От зубов к усам

[marigranula]

      Меня посетила следующая мысль: У предка современных млекопитающих было по видимому 44 зуба. У большинства млекопитающих зубов обычно меньше. Китообразные представляют собой интересное исключение. У предков зубатых и усатых китов, количество зубов начало расти, и у афалин, например, оно может достигать ста. Но вскоре, у предков усатых китов, зубы исчезли вообще и сменились кератиновыми усами [*]. Почему происходили такие странные изменения с зубами у китообразных? Как эволюционировали усы? Ведь усы фильтруют мелкую добычу, и от маленьких и не оформившихся усов толку очень мало. Но возникнуть сразу в современном виде, усы тоже не могли.
    Некоторую подсказку нам могут дать миноги - у них тоже есть зубы, но это не зубы похожие на зубы позвоночных, а кератиновые. Другой интересный момент заключается в том, что каскад сигналов приводящий к формированию усов имеет много общего с каскадом сигналов приводящих к формированию зубов у эмбрионов усатых китов (они потом рассасываются) [**].
    Я подумал, что предки китов находились под каким-то эволюционным давлением, начали увеличивать количество зубов, а у предков усатых китов возникли еще и кератиновые псевдозубы. Постепенно эти псевдо-зубы вытеснили настоящие зубы, а потом вообще эволюционировали в усы. Родственник усатых китов не имеющий ни зубов ни усов (описанный в Tooth Loss Precedes the Origin of Baleen in Whales) может быть как раз таким переходным видом, имеющим только кератиновые псевдозубы.

*Из кератина состоят например волосы, перья, когти, и клювы птиц.
**Evolutionary aspects of the development of teeth and baleen in the bowhead whale

Comments

[aadjo.livejournal.com]

Зубы, как и усы, шерсть, и волосы фило- и онтогенетически являются продукцией кожи, а не кости. По сути это лёгкое навесное оборудование, которое может быстро приспосабливаться к изменениям типа питания. Поэтому зубные формулы изменяются и эволюционируют гораздо быстрее, чем, например, скелет. Подробно проследить эволюцию китообразных затруднительно из-за недостатка ископаемых источников, однако, известно, что киты получились из вернувшихся в воду хищных млекопитов. То есть, сначала у них были зубы. Эволюционное давление это конкуренция. Видимо, в дальнейшем, часть видов вынужденно стала постепенно переходить на всё более мелкий корм и обнаружила, что усы в этом деле полезнее зубов. Более усатые лучше питались, потому что могли есть более мелких рачков, которые у других проскакивали между зубов. Заодно и массу стали наращивать, чтобы более зубастые, но мелкие сородичи не докапывались. Соответственно, выживали чаще и потомства давали больше. Всё по Дарвину. А вот как появились первые усы, как природа до этого вообще додумалась, вопрос хороший. Дарвин считал, что это результат случайного мутагенеза в сочетании с отбором. Но уже понятно, что это не так. По времени и скорости эволюции никак не сходится. Мутагенез, по видимому, вполне направленный. Но вот, что его направляет и каков механизм, пока неясно.
Кстати, у тюленей есть усы, а у кашалотов и касаток нет. Тюленям они нужны как средство осязания, чтобы вовремя захлопнуть пасть, почувствовав мелкую рыбку, находящуюся в слепой зоне, прямо под носом. А кашики с касатками на мелочёвку не размениваются, им и усы без надобности. Вот вам и эволюционный сценарий.

[marigranula.livejournal.com]

"Видимо, в дальнейшем, часть видов вынужденно стала постепенно переходить на всё более мелкий корм и обнаружила, что усы в этом деле полезнее зубов."
Кстати, тюлени отцеживают рачков зубами: https://marigranula.livejournal.com/430882.html (https://marigranula.livejournal.com/430882.html)

"Кстати, у тюленей есть усы, а у кашалотов и касаток нет"
Ну таких усов никого из китообразных нет. Китовый ус — это все таки твердые пластины с бахромой.

[aadjo.livejournal.com]

"Ну таких усов никого из китообразных нет..."
Безусловно, я усы тюленей привёл как пример эволюционного вектора. Употребление более мелкой добычи приводит к необходимости завести усы. Если бы поголовье тюленей превышало ресурс кормовой базы, они стали бы эволюционировать, приспосабливаясь к менее дефицитным видам кормов. У ветви, которая стала бы специализироваться на мелочи, усы постепенно становились бы всё длиннее и гуще, пока не приобрели бы узкоспециализированный вид твёрдых пластин с бахромой. Всё мог бы объяснить один скелет промежуточного предка, ещё с зубами, но уже и с усами. Но, на сколько мне известно, такого пока не нашли. В принципе, роговые пластины могли получиться и из зубов, а не из усов, как клювы у птиц и черепах. Но это более длинный и неоправданно сложный путь. Минеральный состав и структура рога из которого состоит китовый ус и зубного дентина сильно различаются, а рога и волоса практически идентичны.

Неплохую книжку тут прочитал "Хлопок одной ладонью". Как раз про эволюцию. Весьма занятно.

Кстати, в старину на Руси мужики использовали бороды как фильтр, когда приходилось пить воду сомнительной чистоты. Прямо через бороды и пили. Я пробовал. Странноватое ощущеньице, но головастики и правда отфильтровались. :)

[marigranula.livejournal.com]

" усы постепенно становились бы всё длиннее и гуще, пока не приобрели бы узкоспециализированный вид твёрдых пластин с бахромой. "
Зубы у тюленей, переходящих на планктон, эволюционируют в сито.

