진화생물학자들은 생물학의 지속적인 질문인 '새의 뇌가 어떻게 날 수 있게 진화했는가?'에 답하기 위해 공룡 화석 연구와 현대 비둘기의 PET 스캔을 결합했다고 보고합니다.
새 – 예시 사진. 이미지 출처: Pixabay (무료 Pixabay 라이센스)
그 대답은 일부 화석 척추동물의 소뇌 크기가 적응에 따라 증가한 것으로 보입니다. 소뇌는 새의 뇌 뒤쪽에 있는 부위로 움직임과 운동 조절을 담당합니다.
연구 결과가 저널에 게재되었습니다. 왕립 학회 B 논문집.
“우리는 새가 휴식에서 비행으로 전환할 때 뇌의 다른 어떤 부분보다 소뇌의 회로가 더 많이 활성화된다는 것을 발견했습니다.”라고 연구 공동 저자는 말했습니다. 폴 지냑, 애리조나대학교 부교수 의과 대학 – 투손, 신경 해부학과 진화를 연구합니다. 그는 또한 미국 자연사 박물관의 연구원이기도 합니다.
"그런 다음 우리는 공룡과 새 화석에서 이 지역에 해당하는 두개골을 조사하여 소뇌가 확대되는 시기를 추적했습니다."라고 Gignac은 말했습니다. "첫 번째 확대 펄스는 공룡이 날개를 달기 전에 발생했습니다. 이는 조류 비행이 고대의 잘 보존된 신경 중계를 사용하지만 독특하게 높은 활동 수준을 가지고 있음을 보여줍니다."
과학자들은 소뇌가 새의 비행에 중요하다고 오랫동안 생각해 왔지만 직접적인 증거가 부족했습니다. 그 가치를 정확히 찾아내기 위해 새로운 연구는 일반 비둘기의 최신 PET 스캔 영상 데이터를 화석 기록과 결합하여 비행 중 새의 뇌 영역과 고대 공룡의 뇌 케이스를 조사했습니다. PET 스캔은 장기와 조직이 어떻게 작동하는지 보여줍니다.
“척추동물 사이의 동력 비행은 진화 역사상 드문 사건입니다.”라고 존스 홉킨스 의과대학의 수석 저자인 에이미 발라노프(Amy Balanoff)는 말했습니다.
실제로 척추동물, 즉 등뼈가 있는 동물 중 세 그룹만이 날도록 진화했다고 Balanoff는 말했습니다. 멸종된 익룡(65만 년 전 끝난 중생대 하늘의 공포), 박쥐와 새입니다. 세 비행 그룹은 진화계통에서 밀접하게 관련되어 있지 않으며, 세 비행 그룹 모두에서 비행을 가능하게 한 주요 요인은 불분명한 상태로 남아 있습니다.
긴 상지, 특정 종류의 깃털, 유선형 신체 및 기타 특징과 같은 비행을 위한 외부 물리적 적응 외에도 팀은 비행 준비가 된 뇌를 생성하는 기능을 찾기 위한 연구를 설계했습니다.
이를 위해 연구팀은 뉴욕 스토니 브룩 대학교의 생의학 엔지니어들을 포함시켜 비행 전후 현대 비둘기의 뇌 활동을 비교했습니다.
연구자들은 새가 쉬고 있을 때와 한 농어촌에서 다른 농어촌으로 26분 동안 날아간 직후 뇌의 10개 영역의 활동을 비교하기 위해 PET 스캔을 수행했습니다. 그들은 서로 다른 날에 XNUMX마리의 새를 스캔했습니다. PET 스캔은 뇌 세포에 가장 많이 흡수되는 위치를 추적할 수 있는 포도당과 유사한 화합물을 사용하여 에너지 사용 및 그에 따른 활동 증가를 나타냅니다. 추적자는 하루나 이틀 안에 분해되어 몸에서 배설됩니다.
26개 지역 중 소뇌라는 한 지역은 XNUMX마리의 새 모두에서 휴식과 비행 사이의 활동 수준이 통계적으로 유의미하게 증가했습니다. 전반적으로 소뇌의 활동 증가 수준은 뇌의 다른 영역에 비해 크게 달랐습니다.
연구자들은 또한 눈의 망막과 소뇌를 연결하는 뇌 세포 네트워크인 소위 시신경 흐름 경로에서 뇌 활동이 증가하는 것을 발견했습니다. 이러한 경로는 시야 전체의 움직임을 처리합니다.
Balanoff는 소뇌와 시신경 흐름 경로의 활동 증가에 대한 팀의 발견이 반드시 놀라운 것은 아니라고 말했습니다. 왜냐하면 이 영역은 비행에서 역할을 하는 것으로 가정되었기 때문입니다.
그들의 연구에서 새로운 점은 현대 조류의 비행 가능 뇌에 대한 소뇌 발견을 새와 유사한 공룡의 뇌가 어떻게 동력 비행을 위한 뇌 조건을 개발하기 시작했는지 보여주는 화석 기록과 연결했다는 것입니다.
이를 위해 팀은 디지털화된 엔도캐스트 데이터베이스 또는 공룡 두개골 내부 공간의 주형을 사용했는데, 채워지면 뇌와 유사합니다.
그런 다음 그들은 다음을 포함하여 고대 조류 친척들 사이에서 동력 비행이 처음으로 나타나기 전인 초기 마니랍토라 공룡 종 중 일부에서 소뇌 부피가 크게 증가한 것을 확인하고 추적했습니다. 시조새, 날개 달린 공룡.
Balanoff가 이끄는 연구원들은 또한 초기 마니랍토류의 소뇌에서 조직 접힘이 증가했다는 증거를 엔도캐스트에서 발견했는데, 이는 뇌 복잡성이 증가한다는 징후입니다.
연구진은 이는 초기 발견이며 동력 비행 중 뇌 활동 변화는 활공과 같은 다른 행동 중에도 발생할 수 있다고 경고했습니다. 그들은 또한 그들의 테스트에는 장애물이 없고 쉬운 비행 경로가 있는 간단한 비행이 포함되었으며 복잡한 비행 기동 중에 다른 뇌 영역이 더 활성화될 수 있다는 점에 주목했습니다.
연구팀은 다음으로 비행 준비가 된 뇌와 이러한 구조 사이의 신경 연결을 가능하게 하는 소뇌의 정확한 영역을 찾아낼 계획입니다.
진화의 역사를 통해 뇌가 더 커지는 이유에 대한 과학적 이론에는 새롭고 다른 풍경을 횡단하고 비행 및 기타 기관차 스타일의 무대를 마련해야 하는 필요성이 포함된다고 공동 저자인 존스 홉킨스 의과대학의 가브리엘 베버(Gabriel Bever)는 말했습니다.
다른 연구 저자로는 미국 자연사 박물관의 Elizabeth Ferrer와 Samuel Merritt University가 있습니다. Stony Brook University의 Lemise Saleh와 Paul Vaska; 미국 자연사 박물관 및 서퍽 대학교의 M. Eugenia Gold; 예수의 마루그án-롭마드리드 자치대학교 소속; 미국 자연사 박물관의 마크 노렐(Mark Norell); Weill Cornell Medical College의 David Ouellette; 펜실베이니아 대학교의 Michael Salerno; 미국 자연사 박물관, 뉴욕 공과 대학 정골 의학 대학 및 런던 자연사 박물관의 Akinobu Watanabe; 뉴욕 양성자 센터의 Shouyi Wei.
이 연구는 국립 과학 재단의 자금 지원을 받았습니다.
출처: 애리조나 대학
