Det pågår en långvarig debatt bland biologer som studerar piggsvin. Det finns 16 piggsvinarter i Central- och Sydamerika, men bara en i USA och Kanada. DNA-bevis tyder på att Nordamerikas enda piggsvin tillhör en grupp som uppstod för 10 miljoner år sedan, men fossiler verkar berätta en annan historia. Vissa paleontologer tror att de kan ha utvecklats för bara 2,5 miljoner år sedan, i början av istiderna.
En ny studie publicerad i tidskriften Current Biology påstår sig ha förlikat tvisten, tack vare ett exceptionellt sällsynt, nästan komplett piggsvinskelett som upptäckts i Florida.
Författarna nådde sin slutsats genom att studera viktiga skillnader i benstruktur mellan nord- och sydamerikanska piggsvin, men att ta sig dit var inte lätt. Det tog en hel klass med doktorander och studenter och flera år av noggranna förberedelser och studier.
"Även för en erfaren kurator med all nödvändig expertis tar det otroligt mycket tid att helt studera och bearbeta ett helt skelett", säger huvudförfattaren Natasha Vitek. Medan han studerade som doktorand vid Floridas naturhistoriska museum, slog Vitek ihop med kurator för paleontologi för ryggradsdjur Jonathan Bloch för att skapa en högskolekurs där studenter fick praktisk forskningserfarenhet genom att studera porcupinefossiler.
Piggsvin är en typ av gnagare, och deras förfäder har troligen sitt ursprung i Afrika för mer än 30 miljoner år sedan. Deras ättlingar har sedan vandrat in i Asien och delar av Europa landvägen, men deras resa till Sydamerika är en särskilt avgörande händelse i däggdjurens historia.
De korsade Atlanten – troligen genom forsränning – när Afrika och Sydamerika låg mycket närmare varandra än de är idag. De var de första gnagarna som någonsin satte sin fot på kontinenten, där de utvecklades till välkända grupper som marsvin, chinchillor, capybaras och piggsvin.
En del tog gigantiska proportioner. Det fanns kluriga, råttliknande djur upp till fem fot långa, utrustade med en liten hjärna som vägde mindre än ett plommon. Utdöda släktingar till kapybaran växte till storleken av kor.
Piggsvin förblev relativt små och utvecklade anpassningar för livet i trädtopparna i Sydamerikas frodiga regnskogar. Idag färdas de genom baldakinen med hjälp av långa fingrar täckta med trubbiga, skäreformade klor perfekt vinklade för att greppa grenar. Många har också långa, gripbara svansar som kan bära sin vikt, som de använder när de klättrar och sträcker sig efter frukt.
Trots deras utmärkta meritlista för att ta sig runt var Sydamerika en återvändsgränd i många miljoner år. En vidsträckt sjöväg med snabba strömmar skilde Nord- och Sydamerika åt, och de flesta djur kunde inte ta sig över — med några anmärkningsvärda undantag.
Med början för cirka 5 miljoner år sedan steg Panamanäset över havet och skar av Stilla havet från Atlanten. Denna landbro blev den uråldriga motsvarigheten till en överbelastad motorväg några miljoner år senare, med trafik som flödade i båda riktningarna.
Förhistoriska elefanter, sabeltandade katter, jaguarer, lamor, pekarier, rådjur, skunkar och björnar strömmade från Nordamerika till söder. Den omvända vandringen gjordes av fyra olika sorters sengångare på marken, överdimensionerade bältdjur, skräckfåglar, kapybarar och till och med ett pungdjur.
De två grupperna mötte radikalt olika öden. De däggdjur som vandrade söderut klarade sig ganska bra; många blev framgångsrikt etablerade i sina nya tropiska miljöer och överlevde till nutid. Men nästan alla härstamningar som vågat sig norrut till kallare miljöer har dött ut. I dag finns det bara tre överlevande:den niobandade bältdjuren, Virginia opossum och den nordamerikanska piggsvinen.
Djur som reste norrut fick kämpa med nya miljöer som inte liknade de som de lämnade efter sig. Varma, tropiska skogar gav vika för öppna gräsmarker, öknar och kalla lövskogar. För piggsvinen innebar detta att klara av brutala vintrar, färre resurser och att komma ner från träden för att gå på land. De har fortfarande inte riktigt fått kläm på det sistnämnda; Nordamerikanska piggsvin har en maximal markhastighet på cirka 4 km/h.
