تنوعت الثعابين بشكل متفجر بعد الانقراض الجماعي حيث تم القضاء على الديناصورات

عينة من تنوع الثعابين. في اتجاه عقارب الساعة من أعلى اليسار: قوس قزح بوا (Epicrates cenchria) ، صورة من Pascal Title ، متحف UM لعلم الحيوان ؛ ثعبان شجرة حوض الأمازون (Imantodes lentiferus) ، مصدر الصورة Pascal Title ، متحف UM لعلم الحيوان ؛ ثعبان الدودة الغربية (Carphophis vermis) ، مصدر الصورة Alison Rabosky ، متحف UM لعلم الحيوان ؛ pitviper الغابات ذات الخطين (Bothrops bilineatus) ، صورة الائتمان دان رابوسكي ، متحف UM لعلم الحيوان ؛ ثعبان الببغاء (Leptophis ahaetulla) ، مصدر الصورة Ivan Prates ، متحف UM لعلم الحيوان ؛ والأناكوندا الخضراء (Eunectes murinus) ، ائتمان الصورة Dan Rabosky ، متحف UM لعلم الحيوان. تُظهر هذه الأنواع تنوعًا كبيرًا في نظامها الغذائي ، بدءًا من الحيوانات المفترسة العامة على الفقاريات (قوس قزح بوا ، أناكوندا) إلى الأنواع التي تتخصص في السحالي النائمة (ثعبان الشجرة) ، ديدان الأرض (ثعبان الدودة) ، وضفادع الأشجار (ثعبان الببغاء).

تطورت الثعابين الحديثة من أسلاف عاشت جنبًا إلى جنب مع الديناصورات والتي من المحتمل أن تتغذى بشكل أساسي على الحشرات والسحالي.

ثم قضى كويكب بعرض أميال جميع الديناصورات تقريبًا وما يقرب من ثلاثة أرباع الأنواع النباتية والحيوانية على كوكب الأرض قبل 66 مليون سنة ، مما مهد الطريق للتنويع المذهل للثدييات والطيور الذي أعقب ذلك في أوائل عصر حقب الحياة الحديثة.

أظهرت دراسة جديدة في جامعة ميشيغان أن الثعابين المبكرة استفادت من تلك الفرصة البيئية والتنوع الذي قدمته ، وتطور بسرعة وبشكل متكرر تكيفات غذائية جديدة وتفضيلات الفرائس.

ثعبان شجرة غير حاد الرأس (Imantodes inornatus) يشق طريقه عبر مجموعة من بيض الضفدع الشجري. الائتمان: جون ديفيد كورليس ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان.

نُشرت الدراسة ، التي تجمع بين الأدلة الجينية والمعلومات البيئية المستخرجة من عينات المتحف المحفوظة ، في 14 أكتوبر 2021 ، في المجلة. علم الأحياء بلوس.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة مايكل جروندلر ، الذي أجرى بحثًا عن أطروحة الدكتوراه في UM و وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا.

بدأت الثدييات والطيور ، التي كانت تتنوع أيضًا في أعقاب الانقراض ، في الظهور في وجبات الثعابين في ذلك الوقت. ظهرت أيضًا أنظمة غذائية متخصصة ، مثل الثعابين التي تتغذى فقط على الرخويات أو القواقع ، أو الثعابين التي تأكل فقط بيض السحالي.

أفعى كاذبة (Pseudoboa nigra) تأكل سحلية من الحمم البركانية (Tropidurus hispidus). الائتمان: إيفان براتس ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

كما شوهدت فورات مماثلة من التنويع الغذائي عندما وصلت الثعابين إلى أماكن جديدة ، كما حدث عندما استعمرت العالم الجديد.

“ما يشير إليه هذا هو أن الثعابين تستفيد من الفرص المتاحة في النظم البيئية ،” قال عالم الأحياء التطوري في UM والمؤلف المشارك في الدراسة دانييل رابوسكي ، الذي كان مستشارًا للدكتوراه في Grundler. “في بعض الأحيان يتم إنشاء هذه الفرص عن طريق الانقراضات وأحيانًا تكون بسبب ثعبان قديم ينتشر إلى كتلة أرضية جديدة.”

