Iniulat ng mga ebolusyonaryong biologist na pinagsama nila ang PET scan ng mga modernong kalapati kasama ang mga pag-aaral ng mga fossil ng dinosaur upang tumulong sa pagsagot sa isang pangmatagalang tanong sa biology: Paano nag-evolve ang utak ng mga ibon upang sila ay lumipad?
Isang ibon – naglalarawang larawan. Credit ng larawan: pixabay (Libreng lisensya ng Pixabay)
Ang sagot ay lumilitaw na isang adaptive na pagtaas sa laki ng cerebellum sa ilang fossil vertebrates. Ang cerebellum ay isang rehiyon sa likod ng utak ng ibon na responsable para sa paggalaw at kontrol ng motor.
Ang mga natuklasan sa pananaliksik ay nai-publish sa journal Paglilitis ng Royal Society B.
"Natuklasan namin na kapag ang mga ibon ay lumipat mula sa pahinga patungo sa paglipad, ang mga circuit sa cerebellum ay mas aktibo kaysa sa ibang bahagi ng utak," sabi ng co-author ng pag-aaral. Paul Gignac, isang associate professor sa Unibersidad ng Arizona College of Medicine - Tucson, pag-aaral ng neuroanatomy at ebolusyon. Isa rin siyang research associate para sa American Museum of Natural History.
"Pagkatapos ay tiningnan namin ang bungo na tumutugma sa rehiyong ito sa mga fossil ng dinosaur at ibon upang subaybayan kung kailan lumaki ang cerebellum," sabi ni Gignac. "Ang unang pulso ng pagpapalaki ay naganap bago kumuha ng pakpak ang mga dinosaur, na nagpapakita na ang paglipad ng avian ay gumagamit ng mga sinaunang at mahusay na conserved neural relay, ngunit may natatanging mataas na antas ng aktibidad."
Matagal nang naisip ng mga siyentipiko na ang cerebellum ay dapat na mahalaga sa paglipad ng ibon, ngunit wala silang direktang ebidensya. Upang matukoy ang halaga nito, pinagsama ng bagong pananaliksik ang modernong PET scan imaging data ng mga ordinaryong kalapati sa fossil record, sinusuri ang mga rehiyon ng utak ng mga ibon habang lumilipad at mga braincase ng sinaunang dinosaur. Ipinapakita ng PET scan kung paano gumagana ang mga organ at tissue.
"Ang pinalakas na paglipad sa mga vertebrates ay isang bihirang kaganapan sa kasaysayan ng ebolusyon," sabi ng nangungunang may-akda na si Amy Balanoff, mula sa Johns Hopkins University School of Medicine.
Sa katunayan, tatlong grupo lamang ng mga vertebrates, o mga hayop na may gulugod, ang nag-evolve para lumipad: mga extinct na pterosaur - ang mga kakila-kilabot sa kalangitan sa panahon ng Mesozoic, na natapos mahigit 65 milyong taon na ang nakalilipas - mga paniki at ibon, sabi ni Balanoff. Ang tatlong lumilipad na grupo ay hindi malapit na nauugnay sa evolutionary tree, at ang mga pangunahing salik na nagpagana ng paglipad sa lahat ng tatlo ay nanatiling hindi malinaw.
Bukod sa mga panlabas na pisikal na adaptasyon para sa paglipad, tulad ng mahabang itaas na mga paa, ilang uri ng balahibo, isang naka-streamline na katawan at iba pang mga tampok, ang koponan ay nagdisenyo ng pananaliksik upang makahanap ng mga tampok na lumikha ng isang utak na handa sa paglipad.
Upang gawin ito, isinama ng koponan ang mga biomedical engineer sa Stony Brook University sa New York upang ihambing ang aktibidad ng utak ng mga modernong kalapati bago at pagkatapos ng paglipad.
Ang mga mananaliksik ay nagsagawa ng PET scan upang ihambing ang aktibidad sa 26 na rehiyon ng utak kapag ang ibon ay nagpapahinga at kaagad pagkatapos nitong lumipad ng 10 minuto mula sa isang dumapo patungo sa isa pa. Nag-scan sila ng walong ibon sa iba't ibang araw. Gumagamit ang mga PET scan ng compound na katulad ng glucose na maaaring masubaybayan kung saan ito pinakanaa-absorb ng mga selula ng utak, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng paggamit ng enerhiya at sa gayon ay aktibidad. Ang tracker ay bumababa at nailalabas mula sa katawan sa loob ng isang araw o dalawa.
