Как птицы получили «певчее горло»

Птичий сиринкс, с помощью которого пернатые издают звуки, оказался полной эволюционной инновацией.

Люди, львы, олени и вообще все звери издают звуки с помощью голосовых складок в гортани. Голосовые складки содержат голосовые связки из соединительной ткани и голосовую мышцу, которая ими управляет. А вот у птиц голосовых складок нет.

Их голос прячется в другом органе под названием сиринкс. Если гортань лежит вверху, сразу под глоткой, соединяя ее с трахеей, то сиринкс находится в основании трахеи, там, где она расходится на две ветви, идущие в легкие. Сиринкс представляет собой систему хрящей и соединительнотканных мембран, на которые действуют специальные мышцы: изменяя натяжение мембран и диаметр трубок «певчего горла», птицы выпевают разные звуки. Самый древний сиринкс – или, точнее, то, что от него осталось – обнаружили в ископаемых остатках птицы возрастом 67 млн лет; как раз в то время оформились все современные группы птиц.

У биологов давно назрел вопрос, какова была эволюционная судьба «певчего горла», приобрели ли его разные птицы независимо друг от друга или же он всем достался от одного общего предка, и как соотносится развитие сиринкса с гортанью, которая у птиц тоже есть. Джулия Кларк (Julia Clarke) из Техасского университета в Остине и ее коллеги из нескольких научных центров США рассказывают про все это в своей недавней статье в PNAS. Исследователи сравнивали сиринксы и гортани у различных современных птиц и рептилий. Как известно, птицы – прямые потомки динозавров и ближайшие родственники нынешних пресмыкающихся, поэтому происхождение сиринкса и его эволюционные взаимоотношения с гортанью лучше анализировать в сравнении с рептилиями.

Эмбриологические, генетические и палеонтологические данные привели авторов работы к выводу, что у предков птиц – то еще до того времени, как птицы стали птицами – сильно разросся один из хрящей трахеи, тот, который находится как раз над легкими. Вероятно, птичьим предкам понадобилось поддержать разветвление трахеи на два бронха, так что в ходе естественного отбора преимущество было у тех, у кого хрящ был побольше (возможно, у них поэтому лучше работали бронхи и легкие). Но потом вокруг хряща наросли мышцы, и оказалось, что образовавшуюся структуру можно использовать для вокала. За последующие миллионы лет сиринкс отобрал голосовые функции у гортани, и в ходе эволюции преимущество теперь было у тех пернатых, чье «певческое горло» позволяло исполнять наиболее обширный репертуар звуков.

Исследователи подчеркивают, что сиринкс оказался довольно редкой разновидностью эволюционной инновации. Обычно, когда у группы животных появляется какая-то новая структура, то обычно это происходит на основе некой старой структуры, которая была похожа на новую и выполняла отчасти похожую функцию. Самый известный пример здесь – появление пальцев у наземных животных на основе рыбьих плавников.

Но у сиринкса никакой предшествующей структуры на том же месте и с похожей функцией не было, он возник не на месте гортани, а ниже, так что птичье «певческое горло» оказалось полной инновацией, что, как было сказано выше, в эволюции встретишь нечасто.

 По материалам Science.