Цецилии ( / s ɪ ˈ s ɪ l i ə n / ; новое латинское слово «слепые») — группа лишенных конечностей, червеобразных (червеобразных) или змеевидных (змееобразных) амфибий с маленькими, а иногда и отсутствующими глазами. В основном они живут, спрятавшись в почве или в руслах рек, и этот загадочный образ жизни делает червяг одними из наименее знакомых амфибий. Современные червяги обитают в тропиках Южной и Центральной Америки , Африки и Южной Азии . Цецилии питаются мелкими подземными существами, такими как дождевые черви . Тело цилиндрическое, часто темного цвета, череп пулевидной формы и крепкого телосложения. Головы червяг имеют несколько уникальных приспособлений, в том числе сросшиеся кости черепа и челюсти, двухчастную систему челюстных мышц и хемосенсорное щупальце перед глазом. Кожа слизистая, имеет кольцевидные пятна или бороздки и может содержать чешуйки. [2]
Современные червячие — клада , отряд Gymnophiona / ˌ dʒ ɪ m n ə ˈ f aɪ ə n ə / ( или Apoda / ˈ æ p ə d ə / ), одна из трёх живых групп земноводных наряду с Anura ( лягушками ) и Urodela. ( саламандры ). Гимнофиона — коронная группа , охватывающая всех современных червяг и всех потомков их последнего общего предка. Существует более 220 современных видов червяг, отнесенных к 10 семействам . Gymnophionomorpha - это недавно придуманное название для соответствующей общей группы , которая включает Gymnophiona, а также несколько вымерших червяг стволовой группы (вымерших амфибий, чьи ближайшие ныне живущие родственники - червячие, но не произошли от каких-либо червяг). [3] [4] Некоторые палеонтологи использовали название Гимнофиона для всей группы и старое название Апода для коронной группы [5] . Однако у Apoda есть и другие, еще более древние варианты использования, в том числе в качестве названия рода Butterfly, что делает его использование потенциально запутанным, и его лучше избегать. «Гимнофиона» происходит от греческих слов γυμνος / Gymnos ( древнегреческое слово «голый») и οφις / ophis ( древнегреческое слово «змея»), поскольку первоначально считалось, что червяги связаны со змеями и не имеют чешуи. [6]
Изучение эволюции червяг осложняется их плохой летописью окаменелостей и специализированной анатомией. Генетические данные и некоторые анатомические детали (например, зубы на ножке ) подтверждают идею о том, что лягушки, саламандры и червячие (известные под общим названием лиссамфибии ) являются ближайшими родственниками друг друга. Лягушки и саламандры имеют много общего с диссорофоидами , группой вымерших амфибий отряда Temnospondyli . Цецилианцы более противоречивы; Многие исследования распространяют диссорофоидное происхождение на червяг. Вместо этого в некоторых исследованиях утверждается, что червяги происходят от вымерших лепоспондильных или стереоспондильных амфибий, что противоречит доказательствам монофилии лиссамфибий (общего происхождения). Редкие окаменелости ранних гимнофионов, таких как Eocaecilia и Funcusvermis, помогли проверить различные противоречивые гипотезы о взаимоотношениях червяг с другими живыми и вымершими амфибиями.
