Ученые решили понять, откуда у гладких на вид бесхвостых земноводных появились столь диковинные черепа — с шипами и другими выростами. Снаружи лягушки могут казаться очень даже гладкими, однако не стоит полагаться на первое впечатление — некоторые их черепа дадут фору многим другим зверям по причудливости. Отряд бесхвостых земноводных (Anura) — один из самых разнообразных отрядов позвоночных, который включает более 7000 видов амфибий, живущих по всему миру в разных экологических условиях.
Некоторые бесхвостые земноводные со временем обзавелись странными костяными гребнями и выростами на черепах, острыми шипами и впадинами, бороздками и даже искусственными зубами. Почему так произошло, выясняли ученые из Музея естественной истории во Флориде. Это первое исследование, которое предлагает пристально взглянуть на эволюцию и функции бронированных лягушачьих черепов. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Исследователи использовали трехмерные данные черепов 158 видов лягушек, которые представляли все ныне существующие семейства бесхвостых амфибий. Они обнаружили, что диковинным образом «украшенные» черепа часто покрывают наросшие дополнительные слои костной ткани. Это явление называется гипероссификацией черепа, часто наблюдаемой у бесхвостых земноводных, и связано с нарастанием излишнего костного материала. Однако как связаны причудливые формы черепов и излишки костного материала на них — пока остается загадкой.
Последнее всеобъемлющее исследование черепов лягушек было опубликовано в 1973 году. С тех пор ученые удвоили количество описанных видов лягушек, уточнили их эволюционные пути и разработали новые методы анализа с помощью компюьтерной томографии. Это позволило исследователям анализировать и сравнивать формы черепов на всем филогенетическом древе отряда бесхвостых земноводных, используя ориентиры, отмеченные среди особенностей их черепов, отсканированных и оцифрованных в рамках проекта oVert. Проект предоставляет оцифрованные анатомические 3D-модели позвоночных для облегчения исследований (раньше такие научные изыскания можно было производить только измеряя крохотные лягушачьи черепа вручную).
Исследователи обнаружили, что гипероссификация не только часто встречается как раз у странных лягушачьих черепов, но их также можно найти у лягушек, которые питаются крупной добычей (другими земноводными, птицами и млекопитающими) или используют свои головы для защиты от врагов.
«Внешне лягушки могут выглядеть одинаково, но если взглянуть на их черепа, будут заметны резкие различия», — говорит Даниэль Палух, ведущий автор исследования и аспирант Университета Флориды. «Некоторые из самых странных черепов встречаются у лягушек, которые питаются птицами и млекопитающими, используют свои головы в качестве щита или, в некоторых случаях, являются ядовитыми. Их черепа показывают, какими странными и разнообразными могут быть бесхвостые земноводные».
Выяснилось, что виды с одинаковым рационом и способами защиты имели тенденцию к развитию черепов одинаковой формы даже если они были разделены миллионами лет эволюции. У лягушек, которые едят других позвоночных — птиц, рептилий, других лягушек и мышей — можно найти гигантские вместительные черепа с челюстным суставом около спины. По словам Палуха, это дает им большую свободу действий в поиске добычи. Черепа таких видов земноводных покрыты крошечными ямками, которые могут обеспечить дополнительную силу укуса. Почти у всех лягушек нет зубов на нижней челюсти, но у некоторых, таких как лягушки Баджета (или злые щитоспинки), сформировались нижние клыкообразные структуры, которые позволяют им наносить колотые раны своей добыче. Один из видов, сумчатая лягушка Гюнтера, имеет настоящие зубы на обеих челюстях и может питаться добычей, превосходящей половину ее собственного размера.
Другие лягушки используют свои головы, чтобы закрыть вход в свои норы для защиты от хищников. Эти виды, как правило, имеют черепа с небольшими шипами и внутренними полостями. Некоторые из них, например шлемоголовые лягушки Бруно, являются ядовитыми. Они хранят смертельный яд в гранулированных железах кожи головы, причём яд немедленно поставляется через костные шипы, если кто-то до них дотронется или попытается съесть животное. В то время как исследование доказало явную связь гипероссификации и причудливой формы черепа, исследователи не уверены, что из этого появилось в первую очередь. Уплотнились ли черепа потому, что лягушки начали есть более крупную добычу, или наоборот?
«Это что-то вроде загадки про курицу и яйцо», — отмечает Даниэль Палух. У общего предка современных 7000 видов лягушек не было странного черепа. Но «бронированные» черепа появляются у еще более древних предков лягушек, добавил Дэвид Блэкберн, куратор герпетологического музея Флориды и соавтор исследования. На форму черепа влияет и экосистема, в которой живут лягушки: у водных лягушек, как правило, длинные плоские черепа, в то время как у видов, зарывающихся в землю, встречаются короткие заостренные черепа, форма которых позволяет им использовать собственные рты как палочки для еды, чтобы поймать юркую добычу вроде муравьев и термитов. Даже пролив свет на некоторые тайны формирования черепов лягушек, герпетологи отмечают, что мы все еще мало знаем о них. «Как ни странно, нам легче создавать красивые изображения черепов, чем понять, чем эти лягушки питаются», — сказал Блэкберн. «То, что мы знаем о существовании каких-либо вщей не значит, что мы знаем их».
