Evoluutiobiologit raportoivat yhdistäneensä nykyaikaisten kyyhkysten PET-skannaukset dinosaurusten fossiileja koskeviin tutkimuksiin vastatakseen biologian pysyvään kysymykseen: Miten lintujen aivot kehittyivät, jotta ne pystyivät lentämään?
Lintu – havainnollistava kuva. Kuvan luotto: Pixabay (Ilmainen Pixabay-lisenssi)
Vastaus näyttää olevan joidenkin fossiilisten selkärankaisten pikkuaivojen koon mukautuva kasvu. Pikkuaivot ovat linnun aivojen takaosassa oleva alue, joka vastaa liikkeestä ja motoriikasta.
Tutkimustulokset julkaistaan lehdessä Royal Societyin tapaukset B.
"Havaitsimme, että kun linnut siirtyvät levosta lentoon, pikkuaivojen piirit aktivoituvat enemmän kuin missään muussa aivojen osassa", sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja. Paul Gignac, apulaisprofessori Arizonan yliopistossa Lääketieteen korkeakoulu - Tucson, tutkii neuroanatomiaa ja evoluutiota. Hän on myös American Museum of Natural History -museon tutkija.
"Sitten tarkastelimme tätä aluetta vastaavaa kalloa dinosaurusten ja lintujen fossiileissa jäljittääksemme, milloin pikkuaivot laajentuivat", Gignac sanoi. "Ensimmäinen laajenemispulssi tapahtui ennen dinosaurusten siipiä, mikä osoittaa, että lintulento käyttää ikivanhoja ja hyvin säilyneitä hermovälitteitä, mutta ainutlaatuisen korkealla aktiivisuustasolla."
Tiedemiehet ovat pitkään olleet sitä mieltä, että pikkuaivojen pitäisi olla tärkeitä lintujen lennossa, mutta heiltä puuttui suoraa näyttöä. Sen arvon määrittämiseksi uudessa tutkimuksessa yhdistettiin tavallisten kyyhkysten nykyaikaiset PET-kuvaustiedot fossiilitietueisiin, tutkimalla lintujen aivoalueita lennon aikana ja muinaisten dinosaurusten aivokoteloita. PET-skannaukset osoittavat, kuinka elimet ja kudokset toimivat.
"Tehollinen lento selkärankaisten keskuudessa on harvinainen tapahtuma evoluutiohistoriassa", sanoi johtava kirjoittaja Amy Balanoff Johns Hopkinsin yliopiston lääketieteellisestä korkeakoulusta.
Itse asiassa vain kolme ryhmää selkärankaisia eli selkärankaisia eläimiä kehittyi lentämään: sukupuuttoon kuolleet pterosaurukset – taivaan kauhut mesozoisen ajanjakson aikana, joka päättyi yli 65 miljoonaa vuotta sitten – lepakot ja linnut, Balanoff sanoi. Kolme lentävää ryhmää eivät ole läheisesti sukua evoluutiopuussa, ja avaintekijät, jotka mahdollistivat lennon kaikissa kolmessa, ovat jääneet epäselväksi.
Lentämistä koskevien ulkoisten fyysisten mukautusten, kuten pitkien yläraajojen, tietynlaisten höyhenten, virtaviivaisen rungon ja muiden ominaisuuksien lisäksi tiimi suunnitteli tutkimusta löytääkseen ominaisuuksia, jotka loivat lentovalmiit aivot.
Tätä varten ryhmään kuului New Yorkin Stony Brookin yliopiston biolääketieteen insinöörejä vertailemaan nykyaikaisten kyyhkysten aivotoimintaa ennen ja jälkeen lentoa.
Tutkijat suorittivat PET-skannaukset vertaillakseen aktiivisuutta 26 aivojen alueella linnun ollessa levossa ja heti sen jälkeen, kun se lensi 10 minuuttia ahvenesta toiseen. He skannasivat kahdeksan lintua eri päivinä. PET-skannaukset käyttävät glukoosin kaltaista yhdistettä, joka voidaan jäljittää sinne, missä aivosolut absorboivat sitä eniten, mikä osoittaa lisääntynyttä energian käyttöä ja siten aktiivisuutta. Tracker hajoaa ja erittyy kehosta päivässä tai kahdessa.