Анатомия червяг хорошо приспособлена к роющему образу жизни. У пары видов, принадлежащих к примитивному роду Ichthyophis, были обнаружены рудиментарные следы конечностей, а у Typhlonectes compressicauda во время эмбрионального развития наблюдалось наличие зачатков конечностей, оставшихся в организме, в остальном полностью лишенном конечностей. [7] Это делает более мелкие виды похожими на червей, а более крупные виды, такие как Caecilia thompsoni , длиной до 1,5 м (5 футов), напоминают змей. Хвосты у них короткие или отсутствуют, а клоаки расположены на концах тела. [8] [9] [10]
За исключением одного вида без легких, Atretochoana eiselti , [11] все червячие имеют легкие , но также используют кожу или рот для поглощения кислорода . Часто левое легкое намного меньше правого — адаптация к форме тела, которая также встречается у змей. [12]
Их мышцы туловища приспособлены пробиваться сквозь землю, при этом позвоночный столб и его мускулатура действуют как поршень внутри наружного слоя мускулатуры стенки тела, который тесно прикреплен к коже. [13] Сокращая внешний слой мышц, он сжимает целом и создает сильную гидростатическую силу, которая удлиняет тело. [14] Эта мышечная система позволяет животному фиксировать заднюю часть тела в нужном положении и толкать голову вперед, а затем волнами тянуть остальную часть тела вверх, чтобы дотянуться до нее. В воде или очень рыхлом иле червяги плавают, как угри. [15] Цецилии семейства Typhlonectidae — водные животные и самые крупные в своем роде. У представителей этого семейства вдоль задней части тела проходит мясистый плавник, который усиливает движение в воде. [16]
У червяг маленькие или отсутствуют глаза, имеется только один известный класс фоторецепторов , и их зрение ограничено восприятием темноты и света. [17] [18] В отличие от других современных амфибий (лягушек и саламандр) череп компактный и твердый, с несколькими большими отверстиями между пластинчатыми черепными костями. Морда заостренная и имеет форму пули, которая используется для того, чтобы пробиваться через почву или грязь. У большинства видов рот утоплен под голову, так что морда нависает над ртом. [10]
Количество костей в черепе уменьшено по сравнению с доисторическими видами амфибий. Многие кости черепа слиты вместе: у всех современных червеобразных кости верхней и небной костей срослись в верхнечелюстную, а в некоторых семьях носовая и предчелюстная кости срослись в носо-небную. Некоторые семейства можно отличить по наличию или отсутствию определенных костей черепа, таких как перегородки верхней челюсти, префронтальные кости и/или постфронтальная кость, окружающая орбиту (глазницу). Черепная коробка заключена в полностью интегрированную сложную кость, называемую os basale, которая занимает большую часть задней и нижней частей черепа. В черепах, если смотреть сверху, у некоторых видов может быть видна мезетмоидная кость, вклинивающаяся в среднюю линию крыши черепа. [19] [20] [21]
У всех червяг есть пара уникальных сенсорных структур, известных как щупальца , расположенных по обе стороны головы между глазами и ноздрями. Вероятно, они используются для второй обонятельной способности в дополнение к обычному обонянию, основанному на носу. [15]
Кольчатые червяги ( Siphonops annulatus ) имеют зубные железы, которые могут быть гомологичны ядовитым железам некоторых змей и ящериц . Функция этих желез неизвестна. [22]
Среднее ухо состоит только из стремени и овального окна , которые передают вибрации во внутреннее ухо посредством возвратного контура жидкости, как это наблюдается у некоторых рептилий. У взрослых видов семейства Scolecomorphidae отсутствуют стремечко и овальное окно, что делает их единственными известными амфибиями, у которых отсутствуют все компоненты аппарата среднего уха. [23]
Нижняя челюсть специализирована у червяг. Гимнофионы, включая вымершие виды, имеют только два компонента челюсти: псевдозубную (спереди, несущую зубы) и псевдоугловую (сзади, несущую челюстной сустав и мышечные крепления). Эти два компонента — то, что остается после слияния большего набора костей. Дополнительный резцовый зубной ряд, насчитывающий до 20 зубов, лежит параллельно основному краевому зубному ряду челюсти. [20]
У всех, кроме самых примитивных червяг, есть два набора мышц для закрытия челюстей, по сравнению с единственной парой мышц, обнаруженных у других земноводных. Один набор мышц, приводящие мышцы, прикрепляется к верхнему краю псевдоугловой кости перед челюстным суставом. Приводящие мышцы являются обычным явлением у позвоночных и закрывают челюсть, потянув ее вверх и вперед. Более уникальный набор мышц, отводящие мышцы, прикрепляется к заднему краю псевдоуглового сустава ниже и позади челюстного сустава. Они закрывают челюсть, потянув ее назад и вниз. Челюстные мышцы более развиты у наиболее эффективных роющих нор среди червяг и, по-видимому, помогают сохранять череп и челюсти жесткими. [15] [24]