"Минеральный состав и структура рога из которого состоит китовый ус и зубного дентина сильно различаются, а рога и волоса практически идентичны."


"Кстати, в старину на Руси мужики использовали бороды как фильтр, когда приходилось пить воду сомнительной чистоты. Прямо через бороды и пили. Я пробовал. Странноватое ощущеньице, но головастики и правда отфильтровались."
Прикольно! Петр был не прав, когда приказывал бороды резать.

[aadjo.livejournal.com]

"Зубы у тюленей, переходящих на планктон, эволюционируют в сито..."
Вот тут как раз и выходит на первый план принципиальная разница между усами и зубами — вес. Планктон практически невидим для крупного животного, значит питаться придётся "наобум", постоянно фильтруя большие объёмы воды. Для того, чтобы повысить результативность фильтрации, придётся увеличить объём фильтра, т.е., размер челюстей. Иначе придётся больше плавать и энергии необходимой для добывания пищи будет тратиться больше, чем из этой пищи получаться. Плюс, размеры тела надо наращивать, а то, ситами от хищника не отобьёшься. Кстати, зуды довольно хрупкая вещь. Их сила в массивности. Если сделать из них сито, оно получится слишком хрупким. И, при этом, всё равно тяжёлым. Для примера возьмите решётчатую кость черепа или хоаны. Вроде кость, но крошится под пальцами. Короче, ситозубый тюлень сможет вести, вероятно, только малоподвижный образ жизни, заякорившись своими огромными челюстями где-нибудь на литорали и фильтруя приливно-отливные течения. Забавная была бы форма жизни. Но люди перегасили бы таких ещё быстрее, чем стеллеровых коров. И мясо, и дуршлаг в комплекте. :) Не кусается и убежать не может — мечта промысловика!

Другое дело усы! Рог гораздо легче и эластичнее. А прочность на изгиб тут гораздо ценнее, чем твёрдость. Пережёвывать-то планктон не надо. Используя усы вместо зубов, можно отрастить огромную хлеборезку и плавать с ней нараспашку. Кто-нибудь да залетит. Как, собственно и получилось.

Кстати, забавно, что такой способ питания роднит усатых китов со... стрижами и ласточками! Они тоже носятся сквозь тучи мошек, раскрыв хлебала, ни в кого конкретно не целясь. И, заметьте, у них тоже есть усы! ;)

"Тюлени отцеживают рачков зубами..."
Байкал это закрытый биогеоценоз. У нерп там нет врагов, кроме человека. Им не обязательно наращивать массу. К тому же, рачки, всё же, не единственная их пища. Да и зубы не слишком-то отличаются. Конгруэнтность рядов чуть выше чем у других рыбоядных тюленей, борозды и зацепы на премолярах и молярах выражены сильнее, но принципиальной разницы нет.
Общий принцип модификаций зубов у хищных млекопитающих такой — если основная добыча крупная и толстокожая, увеличиваются клыки и резцы, если приходится грызть кости, увеличиваются последние премоляры и первые моляры, если грызть ничего особо не надо (как в рыбе), премоляры и моляры становятся почти одинаковыми, а клыки и резцы тоньше, но острее, чтобы улучшить хват. У насекомоядных хищников зубы тоньше и длиннее, чтобы прокалывать хитин. Даже у ежей и землероек — очень древней ветви хищных млекопитов, зубы отличаются не так уж сильно.

[marigranula.livejournal.com]

"Если сделать из них сито, оно получится слишком хрупким. "


"значит питаться придётся "наобум", постоянно фильтруя большие объёмы воды."
Как не странно, байкальская нерпа засасывает по одному рачку. Авторы статьи сами удивляются, что этого хватает тюленю на жизнь.

"роднит усатых китов со... стрижами и ласточками!"
Есть еще фламинго, которые реально фильтруют через кератиновую сетку в клюве рачков и цианобактерий, очень похоже на китов.

[aadjo.livejournal.com]

"Как не странно, байкальская нерпа засасывает по одному рачку..."
Российские нерпы к деликатесам не приучены. Растягивают удовольствие! ;)
Кроме шуток, это свидетельствует только о том, что для них это не основной корм, а значит, специализация не будет узкой и не приведёт к серьёзным анатомическим изменениям.

"Есть еще фламинго, которые реально фильтруют через кератиновую сетку в клюве рачков и цианобактерий, очень похоже на китов..."
Совершенно верно! Ярчайший пример конвергентной эволюции! Ещё раз доказывающий, что выбор фильтраторов рог (кератин), а не зубы. Усы рулят! Пойду расчешу... Почувствую себя немного китом! :)))

[marigranula.livejournal.com]

"Пойду расчешу... Почувствую себя немного китом! :)"

[redjacketman.livejournal.com]

Когда у меня были усы, они тоже фильтровали добычу.
В конце концов мне это надоело и я их сбрил

[marigranula.livejournal.com]

Опаньки! и как, много отфильтровывло? :))

[redjacketman.livejournal.com]

Есть научно обоснованная теория, что программист может питаться крошками из клавиатуры целую неделю.
У усатого программиста период выживания увеличивается вдвое.

[marigranula.livejournal.com]