La ce izvoare te minte când te gândești la o balenă? Oglindă, gauri și fluturi se numără printre reperele a aproximativ 80 de specii de cetacee (balene, delfini și porpozi) în prezent. Dar, pentru că sunt mamifere, știm că ele trebuie să fi evoluat din strămoșii locuitori ai pământului.
În urmă cu aproximativ 375 de milioane de ani, primii tetrapodiști - vertebrate cu brațele și picioarele - s-au împins din mlaștini și au început să trăiască pe uscat. Această tranziție evolutivă majoră a creat scena pentru toate grupurile ulterioare de vertebre ale locuințelor terestre, inclusiv o linie diversă numită sinapside, care a avut originea în urmă cu aproximativ 306 milioane de ani. Deși aceste creaturi, precum Dimetrodon, arătau ca reptile, ele au fost de fapt precursorii arhaici ai mamiferelor.
Când primele mamifere au evoluat acum 200 de milioane de ani, cu toate acestea, dinozaurii erau vertebratele dominante. Mamiferele s-au diversificat în umbra marilor arhozauri și au rămas destul de mici și secrete până când dinozaurii neaviari au fost ștersi de o extincție în masă acum 65 de milioane de ani. Această catastrofă globală a lăsat calea unei radiații majore a mamiferelor. La doar 10 milioane de ani după această dispariție - și peste 250 de milioane de ani de când cei mai vechi tetrapodi s-au târât pe uscat - au evoluat primele balene. Aceste cetacee timpurii nu erau ca balenele pe care le cunoaștem astăzi și abia recent paleontologii au fost capabili să le recunoască.
De mai bine de un secol, cunoștințele noastre despre evidența fosilelor balenelor au fost atât de slabe încât nimeni nu putea fi sigur cum arătau strămoșii balenelor. Acum valul s-a transformat. În doar trei decenii, un potop de noi fosile a umplut lacunele din cunoștințele noastre pentru a transforma originea balenelor într-unul dintre cele mai bine documentate exemple de schimbări evolutive la scară largă a înregistrării fosilelor. Aceste creaturi ancestrale erau mai străine decât oricine se aștepta vreodată. Nu a existat o marșă liniară a mamiferelor terestre care duceau la balene complet acvatice, ci o revoltă evolutivă de cetacee amfibie care se plimbau și înotau de-a lungul râurilor, estuarelor și coastelor Asiei preistorice. Oricât de ciudate sunt balenele moderne, predecesorii lor fosili erau chiar mai străini.
Pionierii care au eliberat pământul în Alabama și Arkansas au găsit frecvent oase rotunde enorme. Unii coloniști le-au folosit ca vatra pentru șemineu; alții au susținut garduri cu oasele sau le-au folosit ca pietre de temelie; sclavii foloseau oasele ca perne. Oasele erau atât de numeroase, încât în unele câmpuri au fost distruse, deoarece au intervenit în cultivarea pământului.
În 1832, un deal s-a prăbușit pe proprietatea Arkansas a judecătorului H. Bry și a expus o lungă secvență de 28 de oase circulare. El a crezut că ar putea fi de interes științific și a trimis un pachet către Societatea Americană de Filozofie din Philadelphia. Nimeni nu știa ce să facă din ele. Unele dintre sedimentele atașate de os conțineau mici scoici care arătau că creatura mare a trăit cândva într-o mare străveche, dar puține lucruri se puteau spune cu siguranță.
Donația lui Bry a fost în curând asortată, și chiar depășită, de cea a judecătorului John Creagh din Alabama. Găsise vertebre și alte fragmente în timp ce explodau proprietățile sale și trimise, de asemenea, câteva mostre societății din Philadelphia. Richard Harlan a examinat fosilele, care nu erau decât cele pe care le văzuse înainte. El a cerut mai multe oase, iar Creagh a trimis curând părți ale craniului, maxilarelor, membrelor, coastelor și coloana vertebrală a creaturii enigmatice. Având în vedere că atât Creagh cât și Bry au spus că au văzut coloane vertebrale intacte cu o lungime de peste 100 de metri, creatura vie trebuie să fi fost una dintre cele mai mari vertebrate care a trăit vreodată. Dar ce fel de animal era?