Их кожа гладкая и обычно темная, но у некоторых видов кожа бывает яркой. Внутри кожицы находятся чешуйки кальцита . Из-за этих чешуек когда-то считалось, что червяги связаны с ископаемыми Stegocephalia , но теперь считается, что они являются вторичным развитием, и эти две группы, скорее всего, не связаны между собой. [10] Чешуя отсутствует у семейств Scolecomorphidae и Typhlonectidae , за исключением вида Typhlonectes compressicauda , у которого мельчайшие чешуйки были обнаружены в задней части тела. [25] Кожа также имеет многочисленные кольцевидные складки или кольца, которые частично окружают тело, придавая им сегментированный вид. Как и у некоторых других живых земноводных, в коже имеются железы, выделяющие токсин, отпугивающий хищников. [15] Было показано, что кожные выделения Siphonops paulensis обладают гемолитическими свойствами. [26]
Недавние исследования, опубликованные в журнале Science , пролили свет на поведение некоторых видов червяг. Эти исследования показывают, что у некоторых червяг наблюдается феномен, заключающийся в том, что они снабжают своих детенышей богатым питательными веществами веществом, похожим на молоко, которое поступает через материнское отверстие. Среди исследованных видов выделялась яйцекладущая червягая амфибия, не являющаяся млекопитающим, Siphonops annulatus , что указывает на то, что практика лактации может быть более широко распространена среди этих существ, чем считалось ранее. Как подробно описано в исследовании 2024 года, исследователи собрали 16 матерей вида Siphonops annulatus с плантаций какао в Атлантическом лесу Бразилии и сняли их с вылупившимися птенцами в лаборатории. Матери остались со своим потомством, которое всасывало белую вязкую жидкость из клоаки и в первую неделю росло быстрыми темпами. Это молокоподобное вещество, богатое жирами и углеводами , вырабатывается в гипертрофированных железах эпителия яйцевода матери , подобно молоку млекопитающих . Вещество выделялось, по-видимому, в ответ на тактильную и акустическую стимуляцию младенцев. Исследователи наблюдали, как детеныши издают пронзительные щелкающие звуки, приближаясь к матери за молоком, — поведение, уникальное среди амфибий. Такое кормление молоком может способствовать развитию микробиома и иммунной системы детенышей, как у детенышей млекопитающих. Наличие молочной продукции у червяг, откладывающих яйца, предполагает эволюционный переход от яйцекладки к живорождению . [27] [28] [29]
Цецилии родом из влажных тропических регионов Юго-Восточной Азии , Индии , Бангладеш , Непала [30] и Шри-Ланки , некоторых частей Восточной и Западной Африки , Сейшельских островов в Индийском океане , Центральной Америки , а также в северной и восточной части Южной Америки . В Африке червяги встречаются от Гвинеи-Бисау ( Geotrypetes ) до южной Малави ( Scolecomorphus ), с неподтвержденной находкой в восточной части Зимбабве . Они не были зарегистрированы на обширных территориях тропических лесов Центральной Африки. В Южной Америке они простираются через субтропическую восточную Бразилию и до умеренной северной Аргентины . Их можно увидеть даже на юге, вплоть до Буэнос-Айреса , когда их уносят паводковые воды реки Парана, приходящие с севера. Их американский ареал простирается на север до юга Мексики . Самое северное распространение имеет вид Ichthyophis sikkimensis из северной Индии. Ихтиофис также встречается в Южном Китае и Северном Вьетнаме . В Юго-Восточной Азии они встречаются на востоке до Явы , Борнео и южных Филиппин , но не пересекли линию Уоллеса и не присутствуют в Австралии или на близлежащих островах. На Мадагаскаре нет известных червяг , но их присутствие на Сейшельских островах и в Индии привело к предположениям о присутствии там неоткрытых вымерших или существующих червяг. [31]
В 2021 году живой экземпляр Typhlonectes natans , червяг, обитающих в Колумбии и Венесуэле , был собран в дренажном канале в Южной Флориде . Это был единственный червяч, когда-либо зарегистрированный в дикой природе в Соединенных Штатах, и считается, что он был завезен , возможно, в результате торговли дикими животными . Создана ли в этом районе гнездовая популяция, неизвестно. [32] [33]
Название caecilian происходит от латинского слова caecus , что означает «слепой», имея в виду маленькие, а иногда и несуществующие глаза. Название восходит к таксономическому названию первого вида, описанного Карлом Линнеем , который он назвал Caecilia tentaculata . [10]
Исторически существовали разногласия по поводу использования двух основных научных названий червяг: Apoda и Gymnophiona. Некоторые палеонтологи предпочитают использовать название Apoda для обозначения «коронной группы», то есть группы, содержащей всех современных червяг и вымерших представителей этих современных линий, а название Gymnophiona для обозначения всей группы, то есть всех червяг и вымерших представителей этих современных линий. червеподобные земноводные, которые более тесно связаны с современными группами, чем с лягушками или саламандрами. Однако Apoda использовалась для групп рыб и трепангов и является названием рода моли, и ее дальнейшее использование в таксономии червяг потенциально может сбить с толку и бесполезно.
Классификация червяг Wilkinson et al. (2011) разделили ныне живущих червяг на 9 семейств, насчитывающих около 200 видов. [20] В 2012 году было недавно описано десятое семейство червяг — Chikilidae . [34] [35] Эта классификация основана на тщательном определении монофилии, основанном на морфологических и молекулярных данных, [ 36] [37] [38] [39] и решает давние проблемы парафилии Caeciliidae в предыдущих классификациях без исключительная опора на синонимию. [20] [40] Есть 219 видов червяг в 33 родах и 10 семействах.
