Evrimci biyologlar, biyolojideki kalıcı bir soruyu yanıtlamaya yardımcı olmak için modern güvercinlerin PET taramaları ile dinozor fosilleri üzerindeki çalışmaları birleştirdiklerini bildiriyorlar: Kuşların beyinleri uçmalarını sağlayacak şekilde nasıl gelişti?
Bir kuş – açıklayıcı fotoğraf. Resim kredisi: Pixabay (Ücretsiz Pixabay lisansı)
Cevap, bazı fosil omurgalılarda beyincik boyutunda adaptif bir artış gibi görünüyor. Beyincik, kuşun beyninin arkasında, hareket ve motor kontrolünden sorumlu olan bir bölgedir.
Araştırma bulguları dergide yayınlandı Royal Society B Tutanakları.
Araştırmanın yazarlarından biri şöyle konuştu: "Kuşlar dinlenme durumundan uçuş durumuna geçtiğinde, beyincikteki devrelerin beynin diğer bölümlerine göre daha fazla etkinleştirildiğini bulduk." Paul GignacArizona Üniversitesi'nde doçent olan Tıp Fakültesi - Tucson, nöroanatomi ve evrimi inceliyor. Aynı zamanda Amerikan Doğa Tarihi Müzesi'nin araştırma görevlisidir.
Gignac, "Daha sonra beyinciğin ne zaman genişlediğini takip etmek için dinozor ve kuş fosillerinde bu bölgeye karşılık gelen kafatasına baktık" dedi. "İlk genişleme darbesi, dinozorlar kanatlanmadan önce meydana geldi; bu, kuş uçuşunun eski ve iyi korunmuş sinirsel röleleri kullandığını, ancak benzersiz derecede yüksek aktivite seviyelerine sahip olduğunu gösteriyor."
Bilim insanları uzun süredir kuş uçuşunda beyinciğin önemli olduğunu düşünüyorlardı ancak doğrudan kanıtları yoktu. Yeni araştırma, değerini tam olarak belirlemek için sıradan güvercinlerin modern PET tarama görüntüleme verilerini fosil kayıtlarıyla birleştirdi; kuşların uçuş sırasındaki beyin bölgelerini ve antik dinozorların beyin kasalarını inceledi. PET taramaları organların ve dokuların nasıl çalıştığını gösterir.
Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden baş yazar Amy Balanoff, "Omurgalılar arasında motorlu uçuş, evrim tarihinde nadir bir olaydır" dedi.
Aslında sadece üç omurgalı hayvan grubu veya omurgası olan hayvanlar uçmak üzere evrimleşti: Soyu tükenmiş pterozorlar - 65 milyon yıl önce sona eren Mezozoik dönemde gökyüzünün dehşeti - yarasalar ve kuşlar, dedi Balanoff. Üç uçan grup, evrim ağacında yakından ilişkili değil ve her üçünde de uçuşu mümkün kılan temel faktörler belirsizliğini koruyor.
Ekip, uzun üst uzuvlar, belirli tüy türleri, aerodinamik vücut ve diğer özellikler gibi uçuşa yönelik dışsal fiziksel adaptasyonların yanı sıra, uçuşa hazır bir beyin yaratan özellikleri bulmak için araştırma tasarladı.
Bunu yapmak için ekip, modern güvercinlerin uçuş öncesi ve sonrası beyin aktivitelerini karşılaştırmak üzere New York'taki Stony Brook Üniversitesi'ndeki biyomedikal mühendisleri dahil etti.
Araştırmacılar, kuş dinlenme halindeyken ve 26 dakika boyunca bir tünekten diğerine uçtuktan hemen sonra beynin 10 bölgesindeki aktiviteyi karşılaştırmak için PET taramaları gerçekleştirdi. Farklı günlerde sekiz kuşu taradılar. PET taramaları, beyin hücreleri tarafından en çok emildiği yere kadar izlenebilen glikoza benzer bir bileşik kullanıyor; bu da enerji kullanımının ve dolayısıyla aktivitenin arttığını gösteriyor. İzleyici bir veya iki gün içinde bozulur ve vücuttan atılır.
