Dla biologów ewolucyjnych uszy wieloryba są dziwną i fascynującą zagadką. Badanie ich w miarę rozwoju w macicy może pomóc nam zrozumieć, jak ewoluowały. Jednak dzisiejsze zbieranie płodów wielorybów nie wchodzi w rachubę, ponieważ polowanie na wieloryby jest nielegalne, a naukowcy muszą polegać na pasmach, które często nie pojawiają się w ciąży samice.
powiązana zawartość
- Najwcześniejsze wieloryby Baleen dosłownie ssane
- Czego nieżywy płetwal może nas nauczyć o życiu na oceanie io nas samych
- Jak dwóch laserowych kowbojów uratowało dzień
- Za kulisami z kuratorem Nickiem Pyensonem: nowy kopalny wieloryb
Kiedy więc Smithsonian, badaczka Maya Yamato, po raz pierwszy dowiedziała się o kolekcji 56 płodów wieloryba zachowanych w alkoholu w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej, przetransportowała je do skaningowego laboratorium tomografii komputerowej. „Nigdy więcej nie otrzymamy tego rodzaju materiałów”, mówi Yamato, „Ponieważ są one tak cenne i rzadkie, że nie jest pożądane ich analizowanie”.
Yamato, doktor habilitowany współpracujący z kuratorem kopalnych ssaków morskich, Nicholasem Pyensonem, chciał lepiej przyjrzeć się rozwojowi uszu płodów wielorybów. Kolekcja zawiera około 100-letnich okazów, z których większość pochodzi z początku początku i połowy XX wieku, kiedy kwitły komercyjne operacje wielorybnictwa. W 1986 r. Polowanie na wieloryby zostało zakazane przez Międzynarodową Komisję Wielorybniczą, i chociaż niektóre okazy w kolekcji pochodzą z przyłowów i skrętek, wiele z nich jest związanych z polowaniem na wieloryby z wcześniejszej epoki.
„Są wyjątkowe, ponieważ istnieją gatunki, których nikt nigdy nie będzie mógł ponownie zebrać”, mówi Pyenson. „W niektórych przypadkach ani okoliczności, w których zostały zebrane, nie mogą być replikowane, lub organizmów nie ma na wolności”.
Ponieważ wycięcie któregokolwiek z okazów lub wykonanie jakiegokolwiek inwazyjnego badania nie było opcją, Yamato zastosowało nieinwazyjną technologię CT do sprawdzenia bardzo delikatnych rysów wewnątrz czaszek wielorybów. Wyniki pracy Yamato pojawiają się dzisiaj w nowym badaniu w czasopiśmie PLOS ONE . To, co odkrył Yamato, pomaga potwierdzić, co mówią zapisy kopalne o tym, jak wieloryby dokonały dramatycznej zmiany z lądu na morze oraz o tym, jak rodziny wielorybów nadal ewoluują rozbieżne cechy fizyczne, aby dostosować się do różnych stylów życia w podwodnym środowisku.
Maya Yamato (z prawej) i kolega dzielą głowę martwego wieloryba płetwiastego w Zatoce Chesapeake, aby zbadać tkankę miękką związaną z uszami. (Program odpowiedzi na Stranding w Virginia Aquarium) Walenie przekształciły się w dwie odrębne grupy: te z zębami i te z baleenem - szczecinopodobna struktura sitowa wykonana z keratyny. Wieloryby zębowe, takie jak kaszaloty, orki i delfiny, polują i chwytają zdobycz w zębach szczęki, ale wieloryby takie jak humbaki, bluesy i wieloryby piszczałkowe połykają wodę i filtrują ją przez bele, aby złapać małe ryby i kryla.
Nie tylko karmią się w zupełnie inny sposób, ale także dwie grupy wielorybów słyszą inaczej. Grupy przetwarzają dźwięk na skrajnych przeciwnych końcach skali częstotliwości dla słuchu ssaków. Wieloryby Baleen używają dźwięków o bardzo niskiej częstotliwości do komunikowania się na duże odległości. Słyszą i śpiewają, używając częstotliwości niższych niż częstotliwości używane przez ssaków lądowych, nawet słonie.