Harlan a crezut că oasele sunt cele mai asemănătoare cu cele ale reptilelor marine dispărute, cum ar fi plesiozaurii cu gât lung și ictiosaurii simplificați. El i-a atribuit cu titlu denumirea de Basilosaurus. El nu era însă sigur. Maxilarul conținea dinți care diferă ca mărime și formă, o caracteristică a mamiferelor, dar nu a celor mai multe reptile. De ce cea mai mare reptilă fosilă care a trăit vreodată a avut dinți asemănătoare cu mamiferele?
Harlan a călătorit la Londra în 1839 pentru a-i prezenta pe Basilosaurus la unii dintre principalii paleontologi și anatomiști ai zilei. Richard Owen, o stea în ascensiune în comunitatea academică, a examinat cu atenție fiecare os, ba chiar a primit permisiunea de a tăia în dinți pentru a le studia structura microscopică. Atenția sa asupra unor detalii atât de minuscule a stabilit în cele din urmă identificarea monstrului mării. Basilosaurus a împărtășit unele trăsături cu reptilele marine, dar acesta a fost doar un caz superficial de convergență - animale din același habitat evoluând trăsături similare - deoarece ambele tipuri de creaturi au trăit în mare. Constelația generală a trăsăturilor, inclusiv a dinților cu două rădăcini, a identificat fără îndoială Basilosaurus ca mamifer.
După ce a inspectat vertebrele și alte fragmente găsite în Alabama, Richard Harlan de la American Philosophical Society din Philadelphia a considerat că oasele sunt cele mai similare cu cele ale reptilelor marine dispărute. El i-a atribuit cu titlu denumirea de Basilosaurus . Imaginea este un model 3D al unui Basilosaurus . (DK Limited / Corbis) 
O ilustrare a „Hydrarchos” a colecționarului german de origine germană, Albert Koch, a apărut pe afișaj. (Din Fowler, OS 1846. The American Phrenological Journal and Miscellany, Vol. 8. New York: Fowler & Wells.) Câțiva ani mai târziu, un om de știință care a manipulat un alt exemplar cu colegii săi a scos un os din craniu, l-a aruncat și s-a spulberat pe podea. Când oamenii de știință neînvățați au strâns fragmentele, au observat că osul dezvăluie acum urechea interioară. Nu exista decât un alt fel de creatură cu o ureche interioară care se potrivea: o balenă.
Nu după mult timp după ce s-a rezolvat adevărata identitate a Basilosaurus, teoria evoluției lui Charles Darwin prin intermediul selecției naturale a ridicat întrebări despre cum au evoluat balenele. Înregistrarea fosilelor a fost atât de scăzută încât nu s-a putut lua o determinare certă, dar într-un experiment gândit inclus în „Originea speciilor”, Darwin a speculat despre cum selecția naturală ar putea crea o creatură asemănătoare balenei în timp:
În America de Nord, ursul negru a fost văzut de [exploratorul Samuel] Hearne înotând ore întregi cu gura larg deschisă, prinzând astfel, ca o balenă, insecte în apă. Chiar și într-un caz atât de extrem ca acesta, dacă furnizarea de insecte ar fi constantă și dacă concurenții mai bine adaptați nu existau deja în țară, nu văd nicio dificultate ca o cursă de urși să fie redusă, prin selecție naturală, din ce în ce mai mult acvatice în structura și obiceiurile lor, cu gurile mai mari și mai mari, până când o creatură a fost produsă la fel de monstruos ca o balenă.
Darwin a fost ridiculizat pe larg pentru acest pasaj. Criticii au considerat că a propus că ursii sunt strămoșii direcți ai balenelor. Darwin nu făcuse așa ceva, dar jignirea l-a determinat să modifice pasajul în edițiile ulterioare ale cărții. În timp ce pregătea a șasea ediție, a decis să includă o mică notă despre Basilosaurus . În 1871, scriindu-l pe avocatul său TH Huxley, Darwin a întrebat dacă balena antică poate reprezenta o formă de tranziție. Huxley a răspuns că ar putea exista o mică îndoială că Basilosaurus a furnizat indicii cu privire la strămoșul balenelor.