Kaikista kahdeksasta linnusta yhdellä alueella – pikkuaivoissa – oli tilastollisesti merkitsevästi lisääntynyt aktiivisuus lepäämisen ja lentävän välillä. Kaiken kaikkiaan pikkuaivojen aktiivisuuden lisääntyminen erosi merkittävästi verrattuna muihin aivojen alueisiin.
Tutkijat havaitsivat myös lisääntyneen aivojen toiminnan niin sanotuissa optisissa virtausreiteissä, aivosoluverkostossa, joka yhdistää silmän verkkokalvon pikkuaivoon. Nämä reitit käsittelevät liikettä näkökentän poikki.
Balanoff sanoi, että ryhmän havainnot aktiivisuuden lisääntymisestä pikkuaivoissa ja optisissa virtausreiteissä eivät välttämättä olleet yllättäviä, koska alueilla on oletettu olevan roolia lennossa.
Heidän tutkimuksessaan uutta oli se, että nykyaikaisten lintujen lentokykyisten aivojen pikkuaivolöydöt yhdistettiin fossiilitietoihin, jotka osoittivat, kuinka lintumäisten dinosaurusten aivot alkoivat kehittää aivoolosuhteita tehokkaaseen lentoon.
Tätä varten ryhmä käytti digitoitua tietokantaa endocasteista tai dinosauruskallojen sisäisen tilan muoteista, jotka täytettynä muistuttavat aivoja.
Sitten he tunnistivat ja jäljittelivät pikkuaivojen huomattavan kasvun joihinkin varhaisimpiin maniraptoranidinosauruksen lajeihin, mikä edelsi konelentoa muinaisten lintujen sukulaisten keskuudessa, mukaan lukien Archaeopteryx, siivekäs dinosaurus.
Balanoffin johtamat tutkijat löysivät endocasteista myös todisteita kudosten laskostumisen lisääntymisestä varhaisten maniraptoraanien pikkuaivoissa, mikä on merkki aivojen lisääntyvästä monimutkaisuudesta.
Tutkijat varoittivat, että nämä ovat varhaisia löydöksiä, ja aivotoiminnan muutoksia koneen lennon aikana voi tapahtua myös muun käyttäytymisen, kuten luiston, aikana. He huomauttavat myös, että heidän testinsä käsittivät suoraviivaista lentämistä, ilman esteitä ja helpolla lentoradalla, ja muut aivoalueet voivat olla aktiivisempia monimutkaisten lentoliikkeiden aikana.
Tutkimusryhmä suunnittelee seuraavaksi kohdistavansa tarkkoja alueita pikkuaivoon, jotka mahdollistavat lentovalmiit aivot ja hermoyhteydet näiden rakenteiden välillä.
Tieteellisiin teorioihin siitä, miksi aivot kasvavat evoluution historian aikana, kuuluu tarve kulkea uusien ja erilaisten maisemien läpi, mikä asettaa alustan lentämiselle ja muille veturityyleille, sanoi toinen kirjoittaja Gabriel Bever Johns Hopkinsin yliopiston lääketieteellisestä korkeakoulusta.
Muita tutkimuksen tekijöitä ovat Elizabeth Ferrer American Museum of Natural Historysta ja Samuel Merritt Universitystä; Lemise Saleh ja Paul Vaska Stony Brookin yliopistosta; M. Eugenia Gold American Museum of Natural Historysta ja Suffolkin yliopistosta; Jesús Marugán-LobMadridin autonomisen yliopiston ón; Mark Norell American Museum of Natural Historysta; David Ouellette Weill Cornell Medical Collegesta; Michael Salerno Pennsylvanian yliopistosta; Akinobu Watanabe American Museum of Natural Historysta, New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine ja Natural History Museum of London; ja Shouyi Wei New Yorkin Proton Centeristä.
Tätä tutkimusta rahoitti National Science Foundation.
Lähde: University of Arizona
