Огромные змеи, крошечные ужи, ядовитые ужи и удавы, змеи, которые ползают, прячутся в норах или плавают: новые окаменелости и современные технологии позволяют проследить происхождение змей.
автор: Amber Dance
Когда динозавры ступали по Земле, в их тени сновали изящные млекопитающие. Маленькие комочки шерсти, прятавшиеся в подземных норах, обеспечили новую нишу для новой рептилии — змеи. Тощие змеи могли протискиваться в жилища млекопитающих и пожирать их. По крайней мере, именно так представляет себе зарождение змей Марк Толлис — биолог-эволюционист из Университета Северной Аризоны во Флагстаффе. Никто не знает наверняка. Как и сами существа, ископаемые останки змей являются длинными и скудными, оставляя пробелы в их истории. Основные вопросы, такие как, где они начинали и кто их ближайшие родственники, остаются без ответа.
Сегодня новые окаменелости и современные методы исследования дополняют историю змей. Начиная примерно с 125 миллионов лет назад, змеи использовали свои гибкие формы тела для того, чтобы разнообразиться как сумасшедшие, завоевывая регионы, которые сейчас составляют шесть континентов, а также Индийский и Тихий океаны — и Толлис не удивился бы, обнаружив окаменелости змей и в некогда благодатной Антарктиде.
Есть змеи, которые ползают по земле, зарываются в почву, плавают в море и скользят между деревьями, даже садятся в поезда и, да, в самолеты. Есть крошечные нитевидные змеи длиной всего в несколько дюймов и тонкие, как спагетти, а есть питоны, длина которых превышает 20 футов. Есть змеи, которые преследуют свою добычу, и змеи, которые подстерегают ее в засаде, змеи, которые душат свою добычу, и другие, которые обездвиживают свой обед ядом. Змеи, которые откладывают яйца, змеи, которые вынашивают живых детенышей, змеи, которые могут размножаться без самцов. Это впечатляющий набор способностей для того, что, по сути, является причудливым ответвлением от генеалогического древа ящериц. По сути, змеи — это хищные трубки, отмечает Толлис. Они не могут ходить или пережевывать пищу. Это, по-видимому, серьезные ограничивающие факторы.
“Несмотря на это, змеи являются одними из самых успешных животных”, — удивляется Толлис, который стал соавтором обзора ранней эволюции змей и ящериц в Ежегодном обзоре экологии, эволюции и систематики за 2025 год. “Они определенно обладают сверхспособностями, которые обычно ассоциируются у нас с чем-то фантастическим”.
По морю, по суше или под землей? Существует более 4000 описанных ныне живущих видов змей, что составляет примерно треть от более крупной группы ящериц, и, вероятно, еще сотни ожидают официального открытия, говорит Алекс Пайрон — биолог-эволюционист из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия. По оценкам ученых, предки этой чрезвычайно разнообразной группы появились около 160 лет назад. миллионы лет назад, но они так и не выяснили, какими были первые змеи — наземными, морскими или, возможно, подземными? Эти таинственные змеи-предки должны были бы находиться в самом основании змеиного генеалогического древа, но их окаменелости до сих пор не найдены. По словам Тиаго Симоэнса — соавтора ежегодного обзорного документа и биолога-эволюциониста из Принстонского университета в Нью-Джерси, древнейшие из известных окаменелостей змей происходят из самых разных мест обитания, что затрудняет определение того, из какой среды обитания выползли змеи. Одна из давних гипотез заключается в том, что змеи начали свое существование под землей. Первоначальная идея была частично основана на том, что глаза слепых змей, которые являются самой нижней ветвью на генеалогическом древе ныне живущих змей, едва различимы. Но слепые змеи весьма специализированы в отношении муравейников и термитников, в которых они обитают, говорит Кэти Стронг — палеонтолог позвоночных и аспирант Гарвардского музея сравнительной зоологии в Кембридже, штат Массачусетс.
У них странные, инопланетного вида черепа, подходящие для их подземной среды обитания и питания насекомоядными. Например, по словам Стронга, “ярко выраженный прикус” помогает им не забивать рот грязью. Во время обучения у палеонтолога позвоночных и биолога-эволюциониста Майкла Колдуэлла в Университете Альберты в Эдмонтоне, Канада, Стронг, как и другие исследователи, пришел к выводу, что эти гиперспециализированные существа не могут соответствовать корню генеалогического древа змей.
В конце 20-го века были обнаружены свидетельства, подтверждающие их возможное морское происхождение. Ученые описали древних змей, которые жили почти 100 миллионов лет назад на Ближнем Востоке, когда эта земля была подводной. Колдуэлл и его коллеги также связали змеиный клан с мозазаврами, вымершими водными рептилиями, что повышает вероятность того, что змеи появились в воде. Но популярность этой гипотезы снизилась: есть и другие змеи, которые предшествовали этим водным змеям и были явно наземными, говорит Симоэнс. Таким образом, в настоящее время все сходятся во мнении, что ближневосточные пловцы не выпрыгивали из воды, а ныряли в нее с суши.
