Миллиарды лет животные обходились без шеи. Но когда древним рыбам пришлось выбраться на сушу, строение их тела сильно изменилось. Удлинился позвоночник, голова приобрела подвижность, органы чувств могли воспринять больше информации. Все это привело к развитию большого, сложного мозга.

Летом 2014 года в Университете Макгилл (Канада) биологи под руководством Эмили Станден (Emily Standen) наблюдали за сенегальскими многоперами (Polypterus senegalus). Эти небольшие рыбы обитают в пресноводных водоемах Западной и Центральной Африки, но способны дышать воздухом и ходить по земле. Специально для опыта ученые вырастили многоперов на суше и наблюдали, как менялись их анатомия и поведение.

Палеонтологи подытожили дискуссию последних 20 лет и пришли к выводу, что растительноядные динозавры зауроподы не могли держать шею вертикально, подобно жирафам. Скорее, их шея находилась в горизонтальном положении, как у коров.

DiplodocidaeОб этом говорится в статье американского ученого Кери Вудрафа из университета штата Монтана. Она была опубликована в журнале Historical Biology.

Когда в XIX веке были обнаружены первые скелеты растительноядных динозавров зауропод, ученые сразу решили, что длинная шея использовалась ими так же, как это делают жирафы, а именно, для объедания листьев в кронах высоких деревьев. Однако в 1999 году в журнале Science появилась статья, в которой этот взгляд был поставлен под сомнение.

Вудраф проанализировал все аргументы, обсуждавшиеся в ходе дискуссии, последовавшей за этой публикацией, и создал компьютерную модель апатозавра. Выяснилось, что ключевую роль в его скелете играли глубоко раздвоенные остистые отростки позвонков (благодаря этой особенности семейство Diplodocidae, к которому относится апатозавр, и получило свое название).

Вдоль раздвоенных остистых отростков шли левая и правая ветви раздвоенной выйной связки (так у позвоночных животных называется связка, поддерживающая голову).Такое анатомическое устройство позволяло зауроподам легко совершать боковые движения шеи – когда она отклонялась влево, связки натягивались на противоположной стороне, что помогало легко вернуть шею в исходную позицию благодаря силам упругости. А вот перемещать шею в вертикальной плоскости и уж тем более держать ее перпендикулярно земле, как это часто изображается на картинках, зауроподам было не под силу.

Как отмечает автор статьи, зауроподы из семейства Diplodocidae были больше похожи не на жирафов, а на коров. Вместо того, чтобы тянуть шею к ветвям, они держали ее горизонтально и, поводя ей то влево, то вправо, общипывали большие участки низкой растительности. Впрочем, раздвоенные остистые отростки были не у всех зауропод - они отсутствовали, например, у брахиозавра. Возможно, он мог задирать шею повыше, чем диплодок и апатозавр, но всё равно не так высоко, как считалось ранее.

Интересно, что раздвоенными остистыми шейными отростками обладают также африканские коровы ватусси, отличающиеся огромными рогами (то есть, как и в случае зауропод, перед ними стоит проблема поддержки значительной массы, выступающей за пределы тела). Для других современных позвоночных такая особенность не характерна, если не считать человека, у которого остистые отростки шейных позвонков также слегка раздвоены.

Источник: infox.ru

Изучение останков древних жирафов помогло палеонтологам выяснить, что шея этих необычных млекопитающих начала изначально удлиняться со стороны их головы, и лишь потом ее позвонки начали расти в длину со стороны туловища, говорится в статье, опубликованной в журнале Royal Society Open Science.

Эволюционное дерево жирафов"Помимо этого, мы выяснили, что самые примитивные жирафы уже обладали несколько удлиненной шеей. Похоже, что удлинение их шеи началось еще до того, как появилось само семейство жирафов, что произошло примерно 16 миллионов лет назад", — заявила Мелинда Дановиц (Melinda Danowitz) из Технологического института Нью-Йорка (США).

Дановиц и ее коллеги раскрыли непростую историю того, как жирафы обзавелись столь длинной шеей, не характерной ни для одного другого вида млекопитающих, изучая останки 11 древних видов жирафов, окапи и прочих вымерших представителей семейства жирафовых.

Ученых интересовал ответ на главную загадку жирафов – как их шейные позвонки, чье число не превышает семи, как и у всех остальных млекопитающих, выросли до таких размеров и стали в девять раз больше в длину, чем в ширину.

Сопоставив структуру позвонков древних родичей жирафа, ученые выяснили, что эволюция их шеи шла в два этапа, в ходе каждого из которых удлинялись разные части позвонков. Сначала, примерно 7 миллионов лет назад, во времена существования самотерия (Шейный позвонок жирафа) –необычного родича жирафов, их позвонки начали удлиняться в сторону головы, но при этом оставались короткими с "нижней" стороны, направленной к туловищу.