صورة بالأشعة السينية لثعبان البحر كبير الرأس (Hydrophis annandalei) تظهر فريسة (سمكة) داخل معدتها. تظهر جمجمة السمكة داخل القفص الصدري للثعبان في وسط يمين الصورة. عينة ثعبان من متحف علم الحيوان في UM. الائتمان: جينا كرو-ريدل / راندي سينجر ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

كانت تلك التحولات التحويلية المتكررة في البيئة الغذائية محركات مهمة لما يسميه علماء الأحياء التطورية الإشعاع التكيفي ، وتطوير مجموعة متنوعة من الأشكال الجديدة التي تتكيف مع الموائل وأساليب الحياة المختلفة ، وفقًا لجروندلر ورابوسكي.

الثعابين الحديثة متنوعة بشكل مثير للإعجاب ، مع أكثر من 3700 نوع حول العالم. ويعرضون مجموعة متنوعة مذهلة من الأنظمة الغذائية ، من الثعابين الصغيرة ذات الأوراق الصغيرة التي تتغذى فقط على اللافقاريات مثل النمل وديدان الأرض إلى العوائق العملاقة مثل البواء والثعابين التي تأكل ثدييات بحجم الظباء.

إذن ، كيف أصبحت الزواحف التي بلا أرجل والتي لا تستطيع المضغ من الحيوانات المفترسة المهمة على الأرض والبحر؟ لمعرفة الإجابة ، قام Grundler و Rabosky أولاً بتجميع مجموعة بيانات عن الأنظمة الغذائية لـ 882 نوعًا من الثعابين الحديثة.

يكشف الفحص بالتصوير المقطعي المحوسب لثعبان عين القط (Leptodeira septentrionalis) عن وجود ضفدع (هيكل عظمي أزرق) في الجهاز الهضمي. عينة ثعبان من متحف علم الحيوان في UM. الائتمان: رامون ناجسان ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

تتضمن مجموعة البيانات أكثر من 34000 ملاحظة مباشرة للوجبات الغذائية للثعابين ، من الروايات المنشورة لمواجهات العلماء مع الثعابين في الميدان ومن تحليل محتويات المعدة لعينات المتاحف المحفوظة. جاءت العديد من هذه العينات من متحف UM لعلم الحيوان ، موطن ثاني أكبر مجموعة في العالم من الزواحف والبرمائيات.

جميع الأنواع التي تعيش اليوم تنحدر من أنواع أخرى عاشت في الماضي. ولكن نظرًا لندرة حفريات الأفاعي ، فإن المراقبة المباشرة للأسلاف القديمة للثعابين الحديثة – والعلاقات التطورية فيما بينها – مخفية في الغالب عن الأنظار.

ثعبان عين القط (Leptodeira semiannulata) في منطقة الأمازون البيروفية. الائتمان: دان رابوسكي ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

ومع ذلك ، يتم الاحتفاظ بهذه العلاقات في الحمض النووي من الثعابين الحية. يمكن لعلماء الأحياء استخراج تلك المعلومات الجينية واستخدامها لبناء أشجار العائلة ، والتي يسميها علماء الأحياء الأنساب.

قام Grundler و Rabosky بدمج مجموعة البيانات الغذائية الخاصة بهما مع بيانات النشوء والتطور التي تم نشرها سابقًا في نموذج رياضي جديد سمح لهما باستنتاج شكل أنواع الثعابين المنقرضة منذ فترة طويلة.

أفعى كرمة خضراء (Oxybelis fulgidus) في البرازيل. ومن المعروف أن هذه الأنواع السامة إلى حد ما تتغذى على الضفادع والسحالي والطيور. الائتمان: إيفان براتس ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

قال رابوسكي ، الأستاذ المشارك في قسم علم البيئة وعلم الأحياء التطوري بجامعة إمبريال وأمين مشارك في متحف علم الحيوان.

“ولكن بشرط أن يكون لدينا معلومات حول العلاقات التطورية وبيانات حول الأنواع التي تعيش الآن ، يمكننا استخدام هذه النماذج المتطورة لتقدير شكل أسلافهم منذ فترة طويلة.”

أفعى شجرة الزمرد (Corallus batesii) في غابات الأمازون المطيرة ، وهي مفترس متخصص للثدييات الصغيرة. الائتمان: دان رابوسكي ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

بالإضافة إلى إظهار موجة كبيرة من التنويع الغذائي للثعابين بعد زوال الديناصورات فيما يعرف باسم الانقراض الجماعي K-Pg ، كشفت الدراسة الجديدة عن تحولات غذائية متفجرة مماثلة عندما استعمرت مجموعات من الثعابين مواقع جديدة.

