Сина́псиды (также употребляется синапси́ды) — клада амниот, включающая млекопитающих и всех вымерших животных, более близких к млекопитающим, чем к завропсидам (рептилиям, включая птиц). Синапсиды легко отличаются от других амниот по височному отверстию, отверстию в нижней части черепной крыши за каждым глазом, образующим под ними костные дуги, что объясняет их названиеRomer A. S. & Parsons T. S. (1985). The Vertebrate Body. (6th ed.) Saunders, Philadelphia.. Возникли в среднем или раннем карбоне, около 310—330 млн лет назад.
На протяжении большей части XX века синапсиды считались одним из подклассов класса пресмыкающихся, не включающим млекопитающих. Так, в монографии Р. Кэрролла синапсиды выступали именно как подкласс класса пресмыкающиеся (Reptilia), включавший 2 отряда: пеликозавров (Pelycosauria) и терапсид (Therapsida). Позднее широкое распространение представлений, характерных для филогенетической систематики, привело к пересмотру классификации синапсид; в конце XX века они были выведены из состава класса пресмыкающихся.
По современным представлениям, синапсиды вместе с сестринской группой завропсид (рептилий) образуют кладу амниот — крупнейшую по объёму группу в составе надкласса четвероногих.. Поскольку в своём традиционном составе синапсиды являются парафилетической группой по отношению к млекопитающим, в научном сообществе сложился консенсус, согласно которому млекопитающие образуют подгруппу синапсид. Всех синапсид, за исключением млекопитающих, называют немаммальными синапсидами.
История изучения
Первые открытия
История изучения синапсид восходит к 1838 году. В этом году российский зоолог С. С. Куторга, исследуя находки, сделанные в 1770-е годы русскими горными инженерами в медистых песчаниках на западных склонах Уральских гор, дал первые научные описания ископаемых остатков синапсид, выделив виды , и Syodon biarmicum. Эти виды учёный считал примитивными млекопитающими; по современным представлениям они относятся к группе дейноцефалов. В 1841 году другой российский зоолог, Г. И. Фишер фон Вальдгейм, в ходе изучения ископаемых остатков из того же региона описал вид Rhopalodon wangenheimi (также ныне относимый к дейноцефалам).
В 1845 году английский зоолог Ричард Оуэн, изучая находки, сделанные в регионе Кару на юге Африки , описал вид Dicynodon lacerticeps — первого представителя группы дицинодонтов, причём отнёс данный вид к рептилиям — P. 89—92.. В 1854 году американский зоолог Джозеф Лейди описал по найденной на канадском острове Принца Эдуарда части верхней челюсти вид Bathygnathus borealis (в 2015 году переклассифицирован как Dimetrodon borealis — P. 1109—1120. — .) — первого пеликозавра — P. 3—5.. Постепенно появлялись и новые находки; обобщая результаты первых исследований, Р. Оуэн установил в 1859 году отряд рептилий Anomodontia, а в 1876 году выделил из него отдельный отряд Theriodontia (включавший формы с многочисленными хорошо дифференцированными зубами). В 1878 году американский палеонтолог Эдвард Коп ввёл отряд Theromorpha с подразделением его на подотряды Pelycosauria и Anomodontia (последние, в свою очередь, включали группы Dicynodontia и Theriodontia), указав при этом на систематическую близость Theromorpha и млекопитающих — P. 517.. Вскоре Коп, однако, расширил объём Theromorpha, включив в него также котилозавров — P. 426.; в то же время выделенное им в 1884 году семейство Tritylodontidae он причислил не к Theromorpha, а к млекопитающим (лишь в 1956 году немецкий палеонтолог Вальтер Кюне отнёс это семейство к цинодонтам) — P. 385—391. — ..
