość zasadniczych adaptacji miała miejsce w części przedniej. Walenie potrzebują głów do wyczuwania świata podwodnego i znajdowania w nim żywności. Wczesne walenie wyewoluowały długie, zębate paszcze do chwytania zdobyczy. Ale potem fiszbinowce i zębowce wyewoluowały różne uaktualnienia swojej anatomii.

Fiszbinowce straciły zęby (chociaż nadal mają niefunkcjonalne geny na tworzenie zębów). Zamiast zębów wyewoluowały płytki fiszbinu, przez które filtrują pokarm z gigantycznych łyków wody, jakie nabierają. Jak pisałem w Loom, paleontolodzy znajdują skamieniałości wczesnych fiszbinowców, które pokazują przejście od polującego do filtrującego zwierzęcia. Zębowce nadal chwytają indywidualną zwierzynę w sposób, w jaki robiły to pradawne walenie. W którymś momencie jednak dodały swoje nadzwyczajne wyposażenie do echolokacji – odbijający panel, komory używające powietrza, brzęczące wargi, melon i całą resztę.

Trudno było zmapować ewolucję echolokacji, ponieważ tak wiele z ich anatomii nie zachowuje się. To jest, po śmierci delfina, melon rozkłada się wraz z wargami, mięśniami i innymi narządami niezbędnymi do wytwarzania dźwięków. Jedyne, co pozostaje dla naukowców, kiedy patrzą na skamieniałości zębowców, to sama czaszka. Choć naukowcy od stulecia znajdują skamieniałości waleni zębowców, żadna ze starszych skamieniałości nie wykazuje cech, których można się spodziewać od posiadacza echolokacji. Naukowcy zastanawiali się więc, w jakim czasie po rozdzieleniu się fiszbinowców i zębowców rozwinęło się to wspaniałe wyposażenie akustyczne.

Dzisiaj w “Nature” Jonathan Geisler z New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine i jego koledzy pokazują detale nowej skamieniałości, liczącej 28 milionów lat. Odpowiada ona na wiele pytań o echolokację.

Te cechy wzięte razem, piszą Geisler i jego koledzy, “stanowią przekonujący argument, że Cotylocara używały echolokacji”.

Kiedy przodkowie zębowców oddzielili się od przodków fiszbinowców, rozgałęzili się następnie w nowe linie rodowe. Jeden z najwcześniejszych podziałów prowadził do dwóch gałęzi. Jedna z tych gałęzi doprowadziła z czasem do żyjących dzisiaj zębowców. Druga gałąź prowadziła do grupy zębowców o nazwie Xenorophidae, która wymarła dawno temu.  Cotylocara należy do tej wymarłej gałęzi Xenorophidae.

Naukowcy już wcześniej wykopali szereg innych skamieniałości Xenorophidae. Jeśli spojrzysz na dowolny gatunek, może on mieć kilka cech, które kojarzymy z echolokacją, takich jak szeroka szczęka górna lub jamy w czaszce. Żadna z nich nie dorównuje jednak tej nowej skamieniałości Cotylocara.

Niemniej anatomia, jakiej Cotylocara mogła używać do echolokacji, nie jest identyczna z tą, jakiej używają żyjące dzisiaj zębowce. Niektóre jamy znajdują się w miejscach w czaszce, gdzie na przykład delfiny ich nie mają. Wygląda na to, że samodzielnie wyewoluowały te cechy.

Wyjaśnieniem, które preferują Geisler i jego koledzy, jest, że echolokacja ma skomplikowaną historię. Przodek wszystkich zębowców – żyjących i wymarłych – już wyewoluował prymitywny rodzaj echolokacji. Jego potomkowie rozdzielili się następnie w nowe linie rodowe. W przynajmniej dwóch tych liniach zębowce wyewoluowały dużo bardziej wyrafinowane mięśnie, kości i rozmaite narządy, dając im większe panowanie nad wysyłanymi sygnałami. Choć Cotylocara wyewoluowały pewne cechy, które są charakterystyczne wyłącznie dla nich, wyewoluowały także kilka identycznych cech, do tych, jakie znajdujemy u żyjących zębowców, takich jak delfiny. (Ten rodzaj paralelnej ewolucji, którą ilustruję poniżej, nazywa się konwergencją.)

Geisler i jego koledzy wiedzą już, jak przetestować tę hipotezę. Jeśli mają rację, to wczesne zębowce nie tylko miały wyrafinowaną aparaturę do wytwarzania dźwięków. Musiały także mieć uszy zdolne do ich wykrycia. Czaszka Cotylocara nie zachowała się w okolicach uszu, więc nie wiemy jeszcze, jak dobrze potrafiły słyszeć. Geisler i jego koledzy przewidują jednak, że jeśli paleontolodzy zbadają uszy innych wczesnych zębowców, powinni znaleźć oznaki, że zwierzęta te były nieco bardziej zaadaptowane do słyszenia ech o wysokiej częstotliwości.

Cotylocara nie tylko odpowiada na kilka pytań, jakie mieliśmy o tym dziwacznym tworze natury, ale mówi nam, jakie nowe pytania powinniśmy postawić.

Seeing  the ocean with a buzzing nose

The Loom, 12 marca 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska