בסקירה מדעית שערכו מדענים בצוות המכון הסמיתסוני הם מסכמים עשורים של תגליות מדעיות כדי להאיר את התבניות המשותפות והייחודיות שגרמו למעבר יוצא הדופן של לווייתנים, דולפינים, כלבי ים ומינים אחרים שעברו מהיבשה לים ומה גרם להכחדתם של יצורי ים דומים שהתבססו על זוחלים ששלטו בימים בתקופת הדינוזאורים
במשך למעלה מ-250 מיליון שנה כבשו שוב ושוב יצורים יבשתיים בעלי ארבע רגליים את האוקיאנוסים של כדור הארץ. יצורים אלה כגון פלסיוזאורים, פינגווינים וצבי ים הם צאצאים של קבוצות בעלי חיים צמחוניים שירדו לים ופיתחו אבולוציה שאיפשרה להם לשגשג בסביבה הימית.
בסקירה מדעית שערכו מדענים בצוות המכון הסמיתסוני הם מסכמים עשורים של תגליות מדעיות כדי להאיר את התבניות המשותפות והייחודיות שגרמו למעבר יוצא הדופן של לווייתנים, דולפינים, כלבי ים ומינים אחרים שעברו מהיבשה לים. באמצעות הסתמכות על פריצות הדרך האחרונות בתחומים שונים כגון פליאונתולוגיה, ביולוגיה מולקולרית ושימור אקולוגי, הממצאים נותנים מבט שלם על השאלה כיצד הגיבו החיים באוקיאנוסים לשינויים סביבתיים במהלך הזמן. המאמר גם ממחיש כיצד ההיסטוריה האבולוציונית מספקת לנו תובנה על השפעת פעילויות האדם על מינים ימיים כיום. המאמר התפרסם בגיליון ה-17 באפריל של כתב העת "סיינס".
יצורים ימיים בעלי ארבע גפיים מייצגים קבוצות שונות של מינים חיים או נכחדים של יונקים, זוחלים, דו־חיים ועופות שכולם משחקים, או שיחקו, תפקיד קריטי כטורפים גדולים בסביבה הימית. המעבר החוזר ונשנה בין היבשה והים הניע חדשנות, התאמה וגיוון מול התפאורה של המערכות הימיות המשתנות וההכחדות ההמוניות מאז תקופת השלישון. בדרך זו, הם מספקים מודלים לבחינת השערות אודות המינים על פני תקופת זמן ארוכות.
המינים הקיימים היום של יצורים ימיים בעלי ארבע גפיים סובלים מסדרת השפעות של פעילות האדם על סביבתם, לרבות שינויי אקלים, פגיעה בבתי הגידול, התנגשות בספינות ורעשים תת קרקעיים.
"אנו יודעים מרשומות המאובנים כי בפעמים הקודמות בהן התרחש שינוי משמעותי באוקיאנוסים אלו היו נקודות מפנה חשובות בהיסטוריה האבולוציונית של המינים הימיים" אומר ניל קלי, פוסט דוקטורט במחלקה לפליאוביולוגיה במוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע. "האוקיאנוסים ממשיכים להשתנות, וחלק נכבד מהשינוי נובע מפעילות האדם. מחקר זה מספק הקשר אבולוציוני להבנה כיצד יתפתחו מינים קיימים של טורפים ימיים כדי להתאים את עצמם לחיים בעידן האנרופוצני (Anthropocene עידן האדם).
מחקרים עדכניים של מאובנים מספקים תובנה חדשה על האבולוציה של תכונות שאיפשרו ליצורים יבשתיים בעלי ארבע גפיים לשרוד בים. בכמה מקרים התפתחה אנטומיה דומה בשושלות שונות שהתאימו את עצמן לחיים בים. לדוגמה הדולפינים והזוחל הימי הנכחד איכטיוזאורוס (ichthyosaurs) מקורם במשפחות שונות של מינים יבשתיים, אך הם פיתחו לעצמם גוף דומה, בעל מראה של דג למרות הפרש הזמנים העצום ביניהם – 50 מיליון שנה.
השינוי החוזר של רגליים המותאמות להליכה על היבשה לסנפירים הוא עוד דוגמה של אבולוציה מתכנסת. מינים שונים ככלבי ים ומוזזאורוס (mosasaurs) פיתחו באופן נפרד רגליים קדמיות המשתלבות בזרימה ועברו מחיים על היבשה לים, והגפיים הללו איפשרו להם לנוע בקלות ויעילות במים. מקורה של הסבה זו עשוי להיות בשינויים מקבילים ברמת הגנום.
"המעברים מהיבשה לים התרחשו עשרות פעמים בקרב זוחלים יונקים ועופות, לאחר כל ההכחדות הגדולות" אומר ניקולס פיינסון, אוצר המאובנים של יונקים ימיים במוזיאון. "תמיד היצורים הללו נראים דומים, אך ההתכנסות אינה מסתיימת רק מתחת לעור. ניתן לראות אותה בקני מידה שונים מהמולקולות ועד לשרשרת המזון, במשך מאות מיליוני שנים."
מינים צוללי עומק כגון לווייתני המקור וכלבי הים, פיתחו בנפרד חלבונים קושרי חמצן המכונים מיוגלובין בשריריהם המאפשרים להם לשרוד תחת המים לתקופות זמן ארוכות. המדענים גם גילו רצפים גנטיים זהים במינים ימיים שונים כגון לווייתנים, כלבי ים ופרות ים. השאלה האם הדמיון המולקולרי הזה אחראי גם לתבניות הנראות בקנה מידה גדול של אבולוציה מתכנסת או אם האנטומיה המתכנסת נוצרה במסלולים גנטיים שונים בקבוצות שונות נותרה פתוחה ויהיה ניתן לפתור אותה כאשר רצפים גנומיים של המינים הללו יהיו זמינים.
לא כל ההתאמות שנצפות בבעלי חיים ימיים בעלי ארבע גפיים ניתנות לייחוס לאבולוציה מתכנסת. למשל כאשר לווייתני העצם baleen whales התפתחו לחיים מתחת למים, הם פיתחו מערכת סינון מזון התלויה במשטחים דמויי שערות במקום שיניים. בניגוד אליהם לווייתנים בעלי שיניים התפתחו כדי ללכוד טרף באמצעות הפקת קולות ושימוש במיקום באמצעות הד, סוג של סונאר, כדי לעבד את ההדים של הרעשים הללו ולגלות עצמים בים.
קלי ופיינסון הרכיבו מחקר ממחקרים קיימים והסתמכו על אוסף המאובנים במכון הסמיתסוני במהלך המחקר. הכוונה הייתה שסקירה מקיפה זו תעודד שיתופי פעולה עתידיים בין חוקרים מכל התחומים המדעיים כדי להוביל לתובנות חדשות אודות הביולוגיה האבולוציונית, פליאונתולוגיה ושימור הסביבה הימית.