Вчені пояснили різноманітність змій «еволюційною сингулярністю»

Змії – широко поширені та різноманітні рептилії, які дуже близькі ящіркам і в ході еволюції походять саме від них. Серед більш ніж чотирьох тисяч видів змій є жителі майже всіх континентів і великих островів, які освоїли найрізноманітніші екологічні ніші і здатні харчуватися майже будь-ким. Автори нової статті в Science проаналізували геноми більше тисячі видів лускатих (змій та ящірок), дані про їхній раціон і пояснили, як виникла унікальна різноманітність змій.

Відомо близько 40 тисяч видів хребетних, серед яких десята частина – змії. Вражаюче число, якщо згадати, що вони є лише підзагін у складі загону лускатих рептилій (Squamata), куди також входять ящірки і нечисленні двоїдки. Ящірки були предками змій, проте понад 150 мільйонів років тому їх шляхи різко розійшлися і далі дві групи еволюціонували по-своєму. І хоча формально змії — лише різновид ящірок, вони дуже відрізняються за екологією, морфологією та біогеографією від своїх лускатих побратимів.

Змії показали здатність швидко створювати нові види та більші систематичні групи. В результаті вони освоїли всі материки Землі (крім Антарктиди) і навіть оселилися на багатьох островах. Рідкісними винятками, що не мають у природній фауні змій, залишилися Ірландія та Нова Зеландія. Змії також набули комплексу унікальних адаптацій, таких як відсутність кінцівок, довге тіло, розвинений нюх і, зрозуміло, їх фірмові отрути.

Так змії освоїли різні екологічні ніші: вони плавають у морях, риються в землі, лазять по гілках, живуть і в пустелях, і в екваторіальних лісах, де отруюють, душать і ковтають своїх жертв. Змії привчилися до різних типів їжі, зрозуміло крім рослинної, яка закоренілих хижаків не цікавить. При цьому, на відміну від ящірок, вони часто спеціалізуються на якомусь одному харчуванні.

Автори нової публікації в лідируючому науковому журналі Science взялися з’ясувати, в чому секрет еволюційного успіху змій та їхнього надзвичайного розмаїття. Вони проаналізували фрагменти 1018 геномів лускатих, а також скам’янілості та дані про харчові пристрасті майже 70 тисяч особин (використовуючи для цього музейні зразки). Так біологи реконструювали еволюційну історію лускатих рептилій.

Виявилося, що змії еволюціонують з дуже високою швидкістю — приблизно втричі швидше за ящірок. Вони також мають особливі генетичні та молекулярні адаптації: зростання числа транспозонів та зміна функцій білків, що беруть участь у метаболізмі. При цьому виділення змій до відокремленої групи ще за часів динозаврів (близько 150 мільйонів років тому) супроводжувалося їх швидкими та радикальними перетвореннями. Майже одразу змії набули всіх характерних адаптацій — безногого витягнутого тіла, черепа, здатного деформуватися для проковтування великої жертви, і виняткової чутливості до запахів.

Окремо такі пристрої виникали і в інших хребетних. Скажімо, до «безногої конструкції» в різні моменти часу незалежно перейшли понад 25 груп ящірок (веретенниці, луски і так далі) та амфібії, такі як сучасні черв’яги та давно мертві лелеки. Однак змії особливо вдало поєднували всі ці адаптації, які до того ж виникли майже одночасно (в еволюційних масштабах часу), дуже динамічно змінювалися і забезпечили різке прискорення видоутворення і зростання екологічного розмаїття.

Вчені назвали стан перед таким «зміїним вибухом» макроеволюційною сингулярністю — за аналогією з космологічним терміном, що описує Всесвіт у нескінченно стислому та нагрітому стані перед Великим вибухом. У наступний за сингулярністю момент усе почало швидко і несподіваним чином змінюватися, хоча характер змін багато в чому визначав вихідний стан тварин. Про те, які події запустили швидку еволюцію ранніх змій, залишається тільки здогадуватися.