Самая последняя филогения червяг основана на молекулярных митогеномных данных, исследованных Сан-Мауро и соавт. (2014) и модифицирован для включения некоторых недавно описанных родов, таких как Amazops . [41] [42] [43]
Мало что известно об эволюционной истории червяг, которые оставили очень скудную летопись окаменелостей. Первое ископаемое, позвонок, датируемый палеоценом , не было обнаружено до 1972 года. [44] Другие позвонки, которые имеют характерные особенности, уникальные для современных видов, были позже обнаружены в палеоценовых и позднемеловых ( сеноманских ) отложениях. [5]
Филогенетические данные свидетельствуют о том, что предки червяг и батрахий (включая лягушек и саламандр) разошлись друг от друга в каменноугольном периоде . Это оставляет разрыв в более чем 70 миллионов лет между предполагаемым происхождением червяг и самыми ранними окончательными окаменелостями стволовых червяг. [45] [4]
До 2023 года самая ранняя окаменелость, относимая к стволовым червякам (амфибиям, более близким к червякам, чем к лягушкам или саламандрам, но не принадлежащим к существующей линии червяг), относится к юрскому периоду. Этот примитивный род Eocaecilia имел маленькие конечности и хорошо развитые глаза. [46] В своем описании раннепермской амфибии Gerobatrachus в 2008 году , [47] Андерсон и соавторы предположили, что червяги произошли от группы предковых четвероногих лепоспондилов и могут быть более тесно связаны с амниотами , чем с лягушками и саламандрами, которые возникли от предков темноспондилов . Многочисленные группы лепоспондилов развили уменьшенные конечности, удлиненные тела и роющее поведение, а морфологические исследования лепоспондилов пермского и каменноугольного периода поместили ранних червяг ( Eocaecilia ) в число этих групп. [48] Различное происхождение червяг и других современных амфибий может помочь объяснить небольшое несоответствие между ископаемыми датами происхождения современных амфибий, которые предполагают пермское происхождение, и более ранними датами, относящимися к каменноугольному периоду , предсказанными некоторыми исследованиями молекулярных часов последовательностей ДНК. . Однако большинство морфологических и молекулярных исследований современных амфибий подтверждают монофилию червяг, лягушек и саламандр, а самые последние молекулярные исследования, основанные на данных из нескольких локусов, предполагают позднекаменноугольное - раннепермское происхождение современных амфибий. [49]
Chinlestegophis , стереоспондил -темноспондил из позднетриасовой формации Чинле в Колорадо, был предложен в качестве стеблевого червяка в статье Пардо и соавторов в 2017 году. Если это подтвердится, это подтвердит предполагаемое дотриасовое происхождение лиссамфибий, предполагаемое молекулярными часами. Это могло бы заполнить пробел в летописи окаменелостей ранних червяг и предположить, что стереоспондилы в целом можно квалифицировать как червяг стволовой группы. [45] Однако сходство между Chinlestegophis и Gymnophionans оспаривается по нескольким направлениям. Исследование 2020 года поставило под сомнение выбор символов, подтверждающих эту связь, [3] , а повторный анализ исходной матрицы данных в 2019 году показал, что были поддержаны и другие столь же экономные позиции для размещения Chinlestegophis и Gymnophionans среди четвероногих. [50]
В статье 2023 года Клигман и соавторы описали Funcusvermis , еще одну амфибию из формации Чинл в Аризоне. Funcusvermis получил сильную поддержку как стволовую группу червяг на основании особенностей его многочисленных фрагментов черепа и челюстей, крупнейшего известного образца окаменелостей червяг. В статье обсуждались различные гипотезы происхождения червяг: гипотеза полифилии (червячие как лепоспондилы и другие лисамфибии как темноспондилы), гипотеза лепоспондилов (лиссамфибии как лепоспондилы) и новая гипотеза, поддерживаемая Chinlestegophis , где червяги и другие лисамфибии имели разное происхождение. внутри темноспондилов. Тем не менее, все эти идеи были опровергнуты, а наиболее сильно поддержанная гипотеза объединила лиссамфибий в монофилетическую группу диссорофоидных темноспондилов, тесно связанных с Gerobatrachus . [4]
Цецилии - единственный отряд земноводных, который использует исключительно внутреннее оплодотворение (хотя у большинства саламандр есть внутреннее оплодотворение, а хвостатая лягушка в США использует хвостообразный придаток для внутреннего оплодотворения в своей быстротекущей водной среде). [15] У самцов червяг есть длинный трубкообразный интромиттирующий орган , фаллодеум, [51] который вставляется в клоаку самки на два-три часа. Около 25% видов яйцекладущие (яйцекладущие); яйца откладываются в наземных гнездах, а не в воде, и охраняются самкой. У некоторых видов молодые червячие уже метаморфизируются при вылуплении; другие вылупляются как личинки. Личинки не являются полностью водными, а дневное время проводят в почве у воды. [15] [52]
Около 75% червяг живородящие , то есть рождают уже развитое потомство. Плод питается внутри самки клетками, выстилающими яйцевод , которые они поедают специальными скребковыми зубами. Некоторые личинки, например Typhlonectes , рождаются с огромными внешними жабрами , которые почти сразу же сбрасываются.
