Эвалюцыйныя біёлагі паведамляюць, што яны аб'ядналі ПЭТ-сканаванне сучасных галубоў разам з даследаваннямі выкапняў дыназаўраў, каб дапамагчы адказаць на вечнае пытанне ў біялогіі: як развіваўся мозг птушак, каб яны маглі лётаць?
Птушка – ілюстрацыйнае фота. Крэдыт выявы: Pixabay (Бясплатная ліцэнзія Pixabay)
Адказ, відаць, заключаецца ў адаптыўным павелічэнні памеру мозачка ў некаторых выкапнёвых пазваночных. Мазжачок - гэта вобласць у задняй частцы галаўнога мозгу птушак, якая адказвае за рух і кантроль маторыкі.
Вынікі даследавання апублікаваны ў часопісе Працы Каралеўскага грамадства B.
«Мы выявілі, што калі птушкі пераходзяць са стану спакою на палёт, ланцугі ў мозачку актывуюцца больш, чым у любой іншай частцы мозгу», — сказаў суаўтар даследавання. Поль Жыньяк, дацэнт Універсітэта Арызоны Медыцынскі каледж - Тусон, вывучаючы нейраанатомію і эвалюцыю. Ён таксама з'яўляецца навуковым супрацоўнікам Амерыканскага музея натуральнай гісторыі.
«Затым мы паглядзелі на чэрап, які адпавядае гэтай вобласці ў выкапнях дыназаўраў і птушак, каб адсачыць, калі мазжачок павялічыўся», — сказаў Жыньяк. «Першы імпульс павелічэння адбыўся яшчэ да таго, як дыназаўры ўзышлі на крыло, што паказвае, што ў палёце птушак выкарыстоўваюцца старажытныя і добра захаваныя нервовыя рэле, але з унікальна павышаным узроўнем актыўнасці».
Навукоўцы доўгі час лічылі, што мозачак павінен быць важным у палёце птушак, але ім не хапала прамых доказаў. Каб дакладна вызначыць яго каштоўнасць, новае даследаванне аб'яднала дадзеныя сучасных ПЭТ-сканавання звычайных галубоў з летапісам выкапняў, даследуючы вобласці мозгу птушак падчас палёту і карпусы мозгу старажытных дыназаўраў. ПЭТ-сканаванне паказвае, як працуюць органы і тканіны.
«Палёты з рухавіком сярод пазваночных - рэдкая падзея ў эвалюцыйнай гісторыі», - сказала вядучы аўтар даследавання Эмі Баланаў з Медыцынскай школы універсітэта Джона Хопкінса.
Фактычна толькі тры групы пазваночных жывёл, або жывёл з хрыбетнікам, эвалюцыянавалі для палёту: вымерлыя птэразаўры - жахі неба ў перыяд мезазоя, які скончыўся больш за 65 мільёнаў гадоў таму - кажаны і птушкі, сказаў Баланаў. Тры лятаючыя групы не цесна звязаны на эвалюцыйным дрэве, і ключавыя фактары, якія дазволілі палёт ва ўсіх трох, застаюцца незразумелымі.
Акрамя знешніх фізічных прыстасаванняў для палёту, такіх як доўгія верхнія канечнасці, пэўныя віды пёраў, абцякальнае цела і іншыя асаблівасці, каманда распрацавала даследаванне, каб знайсці асаблівасці, якія ствараюць гатовы да палёту мозг.
Для гэтага каманда ўключыла біямедыцынскіх інжынераў з Універсітэта Стоні Брук у Нью-Ёрку, каб параўнаць мазгавую актыўнасць сучасных галубоў да і пасля палёту.
Даследчыкі правялі ПЭТ-сканаванне, каб параўнаць актыўнасць у 26 абласцях мозгу, калі птушка знаходзілася ў стане спакою і адразу пасля таго, як яна на працягу 10 хвілін пералятала з аднаго акуня на другі. Яны адсканавалі восем птушак у розныя дні. Пры ПЭТ-сканаванні выкарыстоўваецца злучэнне, падобнае да глюкозы, якое можна адсачыць да месца, дзе яно найбольш паглынаецца клеткамі мозгу, што паказвае на павелічэнне спажывання энергіі і, такім чынам, актыўнасці. Трэкер дэградуе і выводзіцца з арганізма на працягу дня-двух.