Параллельно с этим шла эволюция окапи, протекавшая в обратную сторону – их позвонки, наоборот, постепенно уменьшались — один из предков этих причудливых обитателей африканских лесов, обладавший роскошными рогами,  был больше похож на лося, чем на жирафов.

В более-менее современном виде жирафы появились только миллион лет назад, когда и нижняя часть их шейных позвонков начала расти в длину, а организм этих парнокопытных животных начал приобретать все те необычные приспособления – мощное сердце, густую кровь и особую систему кровообращения – которые не дают ему умереть при резких движениях шеи.

В ближайшее время авторы статьи планируют провести аналогичное исследование, посвященное ногам этих животных.

Источник: РИА Новости

Tyrannosaurus rex разрывал добычу, энергично мотая из стороны в сторону мощной челюстью, что твой крокодил. А аллозавр, как только что выяснилось, питался чуть более изящно — как сокол, методично дёргающий головой вверх-вниз. 

Эрик Снивли из Университета Огайо (США) и его коллеги — эксперты в области биомеханики, компьютерной визуализации и анатомии динозавров — впервые провели компьютерную томографию с высоким разрешением слепка головы и шеи аллозавра. Получилось вот что: 

Слепок головы и шеи аллозавра (Здесь и ниже изображения авторов работы)Затем исследователи преобразовали данные в трёхмерную модель и добавили к скелету мускулатуру, трахею и другие мягкие ткани. Позаимствовав инженерный метод под названием «многотельная динамика» из области робототехники, г-н Снивли и Ко провели моделирование движений, что позволило им проанализировать функциональность головы и шеи аллозавра и изучить их роль в механике питания: 

Движение головы аллозавра Анализ показал, что аллозавр (в отличие от тираннозавра) обладал относительно лёгкой головой, которой, если верить новым измерениям, можно было двигать быстро и точно. Г-н Снивли сравнивает движения головы динозавра с вращением фигуристки по инерции.

«Лёгкая голова и шея делают аллозавра похожим на фигуристку, которая начинает вращение с прижатыми к телу руками, тогда как тираннозавр с его массивной головой и шеей (да с тяжёлыми передними зубами) больше напоминает фигуристку, которая держит в вытянутых руках по шару для боулинга, — поясняет учёный. — Им обоим (и тираннозавру, и девушке на коньках) нужны для этого очень сильные мышцы». 

Анализ также показал, что необычное размещение мышцы под названием longissimus capitis superficialis (длиннейшая поверхностная мышца головы) позволяло аллозавру вонзать зубы в добычу и одновременно втягивать голову, как это делает сокол, отрывая тем самым плоть от костей (ну или представьте себе экскаватор):

 Мускулатура головы и шеи аллозавраИсследователи вовсе не хотят сказать, что аллозавр ограничивался одной стратегией. Расположение его зубов, к примеру, говорит о том, что он мог рвать добычу, двигая головой в ту или иную сторону, как комодский варан. 

Возможен и другой вариант: аллозавр крепко сжимал добычу зубами, а рвал её движениями ног вверх и вниз, благо гибкая шея позволяла это делать. Подобным образом поступает современный дербник:

Дербник с добычейУчёные полагают, что отсутствие крючковатого клюва не было тому помехой. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Palaeontologia Electronica. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

У всех живущих млекопитающих количество шейных позвонков ровно 7, но есть и два исключения, у ленивцев и ламантинов их количество может варьироваться от 5 до 10 штук.

Подробнее...

Ленивцы отличаются от прочих млекопитающих в первую очередь тем, что их шея содержит самое большое среди представителей этой группы число позвонков. А у ламантинов ситуация другая — число их шейных позвонков минимально среди млекопитающих. Любопытно, что оба этих приспособления связаны с медлительностью данных животных.

ЛенивецУ всех млекопитающих число шейных позвонков одинаковое: что у жирафа, что у мыши, что у человека — у всех ровно по семь позвонков. Впрочем, не бывает правил без исключений. У одного представителя фауны — ленивца — шейных позвонков больше, чем у остальных млекопитающих.

Птицы, рептилии и амфибии могут иметь разное количество позвонков. У лебедя, например, их от 22 до 25. С млекопитающими другая история: дополнительные позвонки, внезапно "выросшие" на стадии эмбриона, повышают риск мертворождения, а если зверушка родилась живой, ей грозит рак или проблемы с нервной системой.

А вот ленивцам прекрасно живется с "неправильным" количеством позвонков. Причем у каждого семейства этих зверей их количество разное: у двупалых ленивцев (Choloepus) шейных позвонков бывает от пяти до семи, а у трехпалых (Bradypus) — по восемь или девять. У отдельных экземпляров из этого семейства бывает даже по 10 шейных позвонков. И ничего — живут, не жалуются.

