Evolúsjonêre biologen melde dat se PET-scans fan moderne dowen kombineare hawwe tegearre mei stúdzjes fan dinosaurusfossielen om te helpen beäntwurdzjen fan in bliuwende fraach yn biology: Hoe hawwe de harsens fan fûgels evoluearre om se te fleanen?
In fûgel - yllustrative foto. Ofbyldingskredyt: Pixabay (Fergees Pixabay-lisinsje)
It antwurd liket in adaptive ferheging fan 'e grutte fan' e cerebellum yn guon fossile vertebraten te wêzen. It cerebellum is in regio oan 'e efterkant fan it fûgelharsens dat ferantwurdlik is foar beweging en motorkontrôle.
De ûndersyksresultaten wurde publisearre yn it tydskrift Proceedings fan 'e Royal Society B.
"Wy fûnen dat as fûgels oergean fan rêst nei flecht, circuits yn 'e cerebellum wurde aktivearre mear as yn in oar diel fan' e harsens," sei stúdzje co-auteur Paul Gignac, in associate professor oan 'e Universiteit fan Arizona College of Medicine - Tucson, Studearje neuroanatomy en evolúsje. Hy is ek in ûndersyksmeiwurker foar it American Museum of Natural History.
"Wy seagen doe nei de skedel dy't oerienkomt mei dizze regio yn dinosaurus- en fûgelfossylen om te folgjen wannear't it cerebellum fergrutte," sei Gignac. "De earste puls fan fergrutting barde foardat dinosaurussen wjuk namen, wat lit sjen dat aviêre flecht âlde en goed bewarre neurale relais brûkt, mar mei unyk ferhege nivo's fan aktiviteit."
Wittenskippers hawwe lang tocht dat it cerebellum wichtich wêze moat yn fûgelflecht, mar se misten direkte bewiis. Om de wearde te bepalen, kombinearre it nije ûndersyk moderne PET-scan-ôfbyldingsgegevens fan gewoane dowen mei it fossile rekord, ûndersocht harsensregio's fan fûgels tidens flecht en harsens fan âlde dinosaurussen. PET-scans litte sjen hoe't organen en weefsels wurkje.
"Powered flecht ûnder vertebraten is in seldsum barren yn evolúsjonêre skiednis," sei lead auteur Amy Balanoff, fan de Johns Hopkins University School of Medicine.
Yn feite, mar trije groepen fan vertebraten, of bisten mei in rêchbonke, evoluearre om te fleanen: útstoarne pterosaurussen - de skrik fan 'e himel yn' e Mesozoïkum, dy't einige mear as 65 miljoen jier lyn - flearmûzen en fûgels, sei Balanoff. De trije fleanende groepen binne net nau besibbe oan 'e evolúsjonêre beam, en de kaaifaktoaren dy't flecht yn alle trije mooglik makken binne ûndúdlik bleaun.
Njonken de uterlike fysike oanpassingen foar flecht, lykas lange boppeste ledematen, bepaalde soarten fearren, in streamlined lichem en oare funksjes, ûntwurp it team ûndersyk om funksjes te finen dy't in fleanbere harsens makken.
Om dat te dwaan, befette it team biomedyske yngenieurs oan 'e Stony Brook University yn New York om de harsensaktiviteit fan moderne dowen foar en nei flecht te fergelykjen.
De ûndersikers hawwe PET-scans útfierd om aktiviteit te fergelykjen yn 26-regio's fan 'e harsens doe't de fûgel yn rêst wie en fuortendaliks nei't er 10 minuten fan de iene baarch nei de oare fleach. Se skennen op ferskate dagen acht fûgels. PET-scans brûke in ferbining dy't fergelykber is mei glukose dy't kin wurde folge nei wêr't it it meast wurdt opnomd troch harsensellen, wat oanjout op ferhege gebrûk fan enerzjy en dus aktiviteit. De tracker degradearret en wurdt binnen in dei as twa út it lichem útsketten.
Fan 'e 26 regio's hie ien gebiet - it cerebellum - statistysk signifikante ferheging fan aktiviteitsnivo's tusken rêst en fleanen yn alle acht fûgels. Oer it algemien ferskilde it nivo fan aktiviteitferheging yn 'e cerebellum signifikant, yn ferliking mei oare gebieten fan' e harsens.
De ûndersikers ûntdutsen ek ferhege harsensaktiviteit yn de saneamde optyske streampaden, in netwurk fan harsensellen dat de retina yn it each ferbynt mei it cerebellum. Dizze paden ferwurkje beweging oer it fisuele fjild.
Balanoff sei dat de befiningen fan it team fan aktiviteitferheging yn 'e cerebellum en optyske streampaden net needsaaklik ferrassend wiene, om't de gebieten in hypoteze wiene om in rol te spyljen yn' e flecht.
Wat nij wie yn har ûndersyk, wie it keppeljen fan de cerebellumbefiningen fan harsens mei flecht yn moderne fûgels oan it fossile rekord dat liet sjen hoe't de harsens fan fûgellike dinosaurussen begûnen harsensbetingsten te ûntwikkeljen foar oandreaun flecht.
Om dat te dwaan, brûkte it team in digitalisearre databank fan endocasts, of mallen fan 'e ynterne romte fan dinosaurusskedels, dy't, as se fol binne, op it harsens lykje.
Se identifisearren en traceren doe in flinke ferheging fan it cerebellumvolume nei guon fan 'e ierste soarten fan maniraptoran-dinosaurussen, dy't de earste optredens fan' e oandreaune flecht ûnder âlde fûgelfamyljes foarôfgien, ynklusyf Archeopteryx, in fleugele dinosaurus.
De ûndersikers ûnder lieding fan Balanoff fûnen ek bewiis yn 'e endocasts fan in ferheging fan tissuefolding yn' e cerebellum fan iere maniraptoranen, in yndikaasje fan tanimmende harsenskompleksiteit.
De ûndersikers warskôgen dat dit iere befiningen binne, en feroaringen yn harsensaktiviteit by oandreaune flecht kinne ek foarkomme by oare gedrach, lykas gliden. Se konstatearje ek dat har tests rjochtfeardich fleanen belutsen, sûnder obstakels en mei in maklik fleanpaad, en oare harsensregio's kinne aktyf wêze by komplekse flechtmanoeuvres.
It ûndersyksteam is fan plan njonken krekte gebieten yn 'e cerebellum te identifisearjen dy't in fleanbere harsens mooglik meitsje en de neurale ferbiningen tusken dizze struktueren.
Wittenskiplike teoryen foar wêrom't it brein troch de evolúsjonêre skiednis grutter wurdt omfetsje de needsaak om nije en ferskillende lânskippen troch te gean, it poadium te setten foar flecht en oare lokomotyfstilen, sei co-auteur Gabriel Bever fan 'e Johns Hopkins University School of Medicine.
Oare stúdzje skriuwers befetsje Elizabeth Ferrer fan it American Museum of Natural History en Samuel Merritt University; Lemise Saleh en Paul Vaska fan Stony Brook University; M. Eugenia Gold fan it American Museum of Natural History en Suffolk University; Jesús Marugán-Lobón fan de Autonome Universiteit fan Madrid; Mark Norell fan it American Museum of Natural History; David Ouellette fan Weill Cornell Medical College; Michael Salerno fan 'e Universiteit fan Pennsylvania; Akinobu Watanabe fan it American Museum of Natural History, New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine and Natural History Museum of London; en Shouyi Wei fan it New York Proton Center.
Dit ûndersyk waard finansierd troch de National Science Foundation.
Boarne: Universiteit fan Arizona