Конец XIX — начало XX века
В течение XIX и начала XX века было сделано много находок ископаемых остатков синапсид — в основном в трёх удалённых друг от друга регионах: Южной Африке, Северной Америке и Восточной Европе (положение принципиально не изменилось и позднее: хотя остатки синапсид находили в самых различных местах земного шара, ведущими источниками сведений о синапсидной фауне оставались именно три упомянутых региона) — P. 1231—1247. — .. Продолжалось — усилиями таких палеонтологов, как Р. Оуэн, Г. Сили, Р. Брум, Д. Уотсон — изучение региона Кару, в результате чего были описаны такие известные представители терапсид, как горгонопс, , тринаксодон, диадемодон, трираходон, циногнат, каннемейерия, баурия, мосхопс, , арктопс — P. 23—27.. Со 2-й половины 1870-х годов начались результативные поиски ископаемых остатков синапсид в Северной Америке: Э. Коп описал виды пеликозавров (1875) по находкам в Иллинойсе и Dimetrodon limbatus (1878) по находкам в Техасе, а оппонент Копа О. Ч. Марш в том же 1878 году по ископаемым остаткам из Нью-Мексико описал виды пеликозавров Sphenacodon ferox и Ophiacodon mirus — P. 5—62. — .. Важнейшим этапом палеонтологического исследования Восточной Европы стали ежегодные экспедиции В. П. Амалицкого в бассейн Северной Двины (1895—1914 годы), в ходе которых были описаны, в частности, иностранцевия, двиния, венюковия — С. 19—20..
Американский палеонтолог Генри Осборн в 1903 году ввёл деление класса Reptilia на два подкласса: Diapsida и Synapsida. Объём подкласса синапсид в трактовке Осборна, правда, существенно отличался от принимаемого ныне, так как Осборн включил в него наряду с надотрядом Anomodontia также котилозавров, черепах и завроптеригий (т. e. группы с анапсидным и эвриапсидным строением черепа), а отряд Pelycosauria отнёс к диапсидам (считая предложенное Копом их объединение с Anomodontia в одном таксоне и сам термин Theromorpha неправомерными). Другие палеонтологи ввели в эту классификацию уточнения, но само название Synapsida удержалось и со временем почти полностью вытеснило название Theromorpha — P. 1109—1120..
В результате «лишние» группы были выведены из объёма Synapsida, и уже в 1925 году в фундаментальной монографии Сэмюэла Уиллистона «The Osteology of the Reptiles» данный таксон предстаёт — как и в большинстве последующих работ XX века — как подкласс, состоящий из двух отрядов: Pelycosauria (с более примитивными формами) и Therapsida (к которому были отнесены более продвинутые формы). Сам Уиллистон, впрочем, первый из этих отрядов именовал Theromorpha, а объём Pelycosauria трактовал более узко; в 1940 году Альфред Ромер и в своём исследовании «Review of the Pelycosauria» приняли для данного отряда название Pelycosauria — P. 211, 228, 236—237. — P. 17—30. — .. С другой стороны, объём Anomodontia постепенно был ограничен лишь дицинодонтами и близкородственными группами — P. 449—480. — ..
XX век и начало XXI века На протяжении XX века и в начале XXI века изучение синапсид продолжалось. Были описаны новые роды и виды, а на основании анализа особенностей их скелета, микроструктуры костей и зубной системы получены новые сведения о морфологии, физиологии и образе жизни синапсид — P. 91—120.. Стало практически общепринятым деление пеликозавров на 6 семейств (Ophiacodontidae, Varanopidae, Eothyrididae, Caseidae, Edaphosauridae, Sphenacodontidae) — P. 3—30. и терапсид на 6 основных групп (Biarmosuchia, Dinocephalia, Anomodontia, Gorgonopsia, Therocephalia, Cynodontia), причём в основном утвердился консенсус относительно филогенетических связей между перечисленными группами синапсид (см. раздел «Классификация синапсид»). Особое место в системе синапсид заняли раннепермские роды тетрацератопс (Tetraceratops, обнаружен в 1897 и описан в 1908 году) и раранимус (Raranimus, обнаружен в 1998 и описан в 2009 году), которые совмещают признаки, характерные для пеликозавров и терапсид; эти два рода, видимо, образуют соответственно две наиболее ранние (последовательно отделившиеся) ветви терапсид — P. 301—312. — . — P. 393—400. — ..
