Живорождение у змей было уже 47 млн лет назад

Самка жившей в эоцене змеи Messelophis variatus с остатками как минимум двух детенышей в утробе. Судя по их положению в последней трети туловища, детеныши были не ее последним обедом, а именно неродившимся потомством. Рисунок из обсуждаемой статьи в The Science of Nature

Абсолютное большинство млекопитающих (за вычетом представителей отряда однопроходных) производят на свет полностью сформировавшихся детенышей. Некоторые современные рептилии тоже являются живородящими, а не яйцекладущими — больше всего таких видов среди змей. Однако до сих пор было найдено мало свидетельств живорождения у ископаемых рептилий, и ученые не знали, когда именно змеи приобрели эту способность. Теперь им наконец удалось частично ответить на этот вопрос благодаря уникальной находке самки месселофиса (Messelophis variatus), в теле которой сохранились остатки двух неродившихся детенышей. Сейчас живорождение встречается преимущественно у рептилий, обитающих в прохладных регионах планеты, но месселофисы жили на Земле 47 миллионов лет назад, в условиях теплого «парникового» климата, так что, по-видимому, эта особенность сформировалась у змей не в ответ на глобальное похолодание, как считалось ранее.

Живорождение широко распространено у современных чешуйчатых (это отряд рептилий, в который входят ящерицы и змеи), а вот у крокодилов и черепах не встречается вовсе. Причина тому — различия в строении скорлупы: у чешуйчатых яйца нередко мягкие, покрытые кожистой оболочкой, тогда как у черепах, крокодилов и современных динозавров (то есть птиц) они заключены в прочную кальциевую скорлупу. Обеспечивая развивающемуся зародышу защиту от высыхания, твердая скорлупа одновременно лишает его возможности задержаться в яйцеводе матери и «подключиться» к ее кровеносной системе, которая обеспечит ему дыхание (в случае яйцеживорождения, как у удавов) и питание (в случае настоящего живорождения, как у морских змей).

Полностью отказаться от кальциевой скорлупы невозможно: скажем, у крокодилов и кур развивающийся эмбрион использует скорлупу как источник кальция для построения скелета, тогда как змеи и ящерицы обходятся запасом кальция в желтке. Также немаловажна такая особенность некоторых видов рептилий как температурное определение пола: например, у крокодилов нахождение развивающихся эмбрионов в теле матери означало бы, что на свет появлялись бы только самцы или только самки, что рано или поздно привело бы к вымиранию вида.

Желтобрюхий трехпалый сцинк (Saiphos equalis) — единственная известная рептилия на Земле, которая может одновременно отложить яйца и родить пару живых детенышей (M. K. Laird et al., 2019. Facultative oviparity in a viviparous skink (Saiphos equalis)). Фото © Shane Black с сайта flickr.com

В процессе эволюции живорождение у чешуйчатых возникало неоднократно (D. C. Blackburn, 1985. Evolutionary Origins of Viviparity in the Reptilia). Тем не менее, из множества ископаемых видов было найдено только два живородящих: одним из них оказалась морская рептилия карсозавр (Carsosaurus marchesetti), родственная современным варанам и хищным мозазаврам мезозойской эры (M. W. Caldwell, M. S. Y. Lee, 2001. Live birth in Cretaceous marine lizards (mosasauroids)), вторым — примитивная ящерица ябейнозавр (Yabeinosaurus tenuis), приходящаяся отдаленной родней гекконам (Y. Wang, S. E. Evans, 2011. A gravid lizard from the Cretaceous of China and the early history of squamate viviparity). Ни одного признака живорождения у ископаемых змей обнаружено не было, так что ученые не могли сказать, когда же безногие потомки ящериц «научились» производить на свет живых детенышей.

Впрочем, оно и неудивительно: ископаемая летопись змей вообще крайне скудна, во многом из-за хрупкости их костей, а уж про эмбрионы и говорить нечего. Для того, чтобы сохранились настолько изящные окаменелости, требуются совершенно особые условия сохранения (например, в куске янтаря, см. L. Xing et al., 2018. A mid-Cretaceous embryonic-to-neonate snake in amber from Myanmar), поэтому неудивительно, что уникальная находка была сделана не где-нибудь, а в знаменитом на весь мир карьере Мессель в Германии, где в мельчайших подробностях сохранились следы жизни эпохи эоцена, существовавшей 47 миллионов лет назад. В мессельских сланцах уже находили двух спаривающихся черепах, которых даже смерть не смогла оторвать друг от друга (см. картинку дня Окаменелая парочка), или полный скелет змеи, в желудке которой идеально сохранился непереваренный обед (В эоценовых отложениях найдена змея, проглотившая ящерицу с жуком в желудке, «Элементы», 16.09.2016), так что с точки зрения самого местонахождения очередной змеиный скелет, не разорванный на кусочки (как это было, к примеру, со змеей мелового периода, не успевшей отобедать новорожденным динозавром; см. Пасть, пожирающая динозавров), — находка вполне банальная. Вдобавок, змей именно этого вида — земляных удавов месселофисов (Messelophis variatus) — в Месселе было найдено больше всех, так что внимание ученых привлекла лишь одна-единственная деталь окаменелости: крошечные скелетики змей меньшего размера, заключенных в полость чужого тела.