CREDIT: SERGEY KRASOVSKIY / STOCKTREK IMAGES / SCIENCE SOURCE
В современной Патагонии обнаружено множество других окаменелостей змей, таких как Наджаш Рионегрина, датируемая примерно 95 миллионами лет назад, и Динилисия патагонская, датируемая примерно 80 миллионами лет назад, когда эта местность была пустынной. Но были ли эти южноамериканские змеи на земле или под ней? Динилисия, вероятно, жила на поверхности, но с Наяшем ситуация сложнее, говорит Симоэнс. У Наджаша есть особенности черепа и позвоночника, которые, по мнению его первооткрывателей, позволили предположить, что он провел, по крайней мере, некоторое время под землей. Но оба этих патагонских вида были “змеями с большим телом”, добавляет Колдуэлл, похожими на современных питонов. Подобно питонам, они могли прятаться под землей, но охотились на поверхности, предполагает он.
Дополнительным доказательством смешанного наземного и подземного происхождения являются предположения о мозге древних змей. Ученые использовали 3D-рентгеновские снимки для анализа черепной коробки — части черепа, защищающей мозг — почти 60 змей и ящериц, а также нескольких окаменелостей змей. По этим внутренним контурам они смогли определить форму мозга. Исследователи определили анатомию мозга землекопов: у землекопов обычно есть, например, небольшой, сплющенный, треугольный мозжечок — участок мозга, отвечающий за движение. Когда исследователи использовали свои данные для прогнозирования формы мозга древних змей, они обнаружили некоторые черты, похожие на норные, включая маленький мозжечок, но другие особенности, несовместимые с подземным образом жизни. Объединив все доказательства, Стронг присоединяется к теории о том, что змеи эволюционировали на суше, возможно, в песчаной среде, подобной той, в которой обитали Динилисия и Наджаш. Она подозревает, что это также привело к тому, что они иногда перемещались под землей.
Лучший способ скользить. Другим важным событием в эволюции змей было, конечно же, избавление от ног. Это не так новаторски, как может показаться; среди ящериц несколько групп длинных и тощих змей отбросили свои ноги на обочину. Когда человек ползает под землей или передвигается по траве, конечности буквально “тянутся”, — говорит Даниэла Гарсия Кобос — биолог-эволюционист и аспирант Американского музея естественной истории в Нью-Йорке. Однако змеи, по-видимому, были одними из первых ящериц, освоивших эту обтекаемую форму в самых разных типах местообитаний, что, возможно, и лежит в основе их успеха.
По оценкам Пирона, это изменение произошло между 150 и 125 миллионами лет назад, но ученые не смогли точно определить, когда и где именно. У известных ископаемых змей были задние конечности, но не передние, хотя статус Dinilysia неясен, поскольку не было убедительных доказательств сохранности тазовой области у этих окаменелостей. В какой-то более ранний период, должно быть, существовал четвероногий предок змеи, но это недостающее звено было неуловимым. Об одном кандидате сообщалось в 2015 году, но Колдуэлл и его коллеги показали, что это была всего лишь ящерица. Затем появился Breugnathair elgolensis — четвероногое ископаемое юрского периода, найденное в Шотландии и описанное в журнале Nature в 2025 году. “Если бы вы увидели это на улице, переходя дорогу, вы бы подумали, что это просто игуана или обычная ящерица”, — говорит Сьюзан Э. Эванс — палеонтолог из Университетского колледжа Лондона, которая описала этот экземпляр вместе с коллегами. Но челюсть B. elgolensis действительно имеет некоторые змеиные черты, например, форму зубов. Колдуэлл, который не был частью команды, описывавшей это животное, считает, что это змея. “У него правильные черты черепа”, — говорит он.
Snakes make up the suborder Serpentes, within the order Squamata, that includes all lizards and snakes. Snakes are related to other reptiles in a clade called Toxicofera, which includes all venomous lizards as well as nonvenomous species./Змеи составляют подотряд Serpentes в составе отряда чешуекрылых, в который входят все ящерицы и ужи. Змеи связаны с другими рептилиями в кладе под названием Toxicofera, в которую входят все ядовитые ящерицы, а также неядовитые виды.
Эванс не так уверена в этом, что видно из названия, которое она выбрала: Breugnathair происходит от гэльского слова, означающего “ложная змея”. Когда Эванс и ее коллеги попытались поместить его на генеалогическое древо рептилий, результаты оказались сомнительными. Она допускает, что это мог быть предок змеи, или это могла быть ящерица, которая независимо развила змееподобные черты, но не оставила живых потомков.