Huxley a crezut că Basilosaurus a reprezentat cel puțin tipul de animal care lega balenele cu strămoșii lor terestre. Dacă acest lucru era adevărat, atunci părea probabil că balenele au evoluat dintr-un fel de mamifer carnivor terestru. O altă balenă dispărută numită Squalodon, un delfin fosil cu un zâmbet rău plin de dinți triunghiulari, în mod similar a arătat că balenele au evoluat din strămoșii mâncători de carne. Totuși, ca și Basilosaurus, Squalodon a fost pe deplin acvatic și a oferit puține indicii cu privire la stocul specific din care au apărut balenele. Împreună, aceste balene fosile atârnau într-un fel de limbo științific, în așteptarea unor descoperiri viitoare care să le conecteze cu strămoșii lor din moșie.
Între timp, oamenii de știință au speculat despre cum ar fi putut fi strămoșii balenelor. Anatomistul William Henry Flower a subliniat că focile și leii de mare își folosesc membrele pentru a se propulsa prin apă în timp ce balenele își pierdeau membrele posterioare și înotau prin oscilații ale cozii. Nu-și putea imagina că cetaceele timpurii își foloseau membrele pentru a înota și apoi au trecut la propulsie cu coada la un moment dat. Spunea el „vidrele și castorii” semi-acvatici, au fost modele alternative mai bune pentru cei mai timpurii strămoși ai balenelor terestre. Dacă strămoșii timpurii ai balenelor aveau cozi mari și largi, asta ar putea explica de ce au evoluat un mod unic de înot.
Contrar ipotezei carnivore a lui Huxley, Flower credea că ungulatele sau mamiferele cu copaci împărtășeau unele asemănări intrinseci ale scheletului cu balenele. Craniul Basilosaurus a avut mai multe în comun cu vechile „Ungulate asemănătoare unui porc” decât foștile, dând astfel denumirea comună pentru porumbeu, „hog sea”, un inel al adevărului. Dacă în cele din urmă s-ar putea găsi ungulate omnivore antice, a motivat Flower, ar fi probabil ca cel puțin unii să fie buni candidați pentru strămoșii de balene timpurii. El a imaginat un strămoș de cetacee ipotetic, care se îndepărtează în adâncime:
Putem concluziona imaginându-ne niște animale primitive generalizate, care bântuie mlaștină, cu acoperire slabă a părului ca hipopotamul modern, dar cu cozi largi, înotătoare și membre scurte, omnivore în modul lor de hrănire, combinând probabil plante de apă cu midii, viermi, și crustacee de apă dulce, devenind treptat din ce în ce mai adaptate pentru a umple locul gol gata pentru ei, pe partea acvatică a țărmului pe care au locuit, și astfel, prin grad, fiind modificate în creaturi asemănătoare cu delfinii care locuiesc în lacuri și râuri și, în final, găsind drumul lor în ocean.
Resturile fosile ale unei astfel de creaturi au rămas evazive. La sfârșitul secolului XX, cele mai vechi balene fosile erau încă reprezentate de Basilosaurus și forme similare precum Dorudon și Protocetus, toate fiind pe deplin acvatice - nu existau fosile care să pună la distanță decalajul de la un teren la altul . După cum a admis ED Cope într-o revizuire a balenelor din 1890: „Ordinul Cetacea este unul dintre originile căruia nu avem cunoștințe precise.” Această stare de fapt a continuat timp de zeci de ani.
În timp ce a analizat relațiile dintre mamiferele antice care mâncau carne în 1966, totuși, biologul evoluționist Leigh Van Valen a fost lovit de asemănările dintre un grup extinct de carnivore cu proprietăți terestre numite mesonychide și cele mai vechi balene cunoscute. Adesea numiți „lupi cu copite”, mesonychidele erau prădători de dimensiuni medii-mari, cu boturi lungi și înțepate, cu vârfuri și nu cu ghete ascuțite. Au fost prădători majori în emisfera nordică de la scurt timp după dispariția dinozaurilor până în urmă cu aproximativ 30 de milioane de ani, iar forma dinților lor semăna cu cele ale balenelor precum Protocetus .
Urmăriți imagini subacvatice ale mamiferului și auziți sunetele sale ciudate de clic, care sunt cruciale pentru supraviețuirea lorVan Valen a emis ipoteza că unii mesonhidici ar fi putut fi locuitori ai mlaștinii, „mâncătorii de molie care au prins un pește ocazional, falangele lărgite [oasele degetelor și de la picioare] ajutându-le pe suprafețe umede. apa de fructe de mare. Odată ce au început să înoate pentru cina lor, generațiile succesoare vor deveni din ce în ce mai adaptate acvatic până când ceva „atât de monstruos ca o balenă” a evoluat.