Различных видов змей в Месселе найдено немало. Например, там жил более крупный удав эоконстриктор (Eoconstrictor fischeri), длиной около двух метров, который вполне мог нападать на птенцов гасторниса (Gastornis), крупной нелетающей птицы. Рисунок © Марк Уиттон с сайта obscuredinosaurfacts.com

Чтобы изучить находку во всех подробностях, палеонтологи бережно извлекли образец SMF-ME 929 из каменной породы и залили окаменевшие кости эпоксидной смолой; теперь он хранится в коллекции Научно-исследовательского института Зенкенберга во Франкфурте-на-Майне. Большая часть скелета взрослой особи прекрасно сохранилась, и даже от недостающей части скелета сохранился отпечаток в каменной породе (он сохранен и в эпоксидной смоле), что позволило точно определить размеры животного: 47,5 сантиметра от кончика носа до кончика хвоста. Размеры скелетов в полости тела существенно меньше, а некоторые особенности их строения — например, форма зубов и позвонков тела, — указывают на то, что это именно эмбрионы, находящиеся на поздней стадии развития.

Но как же зародыши змеи могли оказаться в теле взрослой особи? Существует два правдоподобных объяснения: либо месселофис разорил чужое гнездо и проглотил яйца с уже готовыми вылупиться змеенышами, либо перед нами — остатки беременной самки. Первое объяснение отметается довольно легко: скелеты эмбрионов расположены в последней трети туловища, далеко позади желудка, в котором проглоченные кости должны были раствориться, и, хотя они сохранились существенно хуже скелета взрослой змеи, на полупереваренные остатки не тянут. Так что с большей вероятностью можно говорить о том, что перед нами — нерожденные детеныши и первый скелет беременной змеи, обнаруженный палеонтологами.

Окаменевшие остатки эмбрионов в теле матери: a — расположение остатков, предположительно, двух детенышей; b — зубы и челюстные кости одного из эмбрионов; c — череп эмбриона радужного удава (Epicrates cenchria) на поздней стадии развития; d — позвонки ископаемого эмбриона; e — позвонки эмбриона радужного удава на поздней стадии развития. Условные обозначения: pfr — префронтальная кость, pt — крыловидная кость. Рисунок из обсуждаемой статьи в The Science of Nature

Что любопытно, в эпоху жизни месселофиса климат на Земле был «парниковым», еще более теплым, чем в предшествующей мезозойской эре, когда сушей правили динозавры (J. C. Zachos et al., 2008. An early Cenozoic perspective on greenhouse warming and carbon-cycle dynamics). Уровень углекислого газа в атмосфере был выше, чем сегодня, равно как и средние температуры, а постоянных ледяных шапок у нашей планеты попросту не было. В то же время ранее ученые полагали, что ключевой причиной возникновения у змей способности к живорождению был прохладный климат, ограничивший возможность откладывать яйца, и было установлено, что предки большинства современных живородящих рептилий отказались от откладывания яиц в течение последних 25 миллионов лет, во время общего похолодания земного климата (A. Feldman et al., 2015. The geography of snake reproductive mode: a global analysis of the evolution of snake viviparity; H. Recknagel et al., 2021. Evolutionary origins of viviparity consistent with palaeoclimate and lineage diversification). Однако находка беременной самки, жившей во времена одного из самых теплых периодов в истории Земли, ставит общепризнанный сценарий возникновения живорождения под вопрос.

Вполне возможно, предполагают авторы обсуждаемого исследования, живорождение не только уберегает развивающиеся зародыши от замерзания, но и обеспечивает им дополнительные преимущества, которые и вынудили тропических змей отказаться от откладывания яиц. Возможно, в болотистом и влажном Месселе времен эоцена живорождений месселофисов уберегало яйца от затопления, или же в условиях изобилия других видов змей позволяло самкам производить на свет немногочисленное, но относительно крупное потомство, которое уже могло в определенной степени за себя постоять.

Напоследок стоит отметить, что месселофисы относятся к семейству тропических змей, которые и сегодня успешно рожают живых детенышей: например, самка кубинского земляного удава (Tropidophis melanurus) может за раз произвести на свет до 10 детенышей. Так что живорождение оказалось крайне полезным не только для морских рептилий, полностью утративших связь с сушей (см. картинку дня Подводные роды ихтиозавра), но и для наземных змей: в частности, земляные удавы «сохраняют верность» этому способу размножения уже на протяжении как минимум пятидесяти миллионов лет.

Источник: M. Chuliver, A. Scanferla, K. T. Smith. Live birth in a 47-million-year-old snake // The Science of Nature. 2022. DOI: 10.1007/s00114-022-01828-3.

Анна Новиковская