Биология

Змеи — широко распространенные и разнообразные рептилии, которые очень близки ящерицам и в ходе эволюции произошли именно от них. Среди более четырех тысяч видов змей есть жители почти всех континентов и крупных островов, освоившие самые разнообразные экологические ниши и способные питаться почти кем угодно. Авторы новой статьи в Science проанализировали геномы более тысячи видов чешуйчатых (змей и ящериц), данные об их рационе и объяснили, как возникло уникальное разнообразие змей.

Известно около 40 тысяч видов позвоночных, среди которых десятая часть — змеи. Впечатляющее число, если вспомнить, что они представляют собой всего лишь подотряд в составе отряда чешуйчатых рептилий (Squamata), куда также входят ящерицы и немногочисленные двуходки. Ящерицы были предками змей, однако более 150 миллионов лет назад их пути резко разошлись и далее две группы эволюционировали по-своему. И хотя формально змеи — всего лишь разновидность ящериц, они очень отличаются по экологии, морфологии и биогеографии от своих чешуйчатых собратьев.

Змеи показали способность быстро создавать новые виды и более крупные систематические группы. В результате они освоили все материки Земли (кроме Антарктиды) и даже поселились на множестве островов. Редкими исключениями, не имеющими в природной фауне змей, остались Ирландия и Новая Зеландия. Змеи также приобрели комплекс уникальных адаптаций, таких как отсутствие конечностей, длинное тело, развитое обоняние и, разумеется, их фирменные яды.

Так змеи освоили разные экологические ниши: они плавают в морях, роются в земле, лазают по ветвям, живут и в пустынях, и в экваториальных лесах, где отравляют, душат и глотают своих жертв целиком. Змеи приучились к самым разным типам пищи, разумеется кроме растительной, которая закоренелых хищников не интересует. При этом в отличие от ящериц они зачастую специализируются на каком-то одном питании.

Авторы новой публикации в лидирующем научном журнале Science взялись выяснить, в чем секрет эволюционного успеха змей и их необычайного разнообразия. Они проанализировали фрагменты 1018 геномов чешуйчатых, а также окаменелости и данные о пищевых пристрастиях почти 70 тысяч особей (используя для этого музейные образцы). Так биологи реконструировали эволюционную историю чешуйчатых рептилий.

Оказалось, что змеи эволюционируют с очень высокой скоростью — примерно втрое быстрее ящериц. Они также имеют особые генетические и молекулярные адаптации: рост числа транспозонов и изменение функций белков, участвующих в метаболизме. При этом выделение змей в обособленную группу еще во времена динозавров (около 150 миллионов лет назад) сопровождалось их быстрыми и радикальными преобразованиями. Почти сразу змеи приобрели все характерные адаптации — безногое вытянутое тело, череп, способный деформироваться для проглатывая крупной жертвы, и исключительную чувствительность к запахам.

По отдельности такие приспособления возникали и у других позвоночных. Скажем, к «безногой конструкции» в разные моменты времени независимо перешли более 25 групп ящериц (веретенницы, чешуеноги и так далее) и амфибии, такие как современные червяги и давно вымершие аистоподы. Однако змеи особенно удачно сочетали в себе все эти адаптации, которые к тому же возникли почти одновременно (в эволюционных масштабах времени), очень динамично изменялись и обеспечили резкое ускорение видообразования и рост экологического разнообразия.

Ученые назвали состояние перед таким «змеиным взрывом» макроэволюционной сингулярностью — по аналогии с космологическим термином, описывающим Вселенную в бесконечно сжатом и нагретом состоянии перед Большим взрывом. В следующий за сингулярностью момент все начало быстро и неожиданным образом меняться, хотя характер изменений во многом определяло исходное состояние животных. О том, какого рода события запустили быструю эволюцию ранних змей, остается только догадываться.