Sydamerikanska piggsvin är utrustade med en hotfull kappa av ihåliga, överlappande fjäderpennor, som erbjuder ett betydande skydd men inte gör mycket för att reglera kroppstemperaturen. Nordamerikanska piggsvin ersatte dessa med en blandning av isolerande päls och långa, nålliknande fjädrar som kan höjas när de känner sig hotade. De var också tvungna att ändra sin kost, vilket ändrade formen på deras käke.
"På vintern, när deras favoritmat inte finns, kommer de att bita i trädbarken för att komma åt den mjukare vävnaden under. Det är inte bra mat, men det är bättre än ingenting," sa Vitek. "Vi tror att den här typen av matning valts för en viss käkstruktur som gör dem bättre på att slipa."
De tappade också sina gripsvansar. Även om nordamerikanska piggsvin fortfarande gillar att klättra, är det inte deras starka sida. Museiprover visar ofta tecken på läkta benfrakturer, troligen orsakade av fall från träd.
Många av dessa egenskaper kan observeras i fossiler. Problemet är att det inte finns många fossiler att gå runt. Enligt Vitek är de flesta antingen enskilda tänder eller käkfragment, och forskare klumpar ofta ihop dem med sydamerikanska piggsvin. De som anses tillhöra den nordamerikanska gruppen saknar de kritiska egenskaper som skulle ge paleontologer ledtrådar om hur de utvecklats.
Så när paleontologen Art Poyer i Florida Museum hittade ett utsökt bevarat piggsvinskelett i ett kalkstensbrott i Florida, var de väl medvetna om dess betydelse.
"När de först tog in den blev jag förvånad", säger Bloch, senior författare till studien. "Det är så sällan man får fossila skelett som detta med inte bara en skalle och käkar, utan många associerade ben från resten av kroppen. Det möjliggör en mycket mer komplett bild av hur detta utdöda däggdjur skulle ha interagerat med sin miljö. Vi märkte direkt att det skilde sig från moderna nordamerikanska piggsvin genom att ha en specialiserad svans för att greppa grenar."
Genom att jämföra det fossila skelettet med ben från moderna piggsvin var Bloch och Vitek säkra på att de kunde fastställa dess identitet. Men mängden arbete detta skulle kräva var mer än en person kunde göra på egen hand på kort tid. Så de skapade tillsammans en paleontologikurs, där den enda uppgiften för hela terminen var att studera piggsvinsben.
"Det är en sådan sak som bara kan läras ut på en plats som Florida Museum, där du har både samlingar och tillräckligt många studenter för att studera dem," sa Vitek. "Vi fokuserade på detaljer om käken, lemmar, fötter och svansar. Det krävde en mycket detaljerad serie jämförelser som du kanske inte ens märkte vid första passet."
Resultaten var överraskande. Fossilet saknade de förstärkta barkgnagande käkarna och hade en gripsvans, vilket gjorde att det verkar vara närmare besläktat med sydamerikanska piggsvin. Men, sa Vitek, andra egenskaper har en starkare likhet med nordamerikanska piggsvin, inklusive formen på mellanöratbenet samt formerna på de nedre fram- och baktänderna.
Med alla data kombinerade gav analyser genomgående samma svar. Fossilerna tillhörde en utdöd art av nordamerikansk piggsvin, vilket betyder att denna grupp har en lång historia som troligen började innan Panamanäset hade bildats. Men frågor kvarstår om hur många arter som en gång funnits i denna grupp eller varför de dog ut.
"En sak som inte löses av vår studie är om dessa utdöda arter är direkta förfäder till den nordamerikanska piggsvinen som lever idag," sa Vitek. "Det är också möjligt att piggsvin har hamnat i tempererade områden två gånger, en gång längs Gulf Coast och en gång ut västerut. Vi är inte där än."
Jennifer Hoeflich, Isaac Magallanes, Sean Moran, Rachel Narducci, Victor Perez, Jeanette Pirlo, Mitchell Riegler, Molly Selba, María Vallejo-Pareja, Michael Ziegler, Michael Granatosky och Richard Hulbert från Florida Museum of Natural History är också författare till tidningen .
Mer information: Natasha S. Vitek et al, En utdöd nordamerikansk piggsvin med en sydamerikansk svans, Current Biology (2024). DOI:10.1016/j.cub.2024.04.069
Journalinformation: Nuvarande biologi
Tillhandahålls av Florida Museum of Natural History
