आधुनिक पक्षियों के मस्तिष्क से उड़ान के विकासवादी इतिहास का पता चलता है, जो डायनासोर काल का है

विकासवादी जीवविज्ञानियों की रिपोर्ट है कि उन्होंने जीव विज्ञान में एक स्थायी प्रश्न का उत्तर देने में मदद के लिए आधुनिक कबूतरों के पीईटी स्कैन को डायनासोर के जीवाश्मों के अध्ययन के साथ जोड़ा है: पक्षियों का दिमाग उन्हें उड़ने में सक्षम बनाने के लिए कैसे विकसित हुआ?

एक पक्षी – सचित्र फोटो. छवि क्रेडिट: Pixabay (निःशुल्क पिक्साबे लाइसेंस)

इसका उत्तर कुछ जीवाश्म कशेरुकियों में सेरिबैलम के आकार में अनुकूली वृद्धि प्रतीत होता है। सेरिबैलम पक्षी के मस्तिष्क के पीछे का एक क्षेत्र है जो गति और मोटर नियंत्रण के लिए जिम्मेदार है।

शोध के निष्कर्ष जर्नल में प्रकाशित हुए हैं रॉयल सोसायटी बी की कार्यवाही.

अध्ययन के सह-लेखक ने कहा, "हमने पाया कि जब पक्षी आराम से उड़ान की ओर बढ़ते हैं, तो सेरिबैलम में सर्किट मस्तिष्क के किसी भी अन्य हिस्से की तुलना में अधिक सक्रिय होते हैं।" पॉल गिग्नैक, एरिज़ोना विश्वविद्यालय में एक एसोसिएट प्रोफेसर मेडिसिन कॉलेज - टक्सन, न्यूरोएनाटॉमी और विकास का अध्ययन। वह अमेरिकी प्राकृतिक इतिहास संग्रहालय के शोध सहयोगी भी हैं।

गिग्नैक ने कहा, "इसके बाद हमने सेरिबैलम के बढ़ने का पता लगाने के लिए डायनासोर और पक्षियों के जीवाश्मों में इस क्षेत्र से संबंधित खोपड़ी को देखा।" "विस्तार की पहली गति डायनासोर के पंख लगने से पहले हुई थी, जिससे पता चलता है कि एवियन उड़ान प्राचीन और अच्छी तरह से संरक्षित तंत्रिका रिले का उपयोग करती है, लेकिन गतिविधि के विशिष्ट ऊंचे स्तर के साथ।"

वैज्ञानिकों ने लंबे समय से सोचा था कि पक्षियों की उड़ान में सेरिबैलम महत्वपूर्ण होना चाहिए, लेकिन उनके पास प्रत्यक्ष प्रमाण का अभाव था। इसके मूल्य को इंगित करने के लिए, नए शोध ने सामान्य कबूतरों के आधुनिक पीईटी स्कैन इमेजिंग डेटा को जीवाश्म रिकॉर्ड के साथ जोड़ा, उड़ान के दौरान पक्षियों के मस्तिष्क क्षेत्रों और प्राचीन डायनासोर के मस्तिष्क क्षेत्रों की जांच की। पीईटी स्कैन से पता चलता है कि अंग और ऊतक कैसे काम कर रहे हैं।

जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन के प्रमुख लेखक एमी बालानॉफ ने कहा, "कशेरुकी जीवों के बीच ऊर्जावान उड़ान विकासवादी इतिहास में एक दुर्लभ घटना है।"

वास्तव में, कशेरुकियों या रीढ़ की हड्डी वाले जानवरों के केवल तीन समूह ही उड़ने के लिए विकसित हुए: विलुप्त टेरोसॉर - मेसोज़ोइक काल के दौरान आकाश का भय, जो 65 मिलियन वर्ष पहले समाप्त हुआ - चमगादड़ और पक्षी, बालनॉफ ने कहा। तीन उड़ान समूह विकासवादी वृक्ष से निकटता से संबंधित नहीं हैं, और तीनों में उड़ान को सक्षम करने वाले प्रमुख कारक अस्पष्ट बने हुए हैं।

उड़ान के लिए बाहरी शारीरिक अनुकूलन, जैसे लंबे ऊपरी अंग, कुछ प्रकार के पंख, एक सुव्यवस्थित शरीर और अन्य विशेषताओं के अलावा, टीम ने उन विशेषताओं को खोजने के लिए शोध तैयार किया जो उड़ान के लिए तैयार मस्तिष्क का निर्माण करती हैं।

ऐसा करने के लिए, टीम ने उड़ान से पहले और बाद में आधुनिक कबूतरों की मस्तिष्क गतिविधि की तुलना करने के लिए न्यूयॉर्क में स्टोनी ब्रुक विश्वविद्यालय में बायोमेडिकल इंजीनियरों को शामिल किया।

शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क के 26 क्षेत्रों में गतिविधि की तुलना करने के लिए पीईटी स्कैन किया, जब पक्षी आराम कर रहा था और उसके तुरंत बाद 10 मिनट तक एक पर्च से दूसरे पर्च तक उड़ान भरी। उन्होंने अलग-अलग दिनों में आठ पक्षियों का स्कैन किया। पीईटी स्कैन ग्लूकोज के समान एक यौगिक का उपयोग करता है जिसे ट्रैक किया जा सकता है कि यह मस्तिष्क कोशिकाओं द्वारा सबसे अधिक कहाँ अवशोषित होता है, जो ऊर्जा के बढ़ते उपयोग और इस प्रकार गतिविधि का संकेत देता है। ट्रैकर खराब हो जाता है और एक या दो दिन में शरीर से बाहर निकल जाता है।

