Зоологи выяснили, что у большинства современных грызунов на первом пальце передних конечностей вместо когтя растет ноготь. Эта анатомическая особенность была характерна уже для общего предка всего отряда. Судя по всему, она позволяла удерживать в передних лапах твердые плоды и семена — так их удобнее было разгрызать. Ныне живущие грызуны в основном сохранили ноготь на первом пальце и привычку кормиться, держа пищу в передних конечностях. Однако у подземных и роющих представителей отряда ноготь превратился в коготь. А у грызунов, которые при кормлении не используют лапы и сразу берут пищу ртом, на первом пальце не осталось никаких роговых образований: ни ногтей, ни когтей. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science.
У человека и большинства нечеловеческих приматов на концевых фалангах пальцев растут ногти. В отличие от когтей, характерных для многих других млекопитающих, эти структуры плоские, почти не изогнутые и не заостренные. Кроме того, они слабо выдаются за пределы пальцев. Предполагается, что предки приматов отказались от когтей в пользу ногтей, поскольку так им было удобнее обхватывать тонкие ветви деревьев. Согласно альтернативной гипотезе, эта адаптация облегчила охоту, позволяя бесшумно подкрадываться к добыче.
Однако приматы — не единственные млекопитающие, которые обладают ногтями. Похожие структуры также известны у многих грызунов. У них ногти растут на первых пальцах — гомологах человеческих больших пальцев — передних лап. Как и зачем появилась эта анатомическая черта, до сих пор остается неясным. Возможную подсказку дают наблюдения за лабораторными мышами (Mus musculus) и представителями семейств беличьих (Sciuridae) и мешотчатых прыгунов (Heteromyidae). Во время кормления эти грызуны удерживают пищу передними лапами, зажав ее между оснащенными ногтями первыми пальцами. Вероятно, замена когтей на ногти облегчает им манипуляции с едой.
Зоолог Рафаэла Миссагия (Rafaela V. Missagia) из Университета Сан-Паулу и ее коллеги решили разобраться, как и зачем грызуны обзавелись ногтями. Для этого они собрали сведения о 433 родах (83 процента от 522 ныне существующих) этих млекопитающих из всех 35 современных семейств. Для каждого рода из выборки авторы указали, обладают ли его представители когтями или ногтями на первых пальцах передних лап. Отдельно были отмечены рода, у представителей которых на этих пальцах вообще нет никаких роговых образований. Полученные данные наложили на эволюционное древо грызунов.
Миссагия и ее коллеги установили, что у 86 процентов изученных родов грызунов на первых пальцах передних лап растут ногти. Вероятно, именно такое состояние является предковым для всего отряда и для каждой из трех основных клад, на которые он разделяется: Supramyomorpha, Sciuromorpha и Hystricomorpha. Однако в процессе эволюции многие
У представителей всех или большинства родов из семейств долгоногов (Pedetidae), бобров (Castoridae), гоферов (Geomyidae), слепышей (Spalacidae), землекопов (Bathyergidae) и туко-туко (Ctenomyidae) на первом пальце передних лап растет коготь. Это же верно для всех или большинства видов из некоторых родов в семействах беличьих, тушканчиков (Dipodidae), хомяковых (Cricetidae) и щетинистых крыс (Echimyidae).
грызунов независимо друг от друга отказались от ногтя на первом пальце в пользу когтя. У родов на этом пальце расположена структура, промежуточная между ногтем и когтем. А у представителей эволюционных линий на первом пальце передних конечностей нет никаких роговых образований: ни ногтей, ни когтей.
Затем исследователи проанализировали выборку из 272 современных родов грызунов, чтобы выяснить, представители каких из них удерживают пищу передними конечностями во время кормления. Оказалось, что такое поведение характерно для большинства современных представителей отряда. Общий предок всех грызунов, скорее всего, также пользовался передними конечностями во время еды. Это же верно и для общих предков каждой из трех основных клад отряда. Лишь немногие грызуны не пользуются во время кормления лапами и сразу берут пищу ртом. Тем не менее переход к такому поведению происходил неоднократно, в основном у питающихся травой представителей клады Hystricomorpha (например, свинковых (Caviidae) и гребнепалых (Ctenodactylidae)) — а также у некоторых мелких
Из родов Sciurillus, Myosciurus, Nannosciurus и Exilisciurus..
, которые кормятся древесным экссудатом. У большинства грызунов, которые во время кормления сразу берут пищу ртом, на первом пальце нет никаких роговых образований.
На следующем этапе Миссагия и ее коллеги проверили, зависит ли наличие ногтя или когтя на первом пальце передних конечностей грызунов от их образа жизни. Для этого исследователи проанализировали выборку из 516 современных родов. В результате выяснилось, что большинство грызунов ведут наземный образ жизни. На земле жил и общий предок отряда — а также общие предки трех основных клад. Впоследствии грызуны неоднократно переходили к древесному, полудревесному или подземному образу жизни. По оценкам авторов, у древесных и полудревесных грызунов на первом пальце передних конечностей чаще всего растет ноготь, а у подземных он обычно заменен когтем. У наземных видов встречаются все варианты: ногти, когти и полное отсутствие роговых образований.
Результаты исследования проливают свет на раннюю эволюцию грызунов. Согласно устоявшимся представлениям, первые представители этой группы специализировались на кормлении твердыми плодами и семенами. Для этого они обзавелись увеличенными постоянно растущими резцами — чертой, которая, как считается, обеспечила им дальнейший эволюционный успех. Однако чтобы эффективно разгрызать плоды и семена, их необходимо было удерживать передними конечностями. Вероятно, именно поэтому на первом пальце передних конечностей у ранних грызунов вместо когтя возник ноготь. Эта черта сохранилась у большинства их современных потомков. Тем не менее у подземных (и некоторых способных к рытью наземных) видов ноготь превратился обратно в коготь — чтобы более эффективно раскапывать почву. А у видов, которые сразу берут пищу ртом, роговое образование на первом пальце передних конечностей исчезло вовсе.
Ранее орнитологи разобрались, как некоторые птицы приобрели задние конечности, пригодные для того, чтобы манипулировать предметами, например, хватать добычу или подносить пищу к клюву. Оказалось, что подавляющее большинство видов, обладающих этим признаком, относятся к кладе Telluraves, объединяющей, в частности, дневных хищных птиц, сов, попугаев и воробьинообразных. Миллионы лет назад ранний представитель данной группы перешел к древесному образу жизни, что впоследствии позволило его потомкам как минимум 20 раз обзавестись лапами, которые можно использовать вместо рук.