Sa 26 na rehiyon, isang lugar - ang cerebellum - ay nagkaroon ng makabuluhang pagtaas sa istatistika sa mga antas ng aktibidad sa pagitan ng pagpapahinga at paglipad sa lahat ng walong ibon. Sa pangkalahatan, ang antas ng pagtaas ng aktibidad sa cerebellum ay naiiba nang malaki, kumpara sa iba pang mga bahagi ng utak.
Natuklasan din ng mga mananaliksik ang pagtaas ng aktibidad ng utak sa tinatawag na optic flow pathways, isang network ng mga selula ng utak na nag-uugnay sa retina sa mata sa cerebellum. Pinoproseso ng mga pathway na ito ang paggalaw sa visual field.
Sinabi ni Balanoff na ang mga natuklasan ng koponan ng pagtaas ng aktibidad sa cerebellum at optic flow pathways ay hindi kinakailangang nakakagulat, dahil ang mga lugar ay hypothesized na gumaganap ng isang papel sa paglipad.
Ang bago sa kanilang pananaliksik ay ang pag-uugnay sa mga natuklasan sa cerebellum ng mga utak na pinagana ang paglipad sa mga modernong ibon sa rekord ng fossil na nagpakita kung paano nagsimulang bumuo ang mga utak ng mga dinosaur na tulad ng ibon upang bumuo ng mga kondisyon ng utak para sa pinalakas na paglipad.
Upang gawin ito, gumamit ang koponan ng isang digitized na database ng mga endocast, o mga hulma ng panloob na espasyo ng mga bungo ng dinosaur, na, kapag napuno, ay kahawig ng utak.
Pagkatapos ay natukoy at nasubaybayan nila ang isang malaking pagtaas sa dami ng cerebellum sa ilan sa mga pinakaunang species ng maniraptoran dinosaur, na nauna sa mga unang paglitaw ng powered flight sa mga sinaunang kamag-anak ng ibon, kabilang ang Archaeopteryx, isang dinosaur na may pakpak.
Ang mga mananaliksik na pinamumunuan ni Balanoff ay nakahanap din ng ebidensya sa mga endocast ng pagtaas ng tissue folding sa cerebellum ng maagang maniraptorans, isang indikasyon ng pagtaas ng pagiging kumplikado ng utak.
Ang mga mananaliksik ay nagbabala na ang mga ito ay maagang natuklasan, at ang mga pagbabago sa aktibidad ng utak sa panahon ng powered flight ay maaari ding mangyari sa panahon ng iba pang mga pag-uugali, tulad ng pag-gliding. Napansin din nila na ang kanilang mga pagsubok ay nagsasangkot ng direktang paglipad, nang walang mga hadlang at may madaling landas sa paglipad, at ang iba pang mga rehiyon ng utak ay maaaring maging mas aktibo sa panahon ng mga kumplikadong maniobra ng paglipad.
Ang pangkat ng pananaliksik ay nagpaplano sa tabi upang matukoy ang mga tiyak na lugar sa cerebellum na nagbibigay-daan sa isang utak na handa sa paglipad at ang mga koneksyon sa neural sa pagitan ng mga istrukturang ito.
Ang mga siyentipikong teorya kung bakit lumalaki ang utak sa buong kasaysayan ng ebolusyon ay kinabibilangan ng pangangailangang tumawid sa bago at iba't ibang mga landscape, pagtatakda ng yugto para sa paglipad at iba pang mga estilo ng lokomotibo, sabi ng co-author na si Gabriel Bever ng Johns Hopkins University School of Medicine.
Kasama sa iba pang mga may-akda ng pag-aaral si Elizabeth Ferrer ng American Museum of Natural History at Samuel Merritt University; Lemise Saleh at Paul Vaska ng Stony Brook University; M. Eugenia Gold ng American Museum of Natural History at Suffolk University; Hesuskay Marugán-Lobón ng Autonomous University of Madrid; Mark Norell ng American Museum of Natural History; David Ouellette ng Weill Cornell Medical College; Michael Salerno ng Unibersidad ng Pennsylvania; Akinobu Watanabe ng American Museum of Natural History, New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine at Natural History Museum ng London; at Shouyi Wei ng New York Proton Center.
Ang pananaliksik na ito ay pinondohan ng National Science Foundation.
Source: University of Arizona