Яйцекладущий вид герпелид Boulengerula taitana кормит своих детенышей, развивая внешний слой кожи с высоким содержанием жира и других питательных веществ, который молодые особи сдирают с помощью видоизмененных зубов. Это позволяет им расти в 10 раз больше собственного веса за неделю. Шкура съедается каждые три дня — время, необходимое для роста нового слоя, и замечено, что молодые едят ее только ночью. Раньше считалось, что молодые особи питаются только жидкими выделениями матери. [53] [54] [55] Эта форма родительской заботы, известная как материнская дерматофагия, также наблюдалась у двух видов семейства Siphonopidae : Siphonops annulatus и Microcaecilia dermatophaga . Сифонопиды и герпелиды не тесно связаны друг с другом, разошлись в меловой период. Наличие материнской дерматофагии в обеих семьях позволяет предположить, что она может быть более широко распространена среди червяг, чем считалось ранее. [56] [57]
Herpele squalostoma caecilians вертикально передают микробиом материсвоему потомству посредством материнской дерматофагии. По сравнению с другими амфибиями, длительное воспитание червяг может дать полезные бактерии и грибы, но эта передача рискует распространением таких заболеваний, как хитридиомикоз . [58] [59]
Цецилии считаются универсальными хищниками. [60] Хотя червяги, как правило, плотоядны , их диета различается в зависимости от таксона. Содержимое желудка диких червяг включает в себя в первую очередь инженеров почвенных экосистем [61], таких как дождевые черви , термиты , ящерицы , личинки моли и креветки . Некоторые виды червяг в лабораторных условиях оппортунистически поедают новорожденных грызунов , икру лосося и телятину , а также позвоночных животных, таких как сколекофидиевые змеи, ящерицы , мелкие рыбы и лягушки . [62] [63]
Поскольку червяги являются затворнической группой, они фигурируют лишь в нескольких человеческих мифах и обычно считаются отталкивающими в традиционных обычаях.
В фольклоре некоторых регионов Индии червяг боятся и ругают их, считая, что они смертельно ядовиты. Цецилии в Восточных Гималаях в просторечии известны как «змеи с болью в спине», [64] в то время как в Западных Гатах Ichthyophis tricolor считается более токсичным, чем королевская кобра . [65] [66] Несмотря на глубокое культурное уважение к кобре и другим опасным животным, червяг убивают на месте солью и керосином. [65] Эти мифы усложнили инициативы по сохранению индийских червяг. [65] [64] [66]
Crotaphatrema lamottei , редкий вид, обитающий на горе Оку в Камеруне , классифицируется Оку как кефа-нти (роющее существо ) . Кефа-нтие, термин, также охватывающий местных кротов и слепых змей, считается ядовитым и вызывает болезненные язвы при встрече, контакте или убийстве. Согласно традиции Оку, церемония очищения от недуга включает в себя зелье, состоящее из измельченных трав, пальмового масла, раковин улиток и куриной крови, которое наносится на большой палец левой руки и слизывается с него. [67]
Южноамериканские червяги по-разному относятся к местным культурам. [66] Минхокао , легендарный червеобразный зверь в бразильском фольклоре , возможно , был вдохновлен червями. Колумбийский фольклор утверждает, что водное червячье Typhlonectes natans может появиться из пряди волос, запечатанной в затонувшей бутылке. На юге Мексики и в Центральной Америке Dermophis mexicanus в просторечии известен как «тапалкуа», название, отсылающее к убеждению , что он появляется, чтобы внедриться в зад любого ничего не подозревающего человека, который решает забраться на его дом. Это может быть связано с их склонностью гнездиться на свалках. [66]