Изучение ископаемых позвоночных: от древнейших рыб до млекопитающих.

Введение

Научное изучение доисторических позвоночных

Палеонтология позвоночных – это раздел палеонтологии, изучающий поведение, размножение и внешний вид вымерших позвоночных (животных, имеющих позвоночник, и их потомков) по ископаемым останкам. Она также стремится установить связь между животными прошлого и их современными родственниками, используя эволюционную шкалу времени. Палеонтологическая летопись демонстрирует извилистый путь эволюции от ранних водных позвоночных до современных рыб, млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий, с множеством переходных форм, хотя в ней всё ещё остаются значительные пробелы. Самые ранние известные ископаемые позвоночные – это сильно бронированные рыбы, обнаруженные в породах ордовикского периода (около 485–444 млн лет назад). Челюстные позвоночные появились в следующем силурийском периоде (444–419 млн лет назад) в виде плакодерм и акантодианцев. В девонском периоде (419–359 млн лет назад) у примитивных рыб, дышащих воздухом, развились конечности, позволившие им выходить на сушу, таким образом они стали первыми наземными позвоночными – стегоцефалами. Пробел Ромера в раннем карбоне (359–299 млн лет назад) оставил немного информации о ранних стегоцефалах, но позволил более приспособленным к наземному образу жизни позвоночным процветать после них. Кронная группа тетрапод появилась в начале карбона, темноспондилы доминировали в экосистеме и стали первой мегафауной наземных позвоночных. Линия рептиломорф развила метаболизм, лучше подходящий для жизни исключительно на суше, а также новый способ размножения, освободивший их от зависимости от воды – амниотическое яйцо. Полноценные амниоты появились в середине карбона. Акулы и их родственники из надотряда голоцефалов процветали в морях, а реки населяли рыбы с лопастными плавниками, такие как ризодонты. В пермском периоде (299–252 млн лет назад) процветала одна из двух основных ветвей амниот – синапсиды, а в середине периода доминирование перешло к более продвинутым терапсидам. Великое пермское вымирание уничтожило большую часть разнообразия синапсид, а археозавры, происходящие из другой ветви сауропсид, заняли их место в триасовом периоде (252–201 млн лет назад). Современные амфибии (лиссамфибии), вероятно, произошли от темноспондилов примерно в это же время. Истинные млекопитающие, произошедшие от цинодонтов-терапсид, появились в среднем триасе примерно одновременно с динозаврами, которые произошли от клады археозавров. В то же время рыбы с плавниками-лучами диверсифицировались, что привело к доминированию телеостей в морях. Птицы (Avialae), такие как археоптерикс, впервые эволюционировали от динозавров в юрском периоде, а современные птицы (Neornithes) появились в меловом периоде между 100 и 60 млн лет назад. Массовое вымирание на границе мелового и палеогенового периодов уничтожило многие клады позвоночных, включая птерозавров, плезиозавров, мозазавров и почти всех динозавров, освободив множество экологических ниш. Терийские млекопитающие уже эволюционировали в поздней юре, но достигли расцвета в палеогене после массового вымирания и сохраняются до наших дней, хотя скваматы и птицы по-прежнему лидируют по разнообразию.

Vertebrate paleontology is the subfield of paleontology that seeks to discover, through the study of fossilized remains, the behavior, reproduction and appearance of extinct vertebrates (animals with vertebrae and their descendants). It also tries to connect, by using the evolutionary timeline, the animals of the past and their modern day relatives. The fossil record shows aspects of the meandering evolutionary path from early aquatic vertebrates to modern fish as well as mammals, birds, reptiles and amphibians, with a host of transitional fossils, though there are still large blank areas. The earliest known fossil vertebrates were heavily armored fish discovered in rocks from the Ordovician period about 485 to 444 Ma (megaannum, million years ago), with jawed vertebrates emerging in the following Silurian period (444 to 419 Ma) with the placoderms and acanthodians. The Devonian period (419 to 359 Ma) saw primitive air breathing fish to develop limbs allowing them to walk on land, thus becoming the first terrestrial vertebrates, the stegocephalians. Romer's gap in the early Carboniferous period (359 to 299 Ma) left little of the early stegocephalians, but allowed vertebrates more adapted to life on land to flourish in their wake. Crown group tetrapods appeared in the early Carboniferous, with temnospondyls dominating the ecosystem and becoming the first land vertebrate megafauna. A lineage of reptiliomorphs developed a metabolism better suited for life exclusively on land, as well as a novel form of reproduction freeing them from the water: the amniotic egg, with full fledged amniotes appearing in the mid Carboniferous. Sharks and their holocephalian relatives flourished in the seas, while rivers were dominated by lobe finned fish like rhizodonts. During the Permian period (299 to 252 Ma), one of the two major branches of amniotes, the synapsids, flourished, with derived therapsids taking over in the middle of the period. The Great Dying wiped out most of the synapsid diversity, with archosaurs, emerging from the other sauropsid branch, replacing many of them in the Triassic period (252 to 201 Ma). Lissamphibians, modern amphibians, likely arose around that time from temnospondyls. True mammals, derived from cynodont therapsids, showed up in the Middle Triassic around the same time as the dinosaurs, who emerged from a clade of archosaurs. At the same time, ray finned fish diversified, leading to teleost fish dominating the seas. Ancestral birds (Avialae) like Archaeopteryx first evolved from dinosaurs during the Jurassic, with crown group birds (Neornithes) emerging in the Cretaceous between 100 Ma and 60 Ma. The K Pg mass extinction wiped out many vertebrate clades, including the pterosaurs, plesiosaurs, mosasaurs and nearly all dinosaurs, leaving many ecological niches open. While therian mammals had already evolved in the Late Jurassic, they would rise to prominence in the Paleogene following the mass extinction and remain to this day, although squamates and birds still lead in diversity.

