Общеизвестно, что современные черепахи имеют костяной панцирь — непроницаемую структуру, несущую в основном защитную функцию. Никакие другие из ныне живущих позвоночных не изменили так сильно своё тело, как черепахи. Новое исследование международной группы палеонтологов показывает, что широкие рёбра — протопанцирь ранних ископаемых черепах — был изначально адаптацией для закапывания под землю, а не для защиты.
«Почему панцирь черепахи эволюционировал — вопрос кажется «детским», довольно очевидно — он был нужен для защиты, — говорит доктор Тайлер Лайсон (Tyler Lyson) из Денверского музея природы и науки, ведущий автор публикации в журнале Current Biology. — Но так же, как перья птиц, изначально развившиеся не для полёта, на начальном этапе развития панцирь черепахи был нужен не для защиты, а скорее для рытья подземных убежищ в суровом климате Южной Африки, где жили эти ранние проточерепахи».
Начальный этап эволюции панциря давно озадачивал учёных. «Мы изучали окаменелости и наблюдали, как черепаший панцирь развивается у современных черепах, и понимали, что одним из первых серьёзных изменений, необходимых для появления панциря, было расширение рёбер», — говорит доктор Лайсон. Заметное расширение рёбер может показаться незначительным изменением, но оно оказывает серьёзное влияние на дыхание и скорость передвижения четвероногих животных. Рёбра нужны для поддержки тела во время передвижения и играют важную роль в вентиляции лёгких. Широкие рёбра увеличивают жёсткость туловища, что приводит к сокращению подвижности животного и уменьшению длины его шага.
«На ключевую роль рёбер для локомоции и дыхания мы не обращаем внимания вероятно потому, что не наблюдаем большой вариативности форм рёбер, — замечает доктор Лайсон. — Рёбра, как правило, довольно скучные кости. Рёбра китов, змей, динозавров, людей, и почти всех остальных животных выглядят одинаково. Черепахи являются единственным исключением: их рёбра сильно изменились, чтобы сформировать основу их панциря».
Большой прорыв произошёл с открытием нескольких образцов старейших (260 млн. лет), частично покрытых панцирем проточерепах Eunotosaurus africanus в бассейне Карру (Karoo Basin) в Южной Африке. Некоторые из этих образцов были обнаружены двумя соавторами исследования, доктором Роджером Смитом (Roger Smith) и Брюсом Рубиджем (Bruce Rubidge) из университета Витватерсранда в Йоханнесбурге. Но самый интересный образец был найден 8-летним мальчиком на территории семейной фермы в Западной Капской провинции Южной Африки. Этот экземпляр длиной около 15 см. представляет собой хорошо сохранившийся скелет с полным набором суставов конечностей.
«Я хочу поблагодарить Кобуса Снаймана (Kobus Snyman) и пожать ему руку, потому что если бы Кобус не нашёл этот образец и не принёс в местный краеведческий музей, то исследование не было бы возможным», — сказал доктор Лайсон.
Анализ хорошо сохранившегося скелета предка черепах Eunotosaurus africanus позволяет предположить, что он был околоводным роющим животным. Широкие рёбра обеспечивали мощную основу его передних конечностей и позволяли нести значительную мышечную массу. Аналогичные приспособления встречаются и у тех современных черепах, которые могут хорошо копать.
Вероятно, что указанные изменения облегчили черепахам возвращение в водную среду и сыграли важную роль во время Великого пермского вымирания, когда ранние представители этой группы выжили и в условиях освободившихся экологических ниш дали начало множеству новых видов.
Панцирь состоит из спинного щита — карапакса и брюшного — пластрона. Костная часть первого образована костными пластинками, сросшимися, как правило, с рёбрами и позвоночником. Второй у подавляющего большинства черепах образован грудиной, ключицами и брюшными рёбрами. Сверху у большинства черепах панцирь покрыт симметричными роговыми щитками, и только у некоторых видов, таких как мягкотелые и кожистые черепахи, его покрывает плотная кожа. Панцирь новорождённых черепах мягкий, с возрастом он твердеет.
Панцирь имеет отверстия, через которые черепаха выдвигает голову, хвост и конечности. У некоторых видов подвижные части панциря могут плотно закрывать оба отверстия (или одно из них) при опасности. У коробчатых черепах передняя и задняя доли пластрона плотно притягиваются к карапаксу, надёжно защищая туловище со всех сторон. У паучьей черепахи (Pyxis arachnoides) подвижна только передняя доля пластрона. Специфическое строение имеет панцирь африканских киникс, у которых подвижна задняя доля не пластрона, а карапакса.
Форма и вид панциря связана с образом жизни черепах. У сухопутных видов панцирь чаще всего высокий, куполообразный, часто бугорчатый, у пресноводных — низкий, уплощённый и гладкий, у морских имеет обтекаемую каплевидную форму. Пластрон пресноводных и морских черепах может быть частично редуцирован или расчленён на подвижные части, чтобы увеличить свободу движения. Для компенсации редукции пластрона и уплощения карапакса на последнем могут присутствовать упрочняющие его бугристые возвышения и «рёбра жёсткости».
