Meet Odontochelys semitestacea. This little creature spends its days splashing in Late Triassic swamps with a host of other reptiles. Under the surface lies its best defense against attack: a hard shell on its belly.
Встречайте Odontochelys semitestacea. Это маленькое существо проводит свои дни, плескаясь в болотах позднего триаса со множеством других рептилий. Снизу у него находится лучшая защита от атаки: твёрдый панцирь на животе.
Odontochelys is an early ancestor of the turtle. Its half-shelled body illustrates an important point about the modern turtle: it actually has two shells that develop totally separately while the turtle is still an embryo. Both are extensions of the animal’s skeleton, and together they are made of almost 60 bones.
Odontochelys является ранним предком черепахи. Его полужёсткое тело отмечает важную деталь в современной черепахе: у него фактически образуется два независимых панциря, пока он ещё зародыш. Оба являются продолжением скелета животного, и вместе они насчитывают почти 60 костей.
Like other embryos, turtle embryos are made of undifferentiated cells that become specific cell types, and then organs and tissues, through gene activity and communication between cells.
Как и другие эмбрионы, эмбрионы черепахи состоят из недифференцированных клеток, которые становятся специфическими клетками, а затем органами и тканями благодаря деятельности генов и передачи информации между клетками.
At first, turtle embryos look very similar to those of other reptiles, birds, and mammals, except for a bulge of cells called the carapacial ridge. The ridge expands around the body between the neck and lower back, creating a disc shape. It guides the formation of the upper part of the turtle’s shell, called the carapace, likely by attracting the cells that will become ribs. Instead of curving downwards to make a regular rib cage, the ribs move outwards towards the carapacial ridge. They then secrete a signaling protein that converts surrounding cells into bone-forming cells. These fifty bones grow until they meet and connect with sutures. A ring of bone solidifies the carapace’s edges. The outer layer of skin cells produces the scales, known as scutes, that cover the carapace.
Сначала эмбрионы черепахи очень похожи на эмбрионы других рептилий, птиц и млекопитающих, за исключением выпуклости клеток, называемой карапациальным хребтом. Хребет расширяется вокруг тела между шеей и нижней частью спины, создавая форму диска. Он направляет формирование верхней части панциря черепахи, называемого карапакс, вероятно, путём соединения клеток, которые станут рёбрами. Вместо того чтобы изгибаться вниз, как у обычной грудной клетки, рёбра вывернуты наружу в направлении карапасского хребта. Затем они выделяют сигнальный белок, который превращает окружающие клетки в костеобразующие клетки. Эти пятьдесят костей растут, пока не соединятся со швами. Кольцо из кости укрепляет края карапакса. Внешний слой клеток кожи создаёт чешуйки, известные как щитки, которые покрывают карапакс.
The development of the bottom half of the shell, the plastron, is driven by neural crest cells, which can produce a variety of different cell types including neurons, cartilage and bone. A thick shield of these cells spreads across the belly, coming together in regions that produce nine plate-like bones. Eventually, these connect to the carapace by sutures.
Развитая нижняя половина оболочки, пластрон, управляется клетками нервного гребня, которые могут производить различные типы клеток, включая нейроны, хрящи и кости. Толстый щит этих клеток распространяется по всему животу, собираясь воедино в местах, которые создают девять пластинчатых костей. В конце концов они соединяются с карапаксом швами.
A turtle’s shell has obvious advantages for guarding against predators, but the rigid casing also presents some challenges. As the turtle grows, the sutures between the bones of the carapace and plastron spread. Most mammals and reptiles rely on a flexible rib cage that expands to allow them to breathe, but turtles use abdominal muscles attached to the shell instead: one to breathe in, and one to breathe out.
Панцирь черепахи имеет очевидные преимущества для защиты от хищников, но жёсткий корпус представляет и некоторые проблемы. Во время роста черепахи швы между костями карапакса и пластрона расширяются. Большинство млекопитающих и рептилий полагаются на гибкую грудную клетку, которая расширяется, что позволяет им дышать, но черепахи используют вместо этого мышцы живота, прикреплённые к панцирю: один, чтобы вдохнуть, и один, чтобы выдохнуть.
So how did the shell evolve? Though there are still gaps in the fossil record, the first step seems to have been a thickening of the ribs. The oldest known turtle ancestor, a creature called Eunotosaurus africanus, lived 260 million years ago and looked almost nothing like a modern turtle, but it had a set of broad, flat ribs that anchored the muscles of its powerful forearms. Eunotosaurus was likely a burrowing creature, digging homes for itself in what’s now southern Africa.
Так как же панцирь эволюционировал? Хотя в ископаемом материале всё ещё есть пробелы, первым шагом, похоже, было утолщение рёбер. Самый старый известный предок черепахи — существо под названием Eunotosaurus africanus, который жил 260 миллионов лет назад и не выглядел как современная черепаха, но у него был набор широких, плоских рёбер, которые закрепляли мышцы его мощных предплечий. Евнотозавр, вероятно, был роющим существом, копавшим дом для себя там, где сейчас расположен юг Африки.
Odontochelys semitestacea illustrates another, later step in turtle evolution, with thick ribs like Eunotosaurus plus a belly plate for protection. Our first fossil evidence of the full shell characteristic of modern turtles is about 210 million years old, and belongs to a species called Proganochelys quenstedti, whose ribs had fused. Proganochelys could move between water and land. Unlike modern turtles, it couldn’t retract its head into its shell, but had defensive spines on its neck.
O. Semonestacea показывает иной, более поздний шаг в эволюции черепахи, с толстыми рёбрами, как у Eunotosaurus, плюс пластина живота для защиты. Первому найденному ископаемому панцирю, характерному для современных черепах, около 210 миллионов лет, и принадлежит он виду под названием Proganochelys quenstedti, чьи рёбра слились воедино. Proganochelys могли перемещаться как в воде, так и на суше. В отличие от современных черепах, он не мог втянуть голову в панцирь, но на его шее были защитные шипы.
Modern turtle shells are almost as diverse as the turtles themselves. Sea turtles have flatter, lighter shells for streamlined gliding through the water. Land-dwelling tortoises, meanwhile, have domed shells that can slip free of predators’ jaws and help them turn right-side up if they fall on their backs. Leatherback and softshell turtles have shells without the ring of bone around the edge of the carapace or the tough scutes covering it, making it easier for them to squeeze into tight spaces.
Современные панцири черепах почти столь же разнообразны, как сами черепахи. Морские черепахи имеют плоские и лёгкие панцири для плавного передвижения в воде. Наземные черепахи, между тем, имеют куполообразные панцири, которые могут выскальзывать из челюстей хищников и помогать им перевернуться, если они упадут на спину. Кожистые и мягкокожие черепахи имеют панцири без костного кольца вдоль края карапакса или покрывающие их жёсткие щитки, облегчая им доступ к труднодоступным местам.