История

Одним из ученых, внесших вклад в понимание эволюции позвоночных, был французский зоолог Жорж Кювье (1769–1832), который обнаружил, что окаменелости из более древних слоев горных пород значительно отличаются от более поздних окаменелостей или современных животных. Он опубликовал свои результаты в 1812 году, и хотя последовательно отрицал эволюцию, его работа подтвердила (в то время) оспариваемую теорию вымирания видов. Томасу Джефферсону приписывают начало науки о палеонтологии позвоночных в Соединенных Штатах с его доклада в Американском философском обществе в Филадельфии в 1797 году. Джефферсон представил ископаемые кости наземного ленивца, найденные в пещере в западной Вирджинии, и определил род (Megalonyx). Вид в конечном итоге был назван Megalonyx jeffersonii в его честь. Джефферсон переписывался с Кювье, включая отправку ему партии высокоценных костей американского мастодонта и шерстистого мамонта. Однако палеонтология по-настоящему началась с публикации "Исследований об ископаемых рыбах" (1833–1843) швейцарского натуралиста Луи Агассиса (1807–1873). Он изучил, описал и каталогизировал сотни видов ископаемых рыб, начав серьезное изучение жизни вымерших животных. С публикацией "Происхождения видов" Чарльза Дарвина в 1859 году эта область приобрела теоретическую основу. Большая часть последующих работ была посвящена установлению взаимосвязей между ископаемыми и современными организмами, а также их истории в течение времени. В современную эпоху Альфред Ромер (1894–1973) написал учебник, который считается определяющим в этой области, под названием "Палеонтология позвоночных". В нем показана эволюция ископаемых рыб, земноводных и рептилий посредством сравнительной анатомии, включая список всех (тогда) известных родов ископаемых позвоночных. Ромер стал первым президентом Общества палеонтологии позвоночных в 1940 году вместе с соучредителем Говардом Чиу. Обновленная работа, во многом продолжающая традицию Ромера и многими считающаяся определяющей книгой по этому предмету, была написана Робертом Л. Кэрролом из Университета Макгилла, текст 1988 года "Палеонтология и эволюция позвоночных". Кэрролл был президентом Общества палеонтологии позвоночных в 1983 году. Общество информирует своих членов о последних открытиях посредством информационных бюллетеней и журнала "Журнал палеонтологии позвоночных".

One of the people who helped figure out the vertebrate progression was French zoologist Georges Cuvier (1769–1832), who realized that fossils found in older rock strata differed greatly from more recent fossils or modern animals. He published his findings in 1812 and, although he steadfastly refuted evolution, his work proved the (at the time) contested theory of extinction of species. Thomas Jefferson is credited with initiating the science of vertebrate paleontology in the United States with the reading of a paper to the American Philosophical Society in Philadelphia in 1797. Jefferson presented fossil bones of a ground sloth found in a cave in western Virginia and named the genus (Megalonyx). The species was ultimately named Megalonyx jeffersonii in his honor. Jefferson corresponded with Cuvier, including sending him a shipment of highly desirable bones of the American mastodon and the woolly mammoth. Paleontology really got started though, with the publication of Recherches sur les poissons fossiles (1833–1843) by Swiss naturalist Louis Agassiz (1807–1873). He studied, described and listed hundreds of species of fossil fish, beginning the serious study into the lives of extinct animals. With the publication of the Origin of Species by Charles Darwin in 1859, the field got a theoretical framework. Much of the subsequent work has been to map the relationship between fossil and extant organisms, as well as their history through time. In modern times, Alfred Romer (1894–1973) wrote what has been termed the definitive textbook on the subject, called Vertebrate Paleontology. It shows the progression of evolution in fossil fish, and amphibians and reptiles through comparative anatomy, including a list of all the (then) known fossil vertebrate genera. Romer became the first president of the Society of Vertebrate Paleontology in 1940, alongside co founder Howard Chiu. An updated work that largely carried on the tradition from Romer, and by many considered definitive book on the subject was written by Robert L. Carroll of McGill University, the 1988 text Vertebrate Paleontology and Evolution. Carroll was president of the Society of Vertebrate Paleontology in 1983. The Society keeps its members informed on the latest discoveries through newsletters and the Journal of Vertebrate Paleontology.

Сеть тематических коллекций oVert

Тематическая сеть сбора данных oVert (openVertebrate) (TCN) – это проект, направленный на создание и распространение цифровых трехмерных данных высокого разрешения для изучения внутренней анатомии различных видов позвоночных. В рамках проекта будет проведено КТ-сканирование более 20 000 образцов, сохраненных в жидкости, представляющих более 80% из ныне существующих родов позвоночных, в сети центров оцифровки по всей территории США. Эта коллекция цифровых изображений и трехмерных моделей будет открыта для изучения, скачивания и использования в целях решения задач, связанных с открытием новых видов, документированием закономерностей анатомического разнообразия и роста, а также проверкой гипотез о функциях и эволюции.