O descoperire uluitoare făcută în nisipurile aride din Pakistan, anunțată de paleontologii de la University of Michigan, Philip Gingerich și Donald Russell, în 1981, a livrat în sfârșit forma de tranziție pe care oamenii de știință o speraseră. În sedimentele de apă dulce care datează în urmă cu aproximativ 53 de milioane de ani, cercetătorii au recuperat fosilele unui animal pe care l-au numit Pakicetus inquez . Puțin mai mult decât spatele craniului animalului fusese recuperat, dar deținea o caracteristică care îl lega în mod inconfundabil cu cetaceele.
Cetaceele, la fel ca multe alte mamifere, au oasele urechii închise într-o cupolă de os pe partea inferioară a craniilor numite bulă auditivă. În cazul în care balenele diferă, este faptul că marginea cupolei cea mai apropiată de linia mediană a craniului, numită involucru, este extrem de groasă, densă și foarte mineralizată. Această afecțiune se numește pahicosteoscleroză, iar balenele sunt singurele mamifere cunoscute ca având un involucru atât de gros. Craniul din Pakicetus a prezentat doar această condiție.
Și mai bine, două fragmente de maxilară au arătat că dinții Pakicetus erau foarte asemănătoare cu cele ale mezonychidelor. Se părea că Van Valen avusese dreptate și Pakicetus era doar un fel de creatură care locuise pe mlaștini pe care o avusese în vedere. Faptul că s-a găsit în depozitele de apă dulce și nu a avut specializări ale urechii interne pentru auzul subacvatic a arătat că era încă foarte devreme în tranziția acvatică, iar Gingerich și Russell s-au gândit la Pakicetus ca „o etapă intermediară amfibie în tranziția de balenele de la uscat la mare ", deși au adăugat avertismentul că„ rămășițele postcraniene [alte oase decât craniul] vor oferi cel mai bun test al acestei ipoteze ". Oamenii de știință au avut toate motivele să fie precauți, dar faptul că o balenă de tranziție a avut s-a găsit a fost atât de stupid, încât reconstrucțiile din întregul corp al Pakicetus au apărut în cărți, reviste și la televizor. A fost prezentată ca o creatură cu picioare stumpy, asemănătoare cu un sigiliu, un animal prins între lumi.
De-a lungul anilor 1990, scheletele unor balene antice mai mult sau mai puțin adaptate acvatice, sau arheocete, au fost descoperite într-un ritm amețitor. Cu acest nou context, cu toate acestea, forma încăpățânată, asemănătoare sigiliului pentru Pakicetus, ilustrată în atâtea locuri, a început să capete tot mai puțin sens. Apoi, în 2001, JGM Thewissen și colegii au descris scheletul căutat de mult timp (spre deosebire de doar craniul) lui Pakicetus attocki . Era un animal asemănător lupului, nu animalul ascuțit, sub formă de focă, care fusese inițial conceput. Împreună cu alte genuri recent descoperite, cum ar fi Himalaya, Ambulocetus, Remingtonocetus, Kutchicetus, Rodhocetus și Maiacetus, se încadrează perfect într-o colecție de arheocete care documentează în mod deosebit o radiație evolutivă a balenelor timpurii. Deși nu este o serie de strămoși și descendenți direcți, fiecare gen reprezintă o etapă particulară de evoluție a balenelor. Împreună, ei ilustrează modul în care a avut loc întreaga tranziție.
Cele mai timpurii cunoscute arheocete au fost creaturi precum Pakicetus în vârstă de 53 de milioane de ani și Himalayaacetus puțin mai vechi. Arătau ca și cum ar fi fost mai mult acasă pe uscat decât în apă și probabil că au ocolit lacurile și râurile făcând padele câinelui. Un milion de ani mai târziu a trăit Ambulocetus, o balenă timpurie, cu un craniu asemănător unui crocodil și picioare mari cu pânze. Remingtonocetidele îndepărtate și asemănătoare cu apariția au apărut în continuare, incluzând forme mici precum Kutchicetus, în vârstă de 46 de milioane de ani. Aceste balene timpurii au trăit în medii aproape de mal, de la mlaștini cu apă sărată până la marea mică.