Ошеломляющие перемены. По словам Пайрона, змей от всех других безногих ящериц отличали другие изменения, которые они вносили. Чтобы исследовать дальнейшие инновации, Пайрон и его коллеги провели масштабную перепись рептилий, результаты которой были опубликованы в журнале Science в 2024 году. Они измерили черепа тысяч змей и ящериц. Они исследовали содержимое желудков музейных экспонатов и изучили письменные рекомендации по питанию. Они собрали генетические данные — не весь геном, а 5400 специфических генов — более чем от 1000 видов змей и ящериц. Когда они сопоставили эти особенности, выделились змеи. Около 125 миллионов лет назад у этой группы произошли внезапные и значительные изменения в черепе, рационе питания и позвоночнике, которые способствовали их диверсификации и распространению.
Главной заслугой змей в области эволюции является их необычайно гибкий череп, состоящий из частей костей, соединенных мягкими тканями; Колдуэлл считает, что это ключевое изменение могло произойти еще до того, как они отказались от ног. На пути к созданию этих штучных ноггинсов у змей впервые изменился череп. У большинства ящериц это выглядит как бутерброд: кость сверху, кость снизу, мозг внутри и открытый с боков. Но у змей это больше похоже на обертку, костяную трубку, которая открыта только в направлении морды и позвоночника. Защищая мозг таким образом, змеи могли свободно передвигаться по остальным костям черепа.
И, боже мой, они это сделали. Эти изменения в черепе привели к появлению новых форм питания в связи с эволюцией челюстей змееподобных. Хотя анатомия челюстей различается в пределах группы, у многих змей нижняя и верхняя части соединены эластичными связками, что обеспечивает широкий зазор. Две стороны нижней челюсти могут раздвигаться, еще больше расширяя пасть змеи. Небо в верхней части рта состоит из правой и левой частей, которые двигаются независимо друг от друга, чтобы доставлять пищу к горлу. Именно так питон может проглотить свинью. Действительно, научная группа обнаружила, что змеи, как целое племя, могут поедать практически все, что движется. Есть змеи, которые обожают липких слизней и панцирных улиток, скользких угрей и даже других ужей. Примерно в то же время змеи стали длиннее, у них появились сотни позвонков между шеей и нижними частями тела. “Удлиненная форма позволяет передвигаться быстрее и эффективнее”, — говорит Колдуэлл. Увеличенная площадь живота обеспечивает большую площадь поверхности для передвижения по земле или лазания по стволам деревьев. У водных змей увеличенная длина тела позволяет более эффективно передвигаться взад и вперед.
В целом, эти изменения в теле, голове и рационе питания означали, что эволюционирующие змеи были гибкими не только по форме, но и по образу жизни. Змеи быстро приспосабливаются к новой среде обитания, говорит Фрэнк Бербринк, куратор отдела герпетологии Американского музея естественной истории и соавтор ежегодной обзорной статьи. Другими словами, эти эволюционные суперзвезды были настроены на то, чтобы максимально использовать любую среду обитания, в которую они попадали.
Восполняя отсутствие окаменелостей. Фрагментированные черепа и длина тела, которые так способствовали распространению змей, создают головную боль для палеонтологов: мертвые змеи распадаются на части, что приводит к редкости полных окаменелостей и оставляет многие вопросы без ответа. Например, исследователи знают, что змеи связаны с группами, включающими игуан и комодских варанов, а также, возможно, мозазавров, но неизвестно, кто из них является их ближайшими родственниками. Знание этого помогло бы предсказать, как должны были выглядеть предки змей, говорит Эванс. Когда с окаменелостями возникают проблемы, на помощь может прийти генетика. Чем больше различий в генах у разных животных, тем больше времени прошло с тех пор, как они разошлись как биологические виды. Генетический анализ уже привел к изменению генеалогического древа ящериц; деревья, основанные только на форме тела, оказались “совершенно неправильными”, говорит Пайрон. Гены также выявили некоторые особенности строения тела змей. Отсутствие ног связано с потерей функции, отвечающей за развитие конечностей, которая называется ZRS. Недавно ученые сообщили, что у змей отсутствует ген, кодирующий “гормон голода” грелин. Это может помочь им легче переносить длительные посты; некоторые змеи могут делать перерывы между трапезами по году и более.
Бербринк, Пайрон и Симоэнс в настоящее время секвенируют целые геномы более чем 100 змей и ящериц, что позволит удвоить количество доступных высококачественных геномов. Благодаря этому, а также дополнительным данным о ныне живущих и ископаемых рептилиях, они надеются построить более точные генеалогические древа и продолжить изучение генов, отвечающих за извилистую форму змей. Тем не менее, по словам Эванса, ученым действительно нужно больше окаменелостей, чтобы прояснить все тонкости истории о змеях. Пока палеонтологи продолжают раскопки, Бербринк советует нам не упускать момент и поразиться, когда в следующий раз мы столкнемся с подвязочной змеей или другим современным извивающимся животным: “Вы смотрите на кульминацию более чем 100 миллионов лет эволюции”. 10.1146/познаваемый-050426-2
фото: CREDIT: KNOWABLE MAGAZINE / IMAGES USED UNDER LICENSE FROM SHUTTERSTOCK