Evolutsioonibioloogid teatavad, et nad on kombineerinud tänapäevaste tuvide PET-skaneeringuid koos dinosauruste fossiilide uuringutega, et aidata vastata bioloogias püsivale küsimusele: kuidas arenesid lindude ajud, et võimaldada neil lennata?
Lind – illustreeriv foto. Pildi krediit: Pixabay (tasuta Pixabay litsents)
Vastus näib olevat mõne fossiilse selgroogse väikeaju suuruse adaptiivne suurenemine. Väikeaju on linnuaju tagaosas asuv piirkond, mis vastutab liikumise ja motoorse juhtimise eest.
Uurimistulemused avaldatakse ajakirjas Proceedings of the Royal Society B.
"Leidsime, et kui linnud lähevad puhkeolekust lendu, aktiveeruvad väikeaju ahelad rohkem kui üheski teises ajuosas," ütles uuringu kaasautor. Paul Gignac, Arizona ülikooli dotsent Meditsiinikolledž - Tucson, uurides neuroanatoomiat ja evolutsiooni. Ta on ka Ameerika loodusloomuuseumi teadur.
"Seejärel vaatasime sellele piirkonnale vastavat kolju dinosauruste ja lindude fossiilides, et jälgida väikeaju suurenemist," ütles Gignac. "Esimene laienemisimpulss toimus enne dinosauruste tiivumist, mis näitab, et lindude lend kasutab iidseid ja hästi säilinud närvireleed, kuid ainulaadselt kõrge aktiivsusega."
Teadlased on pikka aega arvanud, et väikeaju peaks olema linnulennul oluline, kuid neil puudusid otsesed tõendid. Selle väärtuse täpsustamiseks ühendas uus uurimus tavaliste tuvide kaasaegsed PET-skaneerimise pildiandmed fossiilsete andmetega, uurides lindude ajupiirkondi lennu ajal ja iidsete dinosauruste ajukorpusi. PET-skaneeringud näitavad, kuidas elundid ja kuded töötavad.
"Selgroogsete seas on jõuline lend evolutsiooniajaloos haruldane sündmus," ütles juhtiv autor Amy Balanoff Johns Hopkinsi ülikooli meditsiinikoolist.
Tegelikult arenes lendama vaid kolm selgroogsete ehk selgroogsete loomade rühma: väljasurnud pterosaurused – mesosoikumi perioodil, mis lõppes üle 65 miljoni aasta tagasi, taevahirmud – nahkhiired ja linnud, ütles Balanoff. Kolm lendavat rühma ei ole evolutsioonipuul tihedalt seotud ja peamised tegurid, mis võimaldasid lendu kõigis kolmes, on jäänud ebaselgeks.
Lisaks lennuks tehtavatele füüsilistele kohanemistele, nagu pikad ülajäsemed, teatud tüüpi suled, voolujooneline keha ja muud omadused, kavandas meeskond uuringuid, et leida funktsioone, mis loovad lennuvalmis aju.
Selleks kaasati meeskonda New Yorgi Stony Brooki ülikooli biomeditsiiniinsenere, et võrrelda tänapäevaste tuvide ajutegevust enne ja pärast lendu.
Teadlased tegid PET-skaneeringuid, et võrrelda aktiivsust 26 ajupiirkonnas, kui lind oli puhkeolekus ja vahetult pärast seda, kui ta lendas 10 minutit ühelt ahvenalt teisele. Nad skaneerisid kaheksa lindu erinevatel päevadel. PET-skaneerimisel kasutatakse glükoosiga sarnast ühendit, mida saab jälgida kohtades, kus ajurakud seda kõige enam neelavad, mis näitab energiatarbimise ja seega aktiivsuse suurenemist. Jälgija laguneb ja eritub kehast päeva või kahe jooksul.
26 piirkonnast ühes piirkonnas – väikeajus – oli kõigi kaheksa linnu aktiivsus puhkamise ja lendamise vahel statistiliselt oluline. Üldiselt erines väikeaju aktiivsuse suurenemine teiste ajupiirkondadega võrreldes oluliselt.
Teadlased avastasid ka aju aktiivsuse suurenemist nn optilise voolu radadel, ajurakkude võrgustikus, mis ühendab silma võrkkesta väikeajuga. Need rajad töötlevad liikumist läbi nägemisvälja.
Balanoff ütles, et meeskonna järeldused väikeaju ja optilise voolu aktiivsuse suurenemise kohta ei olnud tingimata üllatavad, kuna oletatakse, et need piirkonnad mängivad lendu.
Nende uurimistöös oli uus seostada tänapäevaste lindude lennuvõimeliste ajude väikeaju leide fossiilsete dokumentidega, mis näitasid, kuidas linnusarnaste dinosauruste aju hakkas looma ajutingimusi mootoriga lendamiseks.
Selleks kasutas meeskond endocastide ehk dinosauruste koljude siseruumi vormide digiteeritud andmebaasi, mis täidetuna meenutavad aju.
Seejärel tuvastasid ja jälgisid nad väikeaju mahu märkimisväärset suurenemist mõnede varasemate maniraptoran-dinosauruste liikideni, mis eelnes iidsete lindude sugulaste seas, sealhulgas elektrilise lennu esmakordsele ilmumisele. Arheopterüks, tiivuline dinosaurus.
Balanoffi juhitud teadlased leidsid endocastides tõendeid ka varajaste maniraptoranide väikeaju kudede voltimise suurenemise kohta, mis näitab aju keerukuse suurenemist.
Teadlased hoiatasid, et need on varajased avastused ja ajutegevuse muutused mootoriga lennu ajal võivad ilmneda ka muu käitumise, näiteks liuglemise ajal. Samuti märgivad nad, et nende katsed hõlmasid otsest lendamist, ilma takistusteta ja lihtsa lennutrajektooriga ning muud ajupiirkonnad võivad keerukate lennumanöövrite ajal olla aktiivsemad.
Uurimisrühm kavatseb järgmisena määrata väikeajus täpsed piirkonnad, mis võimaldavad lennuvalmis aju ja nende struktuuride vahelisi närviühendusi.
Teaduslikud teooriad selle kohta, miks aju muutub evolutsiooniajaloo jooksul suuremaks, hõlmavad vajadust läbida uusi ja erinevaid maastikke, luues aluse lennule ja muudele veduristiilidele, ütles kaasautor Gabriel Bever Johns Hopkinsi ülikooli meditsiinikoolist.
Teised uuringu autorid on Elizabeth Ferrer Ameerika loodusloomuuseumist ja Samuel Merritti ülikoolist; Lemise Saleh ja Paul Vaska Stony Brooki ülikoolist; M. Eugenia Gold Ameerika loodusloomuuseumist ja Suffolki ülikoolist; Jeesuss Marugán-Lobón Madridi autonoomsest ülikoolist; Mark Norell Ameerika loodusloomuuseumist; David Ouellette Weill Cornelli meditsiinikolledžist; Michael Salerno Pennsylvania ülikoolist; Akinobu Watanabe Ameerika loodusloomuuseumist, New Yorgi tehnikainstituudi osteopaatilise meditsiini kolledžist ja Londoni loodusloomuuseumist; ja Shouyi Wei New Yorgi prootonkeskusest.
Seda uuringut rahastas National Science Foundation.
Allikas: University of Arizona