З 26 рэгіёнаў адна вобласць – мозачак – мела статыстычна значнае павелічэнне ўзроўню актыўнасці паміж адпачынкам і палётам ва ўсіх васьмі птушак. У цэлым узровень павышэння актыўнасці ў мозачку значна адрозніваўся ў параўнанні з іншымі абласцямі мозгу.
Даследчыкі таксама выявілі павышаную мазгавую актыўнасць у так званых шляхах глядзельнага патоку, сетцы мазгавых клетак, якая злучае сятчатку вока з мозачкам. Гэтыя шляхі апрацоўваюць рух па полі зроку.
Баланаў сказаў, што высновы групы аб павелічэнні актыўнасці ў мозачку і шляхах глядзельнага патоку не абавязкова былі дзіўнымі, паколькі, як мяркуецца, гэтыя вобласці гуляюць ролю ў палёце.
Новым у іх даследаванні было звязванне знаходак мозачка ў мазгах з магчымасцю палёту ў сучасных птушак з летапісам выкапняў, якія паказалі, як мозг птушыных дыназаўраў пачаў ствараць умовы мозгу для маторнага палёту.
Для гэтага каманда выкарыстала алічбаваную базу дадзеных эндакастаў, або злепкаў унутранай прасторы чэрапаў дыназаўраў, якія пры запаўненні нагадваюць мозг.
Затым яны ідэнтыфікавалі і прасачылі значнае павелічэнне аб'ёму мозачка ў некаторых з самых ранніх відаў дыназаўраў-маніраптараў, якія папярэднічалі з'яўленню маторнага палёту сярод старажытных сваякоў птушак, у тым ліку археоптерикс, крылаты дыназаўр.
Даследчыкі пад кіраўніцтвам Баланава таксама выявілі ў эндакастах доказы павелічэння згортвання тканін у мозачку ранніх маніраптаранаў, што сведчыць пра павелічэнне складанасці мозгу.
Даследчыкі папярэдзілі, што гэта раннія высновы, і што змены мазгавой актыўнасці падчас палёту з рухавіком могуць адбыцца і пры іншых паводзінах, такіх як планіраванне. Яны таксама адзначаюць, што іх выпрабаванні ўключалі просты палёт, без перашкод і з лёгкай траекторыяй палёту, і іншыя вобласці мозгу могуць быць больш актыўнымі падчас складаных манеўраў палёту.
Даследчая група плануе вызначыць дакладныя вобласці ў мозачку, якія дазваляюць мозгу быць гатовым да палёту, і нейронавыя сувязі паміж гэтымі структурамі.
Навуковыя тэорыі таго, чаму мозг павялічваецца на працягу эвалюцыйнай гісторыі, уключаюць неабходнасць перасякаць новыя і розныя ландшафты, ствараючы глебу для палёту і іншых стыляў лакаматыва, сказаў суаўтар Габрыэль Бевер з Медыцынскай школы Універсітэта Джона Хопкінса.
Сярод іншых аўтараў даследавання - Элізабэт Ферэр з Амерыканскага музея натуральнай гісторыі і Універсітэта Сэмюэля Мерыта; Леміс Салех і Пол Васка з Універсітэта Стоні Брук; М. Яўгенія Голд з Амерыканскага музея натуральнай гісторыі і Універсітэта Саффолка; Хесус Маругáп-лобón Аўтаномнага ўніверсітэта Мадрыда; Марк Норэл з Амерыканскага музея натуральнай гісторыі; Дэвід Уэллет з Медыцынскага каледжа Вейла Корнела; Майкл Салерна з Універсітэта Пенсільваніі; Акінобу Ватанабэ з Амерыканскага музея натуральнай гісторыі, каледжа астэапатычнай медыцыны Нью-Йоркскага тэхналагічнага інстытута і Лонданскага музея натуральнай гісторыі; і Шуі Вэй з Нью-Йоркскага пратоннага цэнтра.
Гэта даследаванне было прафінансавана Нацыянальным навуковым фондам.
крыніца: Універсітэт штата Арызона