26 क्षेत्रों में से, एक क्षेत्र - सेरिबैलम - में सभी आठ पक्षियों के आराम करने और उड़ने के बीच गतिविधि के स्तर में सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण वृद्धि हुई थी। कुल मिलाकर, मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों की तुलना में सेरिबैलम में गतिविधि वृद्धि का स्तर काफी भिन्न था।

शोधकर्ताओं ने तथाकथित ऑप्टिक फ्लो पाथवे में मस्तिष्क की बढ़ी हुई गतिविधि का भी पता लगाया, मस्तिष्क कोशिकाओं का एक नेटवर्क जो आंख में रेटिना को सेरिबैलम से जोड़ता है। ये रास्ते दृश्य क्षेत्र में गति की प्रक्रिया करते हैं।

बालानॉफ़ ने कहा कि सेरिबैलम और ऑप्टिक प्रवाह मार्गों में गतिविधि में वृद्धि के बारे में टीम के निष्कर्ष आवश्यक रूप से आश्चर्यजनक नहीं थे, क्योंकि इन क्षेत्रों को उड़ान में भूमिका निभाने के लिए परिकल्पित किया गया है।

उनके शोध में जो नया था वह आधुनिक पक्षियों में उड़ान-सक्षम मस्तिष्क के सेरिबैलम निष्कर्षों को जीवाश्म रिकॉर्ड से जोड़ना था, जिसमें दिखाया गया था कि कैसे पक्षी जैसे डायनासोर के मस्तिष्क ने संचालित उड़ान के लिए मस्तिष्क की स्थिति विकसित करना शुरू कर दिया था।

ऐसा करने के लिए, टीम ने डायनासोर की खोपड़ी के आंतरिक स्थान के एंडोकास्ट या सांचों के एक डिजीटल डेटाबेस का उपयोग किया, जो भरने पर मस्तिष्क जैसा दिखता है।

फिर उन्होंने मैनिराप्टोरन डायनासोर की कुछ शुरुआती प्रजातियों में सेरिबैलम वॉल्यूम में एक बड़ी वृद्धि की पहचान की और पता लगाया, जो प्राचीन पक्षी रिश्तेदारों के बीच संचालित उड़ान की पहली उपस्थिति से पहले था, जिसमें शामिल थे आर्कियोप्टेरिक्स, एक पंख वाला डायनासोर।

बालानॉफ़ के नेतृत्व में शोधकर्ताओं को प्रारंभिक मैनिराप्टोरन्स के सेरिबैलम में ऊतक तह में वृद्धि के एंडोकास्ट में सबूत भी मिले, जो मस्तिष्क की बढ़ती जटिलता का संकेत है।

शोधकर्ताओं ने आगाह किया कि ये प्रारंभिक निष्कर्ष हैं, और संचालित उड़ान के दौरान मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तन अन्य व्यवहारों जैसे ग्लाइडिंग के दौरान भी हो सकता है। उन्होंने यह भी नोट किया कि उनके परीक्षणों में सीधी उड़ान, बाधाओं के बिना और एक आसान उड़ान पथ शामिल था, और जटिल उड़ान युद्धाभ्यास के दौरान मस्तिष्क के अन्य क्षेत्र अधिक सक्रिय हो सकते हैं।

शोध दल सेरिबैलम में सटीक क्षेत्रों को इंगित करने की योजना बना रहा है जो उड़ान के लिए तैयार मस्तिष्क और इन संरचनाओं के बीच तंत्रिका कनेक्शन को सक्षम बनाता है।

जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन के सह-लेखक गेब्रियल बेवर ने कहा, पूरे विकासवादी इतिहास में मस्तिष्क बड़ा क्यों हो जाता है, इसके वैज्ञानिक सिद्धांतों में नए और अलग-अलग परिदृश्यों को पार करने की आवश्यकता, उड़ान और अन्य लोकोमोटिव शैलियों के लिए मंच तैयार करना शामिल है।

अन्य अध्ययन लेखकों में अमेरिकन म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री के एलिजाबेथ फेरर और सैमुअल मेरिट विश्वविद्यालय शामिल हैं; स्टोनी ब्रुक विश्वविद्यालय के लेमिस सालेह और पॉल वास्का; अमेरिकी प्राकृतिक इतिहास संग्रहालय और सफ़ोल्क विश्वविद्यालय के एम. यूजेनिया गोल्ड; जेई सुएस मारुगáएन-लोबमैड्रिड के स्वायत्त विश्वविद्यालय पर; अमेरिकी प्राकृतिक इतिहास संग्रहालय के मार्क नोरेल; वेइल कॉर्नेल मेडिकल कॉलेज के डेविड ओउलेट; पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के माइकल सालेर्नो; अमेरिकन म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री, न्यूयॉर्क इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी कॉलेज ऑफ ओस्टियोपैथिक मेडिसिन और लंदन के नेचुरल हिस्ट्री म्यूजियम के अकीनोबु वतनबे; और न्यूयॉर्क प्रोटोन सेंटर के शौयी वेई।

इस शोध को राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

स्रोत: एरिजोना विश्वविद्यालय