Лошади, у которых всего один палец на ноге, являются чем-то особенным в животном мире, но так было не всегда. Как бы трудно это ни представить, их ранние предки обычно были размером с небольшую собаку и имели три пальца на передних лапах и четыре на спине.
Ученые из Гарварда проливают новый свет на то, что привело к этим изменениям, и в новом исследовании показано, что двойное давление — увеличение веса тела и сокращение боковых пальцев ног — побудило первых лошадей стать значительно сильнее и лучше противостоять силам. Исследование описано в статье от 23 августа, опубликованной в Proceedings of the Royal Society B.«В большинстве учебников и музеев рассказывается, что по мере того, как пастбища постепенно уступали место лесам, лошади становились больше, и их пальцы на ногах уменьшались до однозначного числа», — сказала первый автор Брианна МакХорс, доктор философии. студент, работающий в лабораториях доцента Стефани Пирс и профессора Эндрю Бивенера на кафедре органической и эволюционной биологии.
Предполагается, что селективное давление со стороны новой открытой местности приводит к этим изменениям в сокращении пальцев и массе тела — но каковы основные механические последствия стоять на одном пальце ноги? Когда в эволюции лошади их боковые пальцы ног перестали функционировать?Чтобы количественно проверить эти вопросы, команда провела микро-компьютерную томографию 12 ископаемых видов лошадей, а затем использовала инженерный анализ «изгиба луча», чтобы вычислить, какое напряжение испытывают кости голени каждого вида во время нормального движения и высокоскоростного бега.
Затем данные напряжения сравнивали с напряжением перелома кости.«Мы оценили напряжение костей двумя способами: первый предполагал, что вес тела приходится на центральный палец, что согласуется с тем, что испытывают живые лошади, но при этом игнорируется потенциальная несущая способность боковых пальцев стопы более ранних лошадей, "Сказал МакХорс. «Второе, что мы сделали, — это увеличили эту нагрузку относительно размера боковых пальцев, поэтому, чем больше были эти пальцы, тем большую нагрузку они переносили на центральный палец».
Результаты, по ее словам, показали, что для многих ранних видов лошадей эти боковые пальцы ног играли решающую роль, помогая выдерживать часть веса животного, чтобы избежать небезопасных уровней стресса — и потенциального перелома костей — на их среднем пальце.Но по мере того, как лошади продолжали развиваться, большие размеры тела начали меняться.«По мере увеличения массы тела и уменьшения размеров боковых пальцев средний палец компенсировал это изменением своей внутренней геометрии, позволяя в конечном итоге все большим видам лошадей стоять и двигаться на одном пальце», — сказал Пирс. «Кость в несущем пальце более поздних лошадей была распределена дальше от центра ее поперечного сечения, что позволило ей лучше сопротивляться изгибу. Общее количество кости также увеличилось, что позволило ей лучше сопротивляться сжатию, а также изгибу. , которые имеют решающее значение для животных с большими размерами тела ».
В конечном итоге, как заявила команда, исследование предлагает наиболее ясную историю не только того, как, но и почему лошади взяли общую эволюционную тему, такую ??как сокращение числа цифр, и — буквально — бежали с ней.«Сокращение цифр — повторяющаяся тема на протяжении всей эволюции, но переход к единственному пальцу … это необычная стратегия, и на самом деле лошади — единственное живое монодактильное [однопалое] животное», — сказал МакХорс. «[Несмотря на это] лошади могут делать некоторые довольно эффективные вещи — они могут быстро бегать на высокой скорости, прыгать и уворачиваться боком, а при правильной подготовке они могут преодолевать 100 миль за день. Не понимаю, что они делают все на одном пальце ".