Els biòlegs evolucionistes informen que han combinat exploracions PET de coloms moderns juntament amb estudis de fòssils de dinosaures per ajudar a respondre una pregunta perdurable en biologia: com van evolucionar els cervells dels ocells per permetre-los volar?
Un ocell - foto il·lustrativa. Crèdit d'imatge: Pixabay (Llicència Pixabay gratuïta)
La resposta sembla ser un augment adaptatiu de la mida del cerebel en alguns vertebrats fòssils. El cerebel és una regió a la part posterior del cervell de l'ocell que és responsable del moviment i el control motor.
Els resultats de la investigació es publiquen a la revista Proceedings of the Royal Society B.
"Hem trobat que quan els ocells passen del repòs al vol, els circuits del cerebel s'activen més que a qualsevol altra part del cervell", va dir el coautor de l'estudi. Paul Gignac, professor associat a la Universitat d'Arizona Facultat de Medicina - Tucson, estudiant neuroanatomia i evolució. També és investigador associat al Museu Americà d'Història Natural.
"Llavors vam mirar el crani corresponent a aquesta regió en fòssils de dinosaures i ocells per fer un seguiment de quan el cerebel es va engrandir", va dir Gignac. "El primer pols d'ampliació es va produir abans que els dinosaures volessin, cosa que demostra que el vol aviari utilitza relés neuronals antics i ben conservats, però amb nivells d'activitat excepcionalment elevats".
Els científics han pensat durant molt de temps que el cerebel hauria de ser important en el vol dels ocells, però no tenien proves directes. Per determinar el seu valor, la nova investigació va combinar les dades d'imatges d'escaneig PET modernes de coloms normals amb el registre fòssil, examinant les regions cerebrals dels ocells durant el vol i els cervells dels dinosaures antics. Les exploracions PET mostren com funcionen els òrgans i els teixits.
"El vol motoritzat entre vertebrats és un esdeveniment rar en la història de l'evolució", va dir l'autor principal Amy Balanoff, de la Johns Hopkins University School of Medicine.
De fet, només tres grups de vertebrats, o animals amb columna vertebral, van evolucionar per volar: els pterosaures extints, els terrors del cel durant el període Mesozoic, que va acabar fa més de 65 milions d'anys, els ratpenats i els ocells, va dir Balanoff. Els tres grups de vol no estan estretament relacionats a l'arbre evolutiu, i els factors clau que van permetre el vol en els tres no estan clars.
A més de les adaptacions físiques exteriors per al vol, com ara extremitats superiors llargues, certs tipus de plomes, un cos aerodinàmic i altres característiques, l'equip va dissenyar investigacions per trobar característiques que van crear un cervell preparat per al vol.
Per fer-ho, l'equip va incloure enginyers biomèdics de la Universitat Stony Brook de Nova York per comparar l'activitat cerebral dels coloms moderns abans i després del vol.
Els investigadors van realitzar exploracions PET per comparar l'activitat a 26 regions del cervell quan l'ocell estava en repòs i immediatament després de volar durant 10 minuts d'una perxa a una altra. Van escanejar vuit ocells en dies diferents. Les exploracions PET utilitzen un compost similar a la glucosa que es pot rastrejar fins on és més absorbida per les cèl·lules cerebrals, cosa que indica un ús més gran d'energia i, per tant, d'activitat. El rastrejador es degrada i s'excreta del cos en un dia o dos.
De les 26 regions, una àrea, el cerebel, va tenir augments estadísticament significatius dels nivells d'activitat entre el repòs i el vol en els vuit ocells. En general, l'augment del nivell d'activitat del cerebel va variar significativament, en comparació amb altres àrees del cervell.
Els investigadors també van detectar un augment de l'activitat cerebral en les anomenades vies de flux òptic, una xarxa de cèl·lules cerebrals que connecta la retina de l'ull amb el cerebel. Aquestes vies processen el moviment a través del camp visual.
Balanoff va dir que les troballes de l'equip sobre l'augment de l'activitat en el cerebel i les vies de flux òptic no eren necessàriament sorprenents, ja que s'ha plantejat la hipòtesi que les àrees tenen un paper en el vol.
El que era nou en la seva investigació va ser enllaçar les troballes del cerebel de cervells habilitats per volar en ocells moderns amb el registre fòssil que mostrava com els cervells dels dinosaures semblants a ocells van començar a desenvolupar condicions cerebrals per al vol motoritzat.
Per fer-ho, l'equip va utilitzar una base de dades digitalitzada d'endocasts, o motlles de l'espai intern dels cranis de dinosaures, que, quan s'omplen, s'assemblen al cervell.
Després van identificar i rastrejar un augment considerable del volum del cerebel a algunes de les primeres espècies de dinosaures maniraptorans, que van precedir les primeres aparicions del vol motoritzat entre els antics parents d'ocells, incloent-hi Archaeopteryx, un dinosaure alat.
Els investigadors liderats per Balanoff també van trobar proves en els endocasts d'un augment del plegament de teixits al cerebel dels primers maniraptorans, una indicació d'una complexitat cerebral creixent.
Els investigadors van advertir que es tracta de troballes primerenques i que els canvis d'activitat cerebral durant el vol motoritzat també podrien produir-se durant altres comportaments, com ara planejar. També observen que les seves proves van implicar un vol senzill, sense obstacles i amb una ruta de vol fàcil, i altres regions del cervell poden ser més actives durant maniobres de vol complexes.
L'equip d'investigació té previst identificar àrees precises del cerebel que permetin un cervell preparat per volar i les connexions neuronals entre aquestes estructures.
Les teories científiques sobre per què el cervell es fa més gran al llarg de la història de l'evolució inclouen la necessitat de travessar paisatges nous i diferents, preparant l'escenari per al vol i altres estils de locomotores, va dir el coautor Gabriel Bever de la Johns Hopkins University School of Medicine.
Altres autors de l'estudi inclouen Elizabeth Ferrer del Museu Americà d'Història Natural i la Universitat Samuel Merritt; Lemise Saleh i Paul Vaska de la Universitat Stony Brook; M. Eugenia Gold del Museu Americà d'Història Natural i de la Universitat de Suffolk; Jesús Marugán-Lobón de la Universitat Autònoma de Madrid; Mark Norell del Museu Americà d'Història Natural; David Ouellette de Weill Cornell Medical College; Michael Salerno de la Universitat de Pennsilvània; Akinobu Watanabe del Museu Americà d'Història Natural, New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine i Natural History Museum de Londres; i Shouyi Wei del New York Proton Center.
Aquesta investigació va ser finançada per la National Science Foundation.
font: Universitat d'Arizona
