Череп новооткрытого вида рукокрылых убедительно доказывает, что эти животные научились летать в полной темноте еще до возникновения общего предка всех современных летучих мышей. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Рукокрылые — одни из самых распространенных, многочисленных и хорошо узнаваемых млекопитающих на нашей планете, однако их эволюционная история во многом остается покрытой мраком. Новые находки позволяют ученым всё больше узнавать о том, каким образом развивались предки современных летучих мышей, а главное — как они научились летать даже в темных пещерах, не натыкаясь на препятствия. Палеонтологи из Австралии, Франции и Великобритании сообщили об обнаружении во Франции 23 скелетов нового вида древнейших рукокрылых, жившего еще до появления общего предка современных представителей этого отряда. Изучив строение внутреннего уха животного, палеонтологи пришли к выводу, что Vielasia sigei, несмотря на архаичные черты строения, была способна к продвинутой гортанной эхолокации, характерной для нынешних рукокрылых. Также находка группы скелетов в отложениях известняковой пещеры может свидетельствовать о том, что уже к середине эоцена предки рукокрылых переселились в пещеры, возможно в связи с начавшимся глобальным похолоданием.

Большинству современных млекопитающих свойственны те же пять органов чувств, что и человеку, хотя у многих видов те или иные чувства развиты несравнимо лучше нашего: например, собаки могут учуять, что у их владельца рак, просто принюхавшись к образцу мочи (E. Moser, M. McCulloch, 2010. Canine scent detection of human cancers: A review of methods and accuracy), а слоны могут услышать сигналы, подаваемые сородичами, на расстоянии до 10 километров (D. Larom et al., 1997. The Influence of Surface Atmospheric Conditions on the Range and Area Reached by Animal Vocalizations). Однако есть у представителей нашего класса и такие чувства, которые человеку недоступны: например, утконосы и ехидны способны ощущать электрические сигналы при поиске пищи в мутной воде или лесной подстилке, а рукокрылые, зубатые киты и некоторые насекомоядные пользуются эхолокацией — испускают особые звуки, после чего слушают отраженные от окружающих предметов звуковые волны и получают представление о том, что находится вокруг них.

Предполагается, что эхолокация независимо возникла в нескольких линиях млекопитающих, столкнувшихся с одной и той же проблемой: необходимостью ориентироваться и искать добычу в условиях низкой освещенности и на больших дистанциях. Другие органы чувств их «выручить» не могли (у рукокрылых это привело к утрате многих генов, связанных со зрением и обонянием, D. Dong et al., 2016. The Genomes of Two Bat Species with Long Constant Frequency Echolocation Calls), так что и дельфины, и летучие мыши развили способности к ориентации с помощью звука благодаря специфичным изменениям в наборе из 18 генов, участвующих в развитии кохлеарного ганглия (spiral ganglion) — группы нервов, передающих звук из уха в мозг (A. Marcovitz et al., 2019. A functional enrichment test for molecular convergent evolution finds a clear protein-coding signal in echolocating bats and whales). Благодаря удивительно схожим мутациям эти виды приобрели одну и ту же способность, которой лишены их ближайшие родственники, такие как усатые киты и крыланы, — хотя это и не уникальный случай в животном мире, а один из множества примеров параллельной эволюции.

Обыкновенная короткохвостая бурозубка (Blarina brevicauda) генетически ближе к рукокрылым, чем зубатые киты, но способна издавать лишь сравнительно простые ультразвуковые писки, помогающие ей исследовать окружение, но не искать пищу. Фото с сайта mammals.carnegiemnh.org

Что касается рукокрылых, то, несмотря на недавние находки древнейших представителей этого отряда (см. В Вайоминге найдена древнейшая ископаемая летучая мышь, «Элементы», 17.05.2023), ученые все еще задаются вопросом, что летучие мыши научились делать раньше — летать или ориентироваться в темноте. На этот счет существуют разные мнения, от одновременного развития обоих признаков до развития сначала либо полета, либо эхолокации (J. Speakman, 2001. The evolution of flight and echolocation in bats: another leap in the dark; N. Simmons et al., 2008. Primitive Early Eocene bat from Wyoming and the evolution of flight and echolocation; M. Fenton, 1985. Communication in the Chiroptera). К сожалению, окаменелая летопись истории рукокрылых пестрит пробелами, а плохая сохранность их изящных скелетов в большинстве случаев не позволяет исследователям получить четкое представление об их способностях. У жившей около 52 миллионов лет назад Onychonycteris finneyi способностей к эхолокации, судя по всему, еще не было (N. Simmons et al., 2010. Inferring echolocation in ancient bats), а вот 48 миллионов лет назад уже жили представители родов Hassianycteris и Palaeochiropteryx, в этом отношении практически не уступавшие современным летучим мышам (K. Smith et al., 2018. Messel: An Ancient Greenhouse Ecosystem).

Так когда же возникла способность рукокрылых «видеть ушами»? Международный коллектив исследователей смог если не ответить, то по крайней мере сократить временную область поисков благодаря находке 23 скелетов нового вида ископаемых рукокрылых на юго-западе Франции, в фосфоритах Керси (Quercy Phosphorites Formation), сформировавшихся около 50 миллионов лет назад. Это первый случай, когда остатки летучих мышей найдены не в озерных или речных, а в пещерных отложениях: скелеты сохранились в трехмерном виде (а не в сдавленном, как многие другие ископаемые рукокрылые), что позволило ученым подробно их изучить и выделить новый вид, названный Vielasia sigei. Всего из известняковых отложений было извлечено около 400 образцов костей и зубов, в том числе голотип, череп UM-VIE-250. Судя по хорошему состоянию окаменелостей, остатки летучих мышей не были смыты в пещеру потоком воды или принесены туда хищными птицами, так что, скорее всего, виласии жили в этой пещере, а их трупы постепенно накапливались на ее дне.