Во время формирования позвоночник млекопитающих проходит несколько стадий: позвонки окостеневают сначала в грудном отделе, а затем в шейном. В случае с ленивцами окостенение начинается сразу и в грудном отделе, и нескольких примыкающих к нему безреберных позвонках, которые обычно относят к шейным, хотя, исходя из особенностей формирования их было бы правильнее считать грудными. Кроме того, на одном-двух последних шейных позвонках сохранились рудиментарные ребра, правда, не доходящие до грудины.

Почему так получилось — это давняя загадка. Еще до публикации знаменитой теории эволюции Чарльза Дарвина среди зоологов возникали горячие дискуссии на эту тему. Однако объяснить этот факт не смог даже такой блестящий специалист по сравнительной анатомии как Жорж Кювье. По правде сказать, ученые до сих пор точно не знают, почему в процессе эволюции у ленивцев вдруг аномально удлинилась шея. Однако некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить данный феномен, тем не менее, есть.

Согласно одной из версий, увеличение количества шейных позвонков могло быть вызвано произвольной мутацией гомеозисных генов, (которые также называют Hox-генами) которые контролируют раннее развитие организма и отвечают за дифференцировку тканей и закладку органов у зародыша. Правда, в таком случае изменения должны касаться не только позвоночника, но и остальных органов. И, кроме того, логично предположить, что раз данная мутация была поддержана естественным отборам, то, следовательно, мутант получил от нее какую-то выгоду. Но какую?Скелет ленивца

То, что изменение коснулось многих внутренних органов, блестяще подтверждается данными биологов, исследовавших внутреннее строение ленивцев. Известно, что у Bradypus имеется ассиметрия ребер, искривление трахеи, сращивание позвонков и окостенение таза. Несомненно, все это является следствием увеличения количества позвонков. Куда сложнее ответить на вопрос — для чего ленивцам потребовалось так уродовать себя? Видимо, это объясняется какими-то особенностями их образа жизни.

Представитель Нидерландского центра по биоразнообразию доктор Галис говорит, что единственное, что спасает ленивцев от всех неприятных последствий, которыми чревата восьми- или девятипозвонковость — это их замедленный метаболизм. Действительно, с точки зрения физиологии эти забавные существа являются скорее рептилиями, нежели млекопитающими. Температура их тела может колебаться от 24 до 33-35°С, то есть практически на 10°С, что является обычным именно для пресмыкающихся, но не для их теплокровных потомков. Именно поэтому часто переваривание порции съеденных листьев может занимать у ленивцев около месяца, а ходить в туалет они могут всего лишь раз в две недели.

Правда, неспешный обмен веществ и пониженная температура защищает этих "рептильных" млекопитающих от ряда заболеваний — таких как рак, например. Однако и неудобств они причиняют немало — в частности, когда температура низкая, то снабжение мышц энергией замедляется, поэтому передвигаться им становится весьма тяжело. Вот тут-то и помогает аномально длинная шея — она позволяет этим медлительным животным поворачивать голову на 270 градусов, отчасти компенсируя, таким образом, ограниченную способность к передвижению: вися на дереве, ленивец, чтобы добраться до свежей листвы, крутит шеей, сам при этом оставаясь на месте. На работу же шейных мышц много энергии тратить не надо.

Справедливости ради стоит добавить, что в царстве млекопитающих есть и еще одно "исключение из позвоночного правила". Это ламантин (Trichechus), огромное водное животное отряда сирен (Sirenia). У ламантинов всего шесть шейных позвонков, которые вдобавок слиты и укорочены. Интересно, что причиной, скорее всего, тоже является образ жизни этого существа.

ЛамантинНапомню, что, в отличие от тюленей и моржей, ламантины являются вегетарианцами. Эти медлительные и добродушные существа неторопливо пасутся на водорослевых лугах подобно наземным коровам. Врагов у ламантинов в мире животных практически нет — мало кто сможет справиться со зверем, обладающем столь внушительными размерами (до 5 метров в длину при весе в полтонны), а крупные акулы, которым это было бы под силу, редко посещают мелководья, где обитают эти увальни.

Из-за подобного образа жизни подвижность шеи для этих животных стала не особенно актуальной. А уменьшение ее длины, наоборот, выгодно — в результате такой перестройки ламантины получили возможность приблизить голову к туловищу, что положительно сказалось на общей плавучести организма (тело стало по форме близко к овалу, а эта форма наиболее выгодна для тех, кто парит в толще воды).

Как видите, у некоторых в результате медлительности шея увеличивается, а у некоторых укорачивается. Что и говорить, эволюция иногда парадоксальна.

Источник: Pravda.ru