Evolucijski biolozi izvješćuju da su kombinirali PET skeniranje modernih golubova zajedno sa studijama fosila dinosaura kako bi odgovorili na trajno pitanje u biologiji: Kako su mozgovi ptica evoluirali da im omoguće letenje?
Ptica – ilustrativna fotografija. Autor slike: Pixabay (Besplatna Pixabay licenca)
Čini se da je odgovor adaptivno povećanje veličine malog mozga kod nekih fosilnih kralješnjaka. Mali mozak je područje u stražnjem dijelu ptičjeg mozga koje je odgovorno za kretanje i kontrolu motorike.
Nalazi istraživanja objavljeni su u časopisu Proceedings of Royal Society B.
"Otkrili smo da kada ptice prijeđu iz mirovanja u let, krugovi u malom mozgu se aktiviraju više nego u bilo kojem drugom dijelu mozga", rekao je koautor studije Paul Gignac, izvanredni profesor na Sveučilištu u Arizoni Visoka medicinska škola - Tucson, proučavajući neuroanatomiju i evoluciju. Također je znanstveni suradnik Američkog prirodoslovnog muzeja.
"Potom smo pogledali lubanju koja odgovara ovoj regiji u fosilima dinosaura i ptica kako bismo pratili kada se mali mozak povećao", rekao je Gignac. "Prvi puls povećanja dogodio se prije no što su dinosauri uzeli krila, što pokazuje da ptičji let koristi drevne i dobro očuvane neuralne releje, ali s jedinstveno povišenim razinama aktivnosti."
Znanstvenici su dugo mislili da bi mali mozak trebao biti važan u letu ptica, ali nisu imali izravnih dokaza. Kako bi se točno odredila njegova vrijednost, novo istraživanje kombiniralo je podatke modernog PET skeniranja običnih golubova s fosilnim zapisima, ispitujući područja mozga ptica tijekom leta i moždanih kućišta drevnih dinosaura. PET skeniranje pokazuje kako funkcioniraju organi i tkiva.
"Motorno letenje među kralješnjacima rijedak je događaj u evolucijskoj povijesti", rekla je glavna autorica Amy Balanoff s Medicinskog fakulteta Sveučilišta Johns Hopkins.
Zapravo, samo su tri skupine kralježnjaka ili životinja s kralježnicom evoluirale da lete: izumrli pterosauri – užasi neba tijekom razdoblja mezozoika, koje je završilo prije više od 65 milijuna godina – šišmiši i ptice, rekao je Balanoff. Tri leteće skupine nisu blisko povezane na evolucijskom stablu, a ključni čimbenici koji su omogućili let kod sve tri ostali su nejasni.
Osim vanjskih fizičkih prilagodbi za let, poput dugih gornjih udova, određenih vrsta perja, aerodinamičnog tijela i drugih značajki, tim je osmislio istraživanje kako bi pronašao značajke koje su stvorile mozak spreman za let.
Kako bi to učinio, tim je uključio biomedicinske inženjere sa Sveučilišta Stony Brook u New Yorku kako bi usporedili aktivnost mozga modernih golubova prije i nakon leta.
Istraživači su izveli PET skeniranje kako bi usporedili aktivnost u 26 regija mozga kada je ptica mirovala i neposredno nakon što je 10 minuta letjela s jednog mjesta na drugo. Skenirali su osam ptica u različite dane. PET skeniranje koristi spoj sličan glukozi koji se može pratiti do mjesta gdje ga moždane stanice najviše apsorbiraju, što ukazuje na povećanu upotrebu energije, a time i aktivnosti. Tragač se razgrađuje i izlučuje iz tijela u roku od dan ili dva.
Od 26 regija, jedno područje – mali mozak – imalo je statistički značajno povećanje razine aktivnosti između odmora i leta kod svih osam ptica. Sve u svemu, razina povećanja aktivnosti u malom mozgu značajno se razlikovala u usporedbi s drugim područjima mozga.
Istraživači su također otkrili povećanu moždanu aktivnost u takozvanim putevima optičkog protoka, mreži moždanih stanica koje povezuju mrežnicu u oku s malim mozgom. Ti putovi obrađuju kretanje kroz vidno polje.
Balanoff je rekao da otkrića tima o povećanju aktivnosti u malom mozgu i putovima optičkog protoka nisu nužno iznenađujuća, budući da se pretpostavlja da ta područja igraju ulogu u letu.
Ono što je bilo novo u njihovom istraživanju bilo je povezivanje nalaza u malom mozgu modernih ptica s fosilnim zapisima koji su pokazali kako su mozgovi ptičastih dinosaura počeli razvijati moždane uvjete za motorizirani let.
Kako bi to učinio, tim je koristio digitaliziranu bazu podataka endocasta, ili kalupa unutarnjeg prostora lubanja dinosaura, koji, kada se popune, nalikuju mozgu.
Zatim su identificirali i pratili znatno povećanje volumena malog mozga kod nekih od najranijih vrsta maniraptoran dinosaura, koji su prethodili prvim pojavama letenja na motor među drevnim srodnicima ptica, uključujući Archaeopteryx, krilati dinosaur.
Istraživači pod vodstvom Balanoffa također su u endocastima pronašli dokaze o povećanom savijanju tkiva u malom mozgu ranih maniraptorana, što je pokazatelj sve veće složenosti mozga.
Istraživači su upozorili da su ovo rana otkrića i da se promjene moždane aktivnosti tijekom motornog leta mogu dogoditi i tijekom drugih ponašanja, poput jedrenja. Također napominju da su njihovi testovi uključivali jednostavno letenje, bez prepreka i s laganom putanjom leta, a druge regije mozga mogle bi biti aktivnije tijekom složenih manevara leta.
Istraživački tim planira odrediti precizna područja u malom mozgu koja omogućuju mozak spreman za let i neuronske veze između tih struktura.
Znanstvene teorije o tome zašto mozak postaje sve veći kroz evolucijsku povijest uključuju potrebu za prolaskom kroz nove i drugačije krajolike, pripremajući pozornicu za let i druge stilove lokomotive, rekao je koautor Gabriel Bever s Medicinskog fakulteta Sveučilišta Johns Hopkins.
Ostali autori studije uključuju Elizabeth Ferrer iz Američkog prirodoslovnog muzeja i Sveučilišta Samuel Merritt; Lemise Saleh i Paul Vaska sa Sveučilišta Stony Brook; M. Eugenia Gold iz Američkog prirodoslovnog muzeja i Sveučilišta Suffolk; Jesús Marugán-Lobón s Autonomnog sveučilišta u Madridu; Mark Norell iz Američkog prirodoslovnog muzeja; David Ouellette s Weill Cornell Medical Collegea; Michael Salerno sa Sveučilišta Pennsylvania; Akinobu Watanabe iz Američkog prirodoslovnog muzeja, New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine i Prirodoslovnog muzeja u Londonu; i Shouyi Wei iz New York Proton Centera.
Ovo istraživanje financirala je Nacionalna zaklada za znanost.
Izvor: Sveučilište u Arizoni