Найденные остатки Vielasia sigei и их положение на скелете рукокрылого: А–F — верхняя часть черепа и его отдельные части, G–I — нижняя челюсть, K–O — кости передней конечности, P — кости задней конечности. Длина масштабного отрезка — 5 мм. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Виласия была сравнительно небольшим зверьком, размером с большого подковоноса (Rhinolophus ferrumequinum), и анатомически, как и многие древние млекопитающие, представляет «химеру»: неспециализированный зубной ряд, одинаково годящийся для поедания мяса, фруктов и разгрызания панцирей насекомых, и примитивные черты строения скелета (делавшие полет виласии менее эффективным, но очень маневренным) у нее сочетаются с весьма прогрессивным строением внутреннего уха. Благодаря тому, что череп голотипа сохранился в трехмерном, несплющенном виде, ученые смогли подробно изучить его внутреннее строение и установить, где прижизненно находились кости животного.

В частности, им удалось зафиксировать одну из главных черт, присущую всем современным летучим мышам со способностями к эхолокации: контакт между гортанью (источником звуков) и барабанной костью уха (приемником отраженных волн) через крохотные косточки подъязычного аппарата, по-видимому, участвующие в передаче высокочастотного звука. Сравнив строение костей внутреннего уха виласии и современных рукокрылых (среди которых есть как способные, так и не способные к эхолокации виды), ученые пришли к выводу, что древняя летучая мышь куда ближе современным эхолоцирующим видам. Также у виласии была более крупная улитка и меньшие по размеру глаза, чем у неэхолоцирующих рукокрылых (в том числе Onychonycteris finneyi), так что, скорее всего, видела она плохо, и вместо зрения полагалась на слух, издавая многогармонический эхолокационный сигнал с предполагаемым диапазоном частот ~30–56 кГц.

Результаты анализа главных компонент показали, что по строению черепа и нижней челюсти виласия хорошо группируется с современными эхолоцирующими летучими мышами, использующими гортанную эхолокацию и питающимися в основном животной пищей (положение виласии обозначено красным ромбом). Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Что любопытно, ранее предполагалось, что рукокрылые начали осваивать пещерные места обитания несколько позже, уже в среднем эоцене, и делали это древнейшие представители современного семейства рукокрылых — подковоносые (A. Ravel et al., 2013. New chiropterans from the middle Eocene of Shanghuang (Jiangsu Province, Coastal China): new insight into the dawn horseshoe bats (Rhinolophidae) in Asia). Однако филогенетический анализ показал, что виласия не приходится близкой родней современным рукокрылым: она принадлежит к сестринской линии развития, хотя и очень близкой к их общему предку, от чьей линии она отошла в раннем эоцене, 56,5–49,5 миллиона лет назад. Таким образом, тяга к пещерам и, как следствие, развитая эхолокация должны были возникнуть у еще более древних летучих мышей, чьи остатки нам пока что неизвестны.

Так что же потянуло летучих мышей в пещеры? Изначально эти животные заселяли берега рек и озер, отдыхая на деревьях глобального леса (в те времена зеленели даже полюса) и наслаждаясь раннеэоценовым климатическим оптимумом, однако около 50 миллионов лет назад температура на Земле начала понижаться, и стабильные условия сменили резкие температурные колебания. Как итог, летучие мыши должны были выбирать для ночевки места с более стабильной температурой, и пещеры стали отличным вариантом, ведь помимо тепла они предоставляли защиту от хищников, снижение конкуренции за место для ночевки со стороны древесных млекопитающих и птиц, расширенные возможности для спаривания и совместного выращивания потомства. Сегодня пещерные и подземные убежища используются примерно половиной видов рукокрылых, так что этот поведенческий эксперимент виласии оказался весьма успешным.

Положение виласии на филогенетическом древе рукокрылых: красной скобкой выделены стволовые рукокрылые эоцена, из которых виласия — самая близкая к общему предку современных летучих мышей и крыланов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Полученные данные не совпадают с высказанной ранее гипотезой (выдвинутым на основании молекулярного и эмбриологического анализа современных рукокрылых), согласно которой ранние летучие мыши, жившие до появления общего предка современных рукокрылых, если и использовали эхолокацию, то лишь примитивные ее варианты — например, издавали щелчки языком для ближней ориентации (T. Nojiri et al., 2021. Embryonic evidence uncovers convergent origins of laryngeal echolocation in bats). Возможно, развитая гортанная эхолокация либо была характерна для общего предка современных рукокрылых и его ближайших родственников, таких как виласия (однако в дальнейшем она была утрачена некоторыми линиями, например крыланами), либо независимо развилась в разных эволюционных линиях рукокрылых.

Источник: S. J. Hand, J. Maugoust, R. M. D. Beck, M. J. Orliac. A 50-million-year-old, three-dimensionally preserved bat skull supports an early origin for modern echolocation // Current Biology. 2023. DOI: 10.1016/j.cub.2023.09.043.

Анна Новиковская