Co widział stary wieloryb?

Wersja tekstowa artykułu

Niemal niemożliwe jest określenie zachowania wymarłych zwierząt; Nie ma Parku Jurajskiego, w którym moglibyśmy oglądać, jak polują, kopulują lub unikają drapieżników. Jednak najnowocześniejsza technologia daje naukowcom kod fizjologiczny do rozszyfrowania zachowania wymarłych gatunków poprzez rekonstrukcję i analizę białek wymarłych zwierząt. Ta molekularna ewokacja może pomóc im zrozumieć cechy, które nie są zachowane w zapisie kopalnym.

W najnowszym przykładzie działania tej technologii naukowcy kierowani przez Sarah Dungan, która ukończyła pracę będąc doktorantem na Uniwersytecie Toronto (U of T) w Ontario, Ożywili pigmenty optyczne niektórych wczesnych przodków waleni. Praca dała Dungan i jej współpracownikom nowy wgląd w to, jak prymitywne wieloryby żyły po krytycznym ewolucyjnym punkcie zwrotnym: czasie około 55 do 35 milionów lat temu. Kiedy zwierzęta, które ostatecznie stały się wielorybami i delfinami, porzuciły swój ziemski styl życia i wróciły do ​​morza.

Fascynacja Dungan rozwojem wielorybów zaczęła się, gdy miała osiem lat. Jako dziecko uwielbiała spędzać czas w wodzie i poznawać biologię morską. Jej ojciec powiedział jej mimochodem, że przodkowie współczesnych wielorybów żyli na lądzie. Pomysł, że zwierzę może przestawić się z życia całkowicie bez wody na niemożność życia na zewnątrz, utknął z nim. Mówi, że wiedza o ewolucyjnej zmianie, jaką przeszły współczesne wieloryby – z oceanu na ląd iz powrotem – „całkowicie mnie zadziwiła”. „Gazeta jest końcem historii, która zaczęła się, gdy byłem naprawdę młody”.

w 2003Naukowcy z U of T opracowali technikę syntezy starożytnych białek optycznych wymarłych zwierząt. Zastosowali tę technologię w całym królestwie zwierząt, dowiadując się więcej o tym, jak wymarłe gatunki postrzegały świat. Ale badanie wymarłych waleni jest szczególnie interesujące, ponieważ przejście z lądu do oceanu zmieniło wizualny świat zwierząt.

W tym badaniu naukowcy porównali rodopsynę, wizualny pigment odpowiedzialny za widzenie słabego światła, od zwierząt, które zarezerwowały przejście z lądu do oceanu. Skupili się na pierwszych waleniach, które żyły 35 milionów lat temu i prawdopodobnie pływały przy użyciu silnych mięśni ogona, oraz na pierwszych waleniach (jednych z grupy zwierząt, do których należą walenie i hipopotamy), które żyły 55 milionów lat temu.

Naukowcy nie odkryli jeszcze skamieniałości dwóch wymarłych gatunków. W związku z tym nie mogą nawet dokładnie określić gatunku. Ale technika Dungana może wywnioskować starożytne sekwencje białek nawet bez tych informacji. To podejście podąża za ewolucyjnymi okruchami chleba pozostawionymi w białkach współczesnych zwierząt, aby zobaczyć, jak wyglądałyby starożytne formy, nawet bez kości samego gatunku. Porównując przypuszczalne białka pierwszego wieloryba whippomorfa i pierwszych waleni, naukowcy mogą wychwycić subtelne różnice w ich wzroku. Te różnice widzenia mogą odzwierciedlać różnice w zachowaniu zwierząt.

„Można się wiele nauczyć z dowodów kopalnych” – mówi Dungan. „Ale oko jest oknem między organizmem a jego środowiskiem”.

Wykorzystując drzewo ewolucyjne i struktury rodopsyny znane ze współczesnych waleni, Dungan i jej zespół zbudowali model do przewidywania wariantów pradawnych zwierząt. Zsyntetyzowali pigmenty optyczne w laboratorium, modyfikując genetycznie hodowane komórki ssaków i testując światło, na które są najbardziej wrażliwe. Naukowcy odkryli, że w porównaniu ze starożytnymi waleniami wymarłe walenie były prawdopodobnie bardziej wrażliwe na niebieskie fale światła. Niebieskie światło wnika w wodę głębiej niż czerwone, więc współcześni mieszkańcy głębin morskich, w tym ryba A walenieMasz wrażliwy niebieski wzrok. Wyniki wskazują, że wymarłe walenie czuły się dobrze na głębokim morzu.

Naukowcy odkryli również, że starożytna waleniowa wersja rodopsyny szybko przystosowała się do ciemności. Oczy współczesnych waleni szybko przystosowują się do przyćmionego światła, co pomaga im poruszać się między błyszczącą powierzchnią, w której oddychają, a ciemnymi głębinami, gdzie żerują. To odkrycie, jak mówi Dungan, „jest tym, co naprawdę przypieczętowało umowę”.

Na podstawie swoich ustaleń naukowcy uważają, że wczesne walenie mogły nurkować w strefie zmierzchu oceanuA Między 200 a 1000 metrów. Wzrok był niezbędny podczas nurkowania. Starożytne wieloryby nie mogły zlokalizować echa jak delfiny, więc polegały bardziej na wizji.

Odkrycie jest zaskakujące, mówi Laurian Schweikert, neurolog z University of North Carolina Wilmington, który nie był zaangażowany w badanie. Myślałem, że pierwsze walenie pozostaną blisko powierzchni. „Zaczęliśmy od dołu, teraz jesteśmy tutaj” – żartuje. W nawiązaniu do przeboju Drake’a.

Schweikert mówi, że badanie fizjologii oka jest niezawodnym sposobem wnioskowania o środowisku zwierzęcia, ponieważ białka wzrokowe nie zmieniają się zbytnio w czasie. Rzadkie zmiany są zawsze związane ze zmianami środowiskowymi.

Schweikert mówi, że najważniejszym wnioskiem z pracy Dungana i współpracowników jest to, że dalej pokazuje kolejność, w jakiej ewoluowały ekstremalne zachowania nurkowe waleni. Badania Rhodopsyna opierają się na wcześniejszych pracach, które przedstawiały podobny obraz. w Poprzednie badanieW tym badaniu naukowcy zrekonstruowali starożytną mioglobinę i wykazali, że wczesne walenie „ładowały” dopływ tlenu do mięśni podczas wstrzymywania oddechu – kolejny dowód na to, że były kompetentnymi nurkami. Kolejne badanieWykazał, tym razem na starożytnych pingwinach, że kiedy ptaki przechodziły do ​​życia morskiego, ich hemoglobina rozwinęła mechanizmy wydajniejszego zarządzania tlenem.

Dungan i jej koledzy kierują teraz swoją molekularną tablicą Ouija, aby odtworzyć rodopsynę z najstarszych ssaków, nietoperzy i archozaurów. Pomoże im to zrozumieć, jak ewoluowało życie nocne, zakopywanie się i latanie.

To podejście jest „naprawdę interesujące”, mówi Schweikert. „Próbujesz spojrzeć w przeszłość, aby zrozumieć, jak te zwierzęta ewoluowały. Chciałbym, żebyśmy mogli przyjrzeć się wizji, aby rozwiązać niektóre z tych problemów”.