Trăind cam în aceeași perioadă în care remingtonocetidele erau un alt grup de balene și mai adaptate acvatice, protetetidele. Aceste forme, precum Rodhocetus, erau aproape în întregime acvatice, iar unele protetide mai târzii, precum Protocetus și Georgiacetus, trăiau aproape cu siguranță întreaga viață în mare. Această deplasare a permis balenelor complet acvatice să-și extindă gamele către țărmurile celorlalte continente și să se diversifice, iar bazilosauridele mai delicioase precum Dorudon, Basilosaurus și Zygorhiza au populat mările calde ale Eocenului târziu. În cele din urmă, aceste forme au dispărut, dar nu înainte de a da naștere reprezentanților timpurii ai celor două grupuri de balene în viață astăzi, balenele dințate și balenele balene. Primii reprezentanți ai acestor grupuri au apărut în urmă cu aproximativ 33 de milioane de ani și, în cele din urmă, au dat naștere unor forme la fel de diverse precum delfinul râului Yangtze și balena albastră gigantică.
Studiile din domeniul biologiei moleculare au intrat în conflict cu concluzia paleontologilor că balenele au evoluat din mesonichide. Atunci când genele și secvențele de aminoacizi ale balenelor vii au fost comparate cu cele ale altor mamifere, rezultatele au arătat adesea că balenele erau cele mai strâns legate de artiodactile - ungulate cu unghiuri similare, cum ar fi antilope, porci și căprioare. Și mai surprinzător a fost faptul că comparațiile acestor proteine folosite pentru a determina relațiile evolutive au plasat adesea balenele în Artiodactyla ca rude vii cele mai apropiate de hipopotami.
Acest conflict între ipotezele paleontologice și moleculare părea intractabil. Mesonichidele nu au putut fi studiate de biologii moleculari, deoarece au fost dispărute și nu s-a găsit nicio caracteristică scheletică care leagă arheocetele cu artiodactilii antici. Care erau mai fiabile, dinții sau genele? Dar conflictul nu a fost fără speranță de rezolvare. Multe dintre scheletele primelor arheocete erau extrem de fragmentare și lipseau adesea oasele gleznei și ale piciorului. Un os special al gleznei, astragalus, a avut potențialul de a rezolva dezbaterea. În artiodactilii acest os are o formă de „scripetă dublă”, care poate fi recunoscută imediat, o mesonhidă caracteristică nu s-a împărtășit. Dacă s-ar putea găsi astragalusul unui arheocet timpuriu, acesta ar oferi un test important pentru ambele ipoteze.
În 2001, arheocetele care dețin acest os au fost descrise în sfârșit, iar rezultatele au fost inconfundabile. Arheocetele aveau un astragalus cu „scripete duble”, confirmând că cetacele au evoluat din artiodactilii. Mesonychids nu au fost strămoșii balenelor, iar hipopotamii sunt acum cunoscuți ca fiind rudele vii cele mai apropiate de balene.
Cercetătorii au stabilit recent ce grup de artiodactile preistorice au dat naștere la balene. În 2007, Thewissen și alți colaboratori au anunțat că Indohyus, un mic mamifer de tip cerb aparținând unui grup de artiodactile dispărute numite raoellide, a fost cel mai apropiat cunoscut în raport cu balenele. În timp ce pregătea partea inferioară a craniului din Indohyus, un student din laboratorul lui Thewissen a rupt secțiunea care acoperea urechea interioară. Era gros și puternic mineralizat, la fel ca osul din urechile balenei. Studiul asupra restului scheletului a relevat, de asemenea, că Indohyus avea oase marcate de un fel similar de îngroșare, o adaptare împărtășită de mamifere care petrec mult timp în apă. Când datele fosilelor au fost combinate cu datele genetice de către Jonathan Geisler și Jennifer Theodor în 2009, un nou arbore genealogic de balene a ieșit la iveală. Raoellide ca Indohyus au fost rudele cele mai apropiate de balene, hipopotamii fiind următoarele rude apropiate de ambele grupuri combinate. În cele din urmă, balenele ar putea fi înrădăcinate ferm în arborele evolutiv al mamiferelor.
Adaptat din Written in Stone: Evolution, the Record Fossil and Our Place in Nature, de Brian Switek. Copyright 2010. Cu permisiunea editorului, Bellevue Literary Press.