Z drugiej strony wieloryby zębowe słyszą i wytwarzają dźwięki o częstotliwościach wyższych niż mały brązowy nietoperz, najwyższy ssak lądowy. Uzębione wieloryby polegają na zdolności echolokacji do nawigacji i znalezienia zdobyczy.
Korzystając ze skanów CT kolekcji wieloryba płodu, Yamato i Pyenson byli w stanie prześledzić rozwój tych dwóch bardzo różnych rodzajów wielorybów. „Gdyby Smithsonian nie miał skanera CT i nie miałby największej kolekcji ssaków morskich na świecie, to badanie prawdopodobnie by się nie odbyło”, powiedział Yamato.
Ona i Pyenson są pierwszymi naukowcami, którzy zidentyfikowali rozwijający się „lejek akustyczny” w uszach próbki płodu. Uszy wieloryba są całkowicie wewnętrzne. Polegają na tkance tłuszczowej związanej ze stożkiem lejka akustycznego, który występuje tylko u wielorybów. Dokładnie to, jak działają, nie jest jeszcze w pełni zrozumiałe. We wszystkich wielorybach zębatych lejek akustyczny jest skierowany do przodu, ale u niektórych wielorybów lejowatych lejek jest skierowany w stronę głowy.
Zespół badawczy stał się pierwszą grupą naukowców, którzy zidentyfikowali i zobrazowali rozwój in situ określonego obszaru ucha występującego wyłącznie u wielorybów znanych jako „lejek akustyczny” (powyżej: różowy stożek), struktura uważana za kluczowy element aby lepiej zrozumieć, jak słyszą baleen (u dołu) i zębowce (u góry) w ich środowiskach wodnych. (Yamato M, Pyenson ND (2015)) Wczesne etapy rozwoju ucha płodów przypominają ewolucyjną dywergencję waleni od ich przodków żyjących na lądzie. A co ważniejsze, rozbieżność między dwiema grupami. Lejek akustyczny rozwija się początkowo podobnie we wszystkich waleniach. Potem, w miarę rozwoju płodów obu grup, zmienia orientację i kształt w mózgu, naśladując proces ewolucyjny.
„Chcemy móc wyśledzić wszystkie struktury w uchu.” Mówi Yamato. „We wczesnych płodach widzimy typowe struktury ssaków. Są bardziej podobne do wszystkich innych ssaków - do ssaków lądowych. Dzięki tej nieinwazyjnej metodzie badania tych rzadkich okazów jesteśmy w stanie zaobserwować, w jaki sposób te typowe składniki ssaków lądowych są zmieniane, aby uszy współczesnych wielorybów. ”
Tego rodzaju informacje są trudne do zdobycia. Starożytne płody nie zachowują się dobrze w zapisie kopalnym. Pyenson mówi, że istnieje tylko jeden znany skamieniały okaz nienarodzonego wieloryba. Tak więc badanie tych historycznych okazów, które obejmowały 15 różnych gatunków wielorybów zębatych i baleen, było jak otwarcie skarbnicy danych. Teraz, gdy skany są dostępne dla społeczności naukowej, inni naukowcy już zaczynają je wykorzystywać do badania innych cech rozwoju wielorybów.
„Jak się rozwijamy, szczególnie w macicy, wiele nam mówi o tym, jak ewoluowaliśmy”, mówi Pyenson. „Patrząc na dane dotyczące płodu, możemy uzyskać wiele odpowiedzi w zakresie rozwoju zwierzęcia”.
„Ten rodzaj badań pomaga zilustrować niesamowitą różnorodność i adaptację życia na Ziemi”, dodaje Yamato. „Chociaż wszyscy wywodzimy się od tego samego przodka, mamy różne strategie radzenia sobie w bardzo różnych środowiskach”.
