Oamenii de știință de la Harvard reconstruiesc evoluția schimbătoare de joc a finalelor pentru membrii din tetrapodele timpurii

Vederea aeriană descrie două tetrapode devoniene târzii timpurii – Ichthyostega și Acanthostega – care ies din apă pentru a se deplasa pe uscat. Urmele urme în spatele animalelor pentru a arăta un sentiment de mișcare. Credit: Davide Bonadonna

Este greu de exagerat cât de mult a fost un schimbător de jocuri atunci când vertebratele au ieșit pentru prima dată din ape și s-au mutat la țărm în urmă cu aproximativ 390 de milioane de ani. Această transformare a dus la apariția dinozaurilor și a tuturor animalelor terestre care există astăzi.

„În esență, capacitatea de a vă plimba pe uscat a pregătit scena pentru întreaga biodiversitate și a stabilit ecosistemele terestre moderne”, a declarat Stephanie Pierce, Thomas D. Cabot profesor asociat de biologie organică și evolutivă și curator de paleontologie a coloanei vertebrale la Muzeul Zoologiei Comparative. „Reprezintă o perioadă incredibil de importantă în istoria evoluției.”

Oamenii de știință au încercat de mai bine de un secol să dezvăluie exact cum a avut loc această schimbare remarcabilă, iar înțelegerea lor despre proces se bazează în mare parte pe câteva fosile rare, toate cu goluri anatomice între ele. Noul studiu realizat de Pierce și Blake Dickson, dr. ’20, urmărește să ofere o imagine mai detaliată prin reducerea la zero a unui singur os: humerusul.

Studiul, publicat în Natură, arată cum și când primele grupuri de exploratori terestri au devenit mai buni plimbători decât înotători. Analiza acoperă tranziția os-membru și reconstituie devreme evoluția mișcării terestre tetrapode. Acestea sunt vertebrate terestre cu patru picioare ale căror descendenți includ amfibieni dispăruți și vii, reptile și mamifere.

Cercetătorii s-au concentrat asupra humerusului, osul lung din brațul superior alergând în jos de la umăr și conectându-se la brațul inferior de la cot, pentru a ocoli dilema decalajelor dintre fosilele care au fost păstrate bine. În practică, humerusul este neprețuit pentru mișcare, deoarece găzduiește mușchii cheie care absorb o mare parte din stresul unei locomotive cvadriceps. Cel mai important, osul se găsește în toate tetrapodele și peștii din care au evoluat și este destul de comun în întreaga înregistrare fosilă. Osul reprezintă o capsulă a timpului de tot felul, pentru a reproduce evoluția locomotivei, deoarece poate fi explorat de-a lungul tranziției de la aripă la membră, au spus cercetătorii.

“Am intrat cu ideea că humerusul ar trebui să ne poată spune despre evoluția funcțională a locomoției pe măsură ce treceți de la a fi un pește care doar înoată și vine pe uscat și începe să meargă”, a spus Dickson.

Cercetătorii au analizat 40 de fosile humeri 3D pentru studiu, inclusiv fosile noi colectate de colaboratori la Universitatea Cambridge ca parte a proiectului TW: eed. Echipa a analizat modul în care osul s-a schimbat în timp și efectul său asupra modului în care aceste creaturi ar putea să se miște.

Humeri fosili de pești acvatici

Humeri fosili ai peștilor acvatici (Eusthenopteron), tetrapodului de tranziție (Acanthostega) și tetrapodului terestru (Ophiacodon). Credit: Stephanie Pierce

Analiza a acoperit tranziția de la peștii acvatici la tetrapodele terestre. A constat dintr-un grup intermediar de tetrapode cu capacități locomotorii necunoscute anterior. Cercetătorii au descoperit că apariția membrilor din acest grup intermediar a coincis cu o tranziție către uscat, dar că aceste tetrapode timpurii nu au fost prea bune în a merge mai departe.

Pentru a înțelege acest lucru, echipa a măsurat compromisurile funcționale asociate adaptării la diferite medii. Au descoperit că pe măsură ce aceste creaturi se deplasau din apă în uscat, humerusul și-a schimbat forma, ducând la noi combinații de caracteristici funcționale care s-au dovedit mai benefice vieții pe uscat decât în ​​apă.

Asta avea sens pentru cercetători. „Nu poți fi bun la toate”, a spus Dickson. „Trebuie să renunți la ceva pentru a trece de la a fi un pește la a fi un tetrapod pe uscat”.

Cercetătorii au surprins modificările pe o hartă topografică care arată unde se aflau acești tetrapode timpurii în raport cu trăirea pe apă sau pe uscat. Oamenii de știință au spus că aceste schimbări sunt probabil provocate de presiunile mediului, deoarece aceste creaturi se adaptează vieții terestre.

Lucrarea descrie tetrapodele de tranziție ca având un humerus “în formă de L”, care a oferit un anumit beneficiu funcțional pentru deplasarea pe uscat, dar nu mult. Aceste animale au avut un drum lung de parcurs în dezvoltarea trăsăturilor necesare pentru a-și folosi picioarele pe uscat pentru a se mișca ușor și competent.

Pe măsură ce humerusul a continuat să-și schimbe forma, tetrapodele și-au îmbunătățit mișcarea. Humerusul a transformat o formă “L” într-o formă mai fermă, alungită, răsucită, ducând la noi combinații de caracteristici funcționale. Această schimbare a permis un acces mai eficient la pământ și a contribuit la stimularea diversității biologice și a expansiunii în ecosistemele terestre. De asemenea, el a ajutat la stabilirea lanțurilor alimentare complexe bazate pe prădători, pradă, ierbivore și carnivore care sunt văzute și astăzi.

A durat aproximativ patru ani până la finalizare. Cuantificarea modului în care humerusul și-a schimbat forma și funcția a durat mii de ore pe un supercomputer. Cercetătorii au analizat apoi modul în care aceste modificări au afectat performanța funcțională a membrului în timpul mutării și compromisurile asociate.

Abordarea inovatoare reprezintă un nou mod de a vizualiza și analiza înregistrările fosile – un efort pe care Pierce l-a spus că merită.

„Acest studiu arată cât de multe informații puteți obține despre cât de puțin din scheletul unui animal este înregistrat în dosarul fosil și cum poate ajuta la rezolvarea uneia dintre cele mai mari transformări evolutive care s-au întâmplat vreodată”, a spus Pierce. “Acest lucru este cu adevărat de ultimă oră.”

Pentru mai multe informații despre această cercetare, citiți De la aripioare la membre și de la apă la uscat: evoluția mișcării terestre în tetrapodele timpurii.

Referință: „Peisajele adaptive funcționale prezic capacitatea terestră la originea membrelor” de Blake V. Dickson, Jennifer A. Clack, Timothy R. Smithson și Stephanie E. Pierce, 25 noiembrie 2020. Natură.
DOI: 10.1038 / a41586-020-2974-5

Această cercetare a fost susținută cu finanțare de la Harvard Museum of Comparative Zoology, Robert A. Chapman Fellowship și Natural Environment Research Council.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Gheața de mare din Arctica devine mai subțire de două ori mai repede decât era de așteptat

Gheața arctică în declin a Pământului este fără îndoială una dintre cele mai mari victime ale schimbărilor climatice, ale căror consecințe sunt de anvergură,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.