26 bölgeden birinde, beyincikte, sekiz kuşun tamamında dinlenme ile uçma arasındaki aktivite seviyelerinde istatistiksel olarak anlamlı artışlar görüldü. Genel olarak beyincikteki aktivite artışı düzeyi, beynin diğer alanlarıyla karşılaştırıldığında önemli ölçüde farklılık gösterdi.
Araştırmacılar ayrıca, gözdeki retinayı beyinciğe bağlayan beyin hücreleri ağı olan optik akış yolları adı verilen bölgede beyin aktivitesinde artış tespit etti. Bu yollar görsel alan boyunca hareketi işler.
Balanoff, ekibin beyincik ve optik akış yollarındaki aktivite artışına ilişkin bulgularının pek de şaşırtıcı olmadığını, çünkü bu alanların uçuşta rol oynadığı varsayıldığını söyledi.
Araştırmalarında yeni olan şey, modern kuşlardaki uçabilen beyinlerin beyincik bulgularını, kuş benzeri dinozorların beyinlerinin motorlu uçuş için beyin koşullarını nasıl geliştirmeye başladığını gösteren fosil kayıtlarına bağlamaktı.
Bunu yapmak için ekip, doldurulduğunda beyne benzeyen dinozor kafataslarının iç boşluğunun endokastlarından veya kalıplarından oluşan dijitalleştirilmiş bir veritabanı kullandı.
Daha sonra, maniraptoran dinozorların en eski türlerinden bazılarında beyincik hacminde oldukça büyük bir artış tespit ettiler ve izini sürdüler; bu, eski kuş akrabaları arasında motorlu uçuşun ilk ortaya çıkışından önceydi. Archaeopteryx, kanatlı bir dinozor.
Balanoff liderliğindeki araştırmacılar aynı zamanda endokastlarda erken maniraptoranların beyinciklerindeki doku katlanmasında artış olduğuna dair kanıtlar da buldular; bu da beyin karmaşıklığının arttığının bir göstergesi.
Araştırmacılar bunların erken bulgular olduğu ve motorlu uçuş sırasındaki beyin aktivitesi değişikliklerinin, süzülme gibi diğer davranışlar sırasında da meydana gelebileceği konusunda uyardı. Ayrıca testlerinin engelsiz ve kolay bir uçuş yolu ile doğrudan uçmayı içerdiğini ve karmaşık uçuş manevraları sırasında diğer beyin bölgelerinin daha aktif olabileceğini de belirtiyorlar.
Araştırma ekibi, beyincikte uçuşa hazır bir beyin sağlayan ve bu yapılar arasındaki sinirsel bağlantıları mümkün kılan kesin alanları belirlemeyi planlıyor.
Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden ortak yazar Gabriel Bever, beynin evrimsel tarih boyunca neden büyüdüğüne dair bilimsel teorilerin, yeni ve farklı manzaraları geçme ihtiyacını, uçuş ve diğer lokomotif tarzlarını hazırlamayı içerdiğini söyledi.
Diğer çalışma yazarları arasında Amerikan Doğa Tarihi Müzesi ve Samuel Merritt Üniversitesi'nden Elizabeth Ferrer; Stony Brook Üniversitesi'nden Lemise Saleh ve Paul Vaska; Amerikan Doğa Tarihi Müzesi ve Suffolk Üniversitesi'nden M. Eugenia Gold; İsaMarugán-LobMadrid Özerk Üniversitesi'nden ón; Amerikan Doğa Tarihi Müzesi'nden Mark Norell; Weill Cornell Tıp Fakültesinden David Ouellette; Pensilvanya Üniversitesi'nden Michael Salerno; Amerikan Doğa Tarihi Müzesi'nden, New York Teknoloji Enstitüsü Osteopatik Tıp Koleji'nden ve Londra Doğa Tarihi Müzesi'nden Akinobu Watanabe; ve New York Proton Merkezi'nden Shouyi Wei.
Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.
Kaynak: University of Arizona