على سبيل المثال ، حدثت بعض أسرع معدلات تغيير النظام الغذائي – بما في ذلك زيادة بنحو 200٪ لعائلة فرعية واحدة – عندما وصلت عائلة الثعابين Colubroidea إلى العالم الجديد.

تمثل colubroids معظم تنوع الثعابين الحالية في العالم ، مع وجود ممثلين في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية. وهي تشمل جميع الثعابين السامة ومعظم الثعابين المألوفة الأخرى. لا تشمل المجموعة البواء والثعابين والعديد من الثعابين الغامضة مثل الثعابين العمياء وثعابين الأنابيب.

ثعبان الأنبوب الأمريكي (Anilius scytale) غير ضار ولكن كثيرًا ما يخطئ في اعتباره ثعابين مرجانية سامة بشكل خطير. هذا النوع هو مفترس متخصص للفقاريات الطويلة ، مثل الثعابين ، والسحالي بلا أرجل ، والبرمائيات عديمة الأرجل (الضفادع الثعبانية). الائتمان: دان رابوسكي ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

وجد Grundler و Rabosky أيضًا قدرًا هائلاً من التباين في مدى سرعة الثعابين في تطوير أنظمة غذائية جديدة. بعض المجموعات ، مثل الأفاعي العمياء ، تطورت بشكل أبطأ وحافظت على أنظمة غذائية مماثلة – معظمها يرقات النمل والنمل الأبيض – لعشرات الملايين من السنين.

على الطرف الآخر توجد ثعابين ديبسادين ، وهي فصيلة فرعية كبيرة من ثعابين كولوبرويد تضم أكثر من 700 نوع. منذ وصولهم إلى العالم الجديد منذ ما يقرب من 20 مليون سنة ، شهدوا موجة مستمرة من التنويع الغذائي ، وفقًا للدراسة الجديدة.

وتشمل ديبسادين أكلة goo-eat ، وأفعى الماء الكاذبة ، وثعابين لهب الغابة ، وثعابين hognose. كثير منهم يقلدون الثعابين المرجانية القاتلة لدرء الحيوانات المفترسة ويعرفون محليًا باسم الثعابين المرجانية الزائفة.

ثعبان الأنبوب الأمريكي (Anilius scytale) غير ضار ولكن كثيرًا ما يخطئ في اعتباره ثعابين مرجانية سامة بشكل خطير. هذا النوع هو مفترس متخصص للفقاريات الطويلة ، مثل الثعابين ، والسحالي بلا أرجل ، والبرمائيات عديمة الأرجل (الضفادع الثعبانية). الائتمان: دان رابوسكي ، متحف علم الحيوان بجامعة ميشيغان

قال جروندلر: “في فترة زمنية قصيرة نسبيًا ، تطورت الأنواع لتتخصص في ديدان الأرض ، والأسماك ، والضفادع ، والرخويات ، والأنقليس الشبيهة بالثعابين – وحتى الثعابين الأخرى نفسها”.

“الكثير من قصص النجاح التطوري التي وصلت إلى الكتب المدرسية – مثل عصافير داروين الشهيرة – ليست مثيرة للإعجاب مثل بعض مجموعات الثعابين. لقد انفجرت للتو فجوات dipsadines في أمريكا الجنوبية والوسطى في جميع جوانب تنوعها ، ومع ذلك فهي غير معروفة تمامًا تقريبًا خارج مجتمع علماء الأحياء من الأفاعي “.

شدد رابوسكي وغراندلر على أن دراستهما لم تكن لتتم بدون المعلومات المستقاة من عينات المتحف المحفوظة.

قال رابوسكي: “يعتقد بعض الناس أن مجموعات علم الحيوان هي مجرد مستودعات للحيوانات النافقة ، لكن هذه الصورة النمطية غير دقيقة تمامًا”. “تسلط نتائجنا الضوء على الموارد الهائلة ذات المستوى العالمي التي توفرها هذه المجموعات للإجابة على الأسئلة التي يكاد يكون من المستحيل الإجابة عليها بطريقة أخرى.”

المرجع: “الزيادة السريعة في التنوع الغذائي للثعابين وتعقيدها بعد النهاية-طباشيري الانقراض الجماعي “بقلم مايكل سي غروندلر ودانييل إل رابوسكي ، ١٤ أكتوبر ٢٠٢١ ، علم الأحياء بلوس.
DOI: 10.1371 / journal.pbio.3001414

تم توفير التمويل للدراسة من قبل National Science Foundation ومؤسسة David and Lucile Packard.