Badania ujawniają, w jaki sposób ssaki przystosowały swoje kręgosłupy do życia w wodzie
W całej swojej historii ewolucji ssaki pierwotnie przystosowane do życia na lądzie wielokrotnie niezależnie