В конце XX века получила распространение трактовка таксона Synapsida как самостоятельного класса (а не подкласса в составе класса Reptilia, как раньше); заметим, что Адриан Бринк ещё в 1963 году предлагал — P. 153—159. поднять таксономический ранг Synapsida до класса с двумя подклассами: Pelycosauria и Therapsida. В то же время распространение кладистики привело к тому, что теперь название Synapsida обычно используется в расширенном смысле и применяется к кладе, включающей не только синапсид в классическом понимании, но и млекопитающих (по отношению к данной кладе реже применяют также названия Theropsida — P. 369—388. — . — P. 10—13. или Pan-Mammalia — P. 43—65. — .). При этом млекопитающих также вводят и в состав Therapsida, а таксон Pelycosauria не используют из-за парафилетичности — P. 269—271..
Особенности строения
Характерной чертой синапсид является наличие с каждой стороны их черепа одного височного отверстия, ограниченного сверху височной дугой из заглазничной и чешуйчатой костей (у завроптеригий — тоже одно височное отверстие, но лежащее выше заглазничной кости, а у диапсид — два височных отверстия). На приведённом справа рисунке показано типичное для синапсид строение черепа и обозначены кости: p — теменная, po — заглазничная, sq — чешуйчатая, j — скуловая, qj — квадратно-скуловая, q — квадратная. Височные отверстия служат для выхода челюстных мышц, а их наличие позволяло тем амниотам, которые их имели, более эффективно — по сравнению с земноводными и черепахами (череп которых височных отверстий не имеет) — кусать свою добычу.
Нижняя челюсть у большинства немаммальных синапсид имеет полный набор костей, характерный для ранних амниот. С черепом она сочленяется челюстным суставом, образованным (как и у других амниот, но не у млекопитающих) квадратной и сочленовной костями. У млекопитающих же на смену такому сочленению приходит вторичный челюстной сустав, образуемый уже чешуйчатой и зубной костями. Традиционно именно формирование вторичного челюстного сустава рассматривают как ведущий признак, позволяющий провести грань между классами млекопитающих и синапсид; уточнённая формулировка диагностического признака млекопитающих, предложенная в 2002 году Ло Чжэси, З. Келян-Яворовской и Р. Чифелли, звучит так: «сочленение нижней челюсти с черепом, при котором сочленовная головка зубной кости входит в гленоид (суставную впадину) на чешуйчатой кости» (у синапсид из семейства Tritheledontidae тоже сочленяются чешуйчатая и зубная кости, хотя нет ни сочленовной головки, ни выраженной области гленоида).
Уже у некоторых ранних синапсид (пеликозавров) зубы обнаруживают начальные этапы дифференцировки: зубы, располагавшиеся на предчелюстных костях, напоминают по форме резцы, далее следуют клыки и щёчные зубы (последние сохраняют исходную коническую форму). Более выраженный характер дифференцировка зубов приобретает у продвинутых синапсид (терапсид); чётко выражена она у представителей группы териодонтов («зверозубые»), причём если у горгонопсов щёчные зубы остаются простыми коническими (а иногда вовсе исчезают), то у цинодонтов они имеют сложно устроенную жевательную поверхность.
Важным эволюционным завоеванием продвинутых териодонтов стало формирование вторичного костного нёба (оно происходило независимо у триасовых тероцефалов и цинодонтов). Вторичное нёбо существенно укрепило верхнюю челюсть и надёжно обособило носовую и ротовую полости, позволяя животному непрерывно дышать при пережёвывании пищи.
Судя по всему, синапсиды, в отличие от завропсид, изначально имели гладкую, лишённую чешуи кожу, в которой были многочисленные железы. Для большинства млекопитающих и, вероятно, некоторых их вымерших родственников, характерен волосяной покров, обеспечивавший термоизоляцию (полагают, что волосы первоначально могли появиться в виде средств осязания — таких, как вибриссы). Немаммальные синапсиды размножались путём откладывания яиц — С. 103.. Среди млекопитающих однопроходные также сохранили эту особенность; все остальные современные млекопитающие являются живородящими.
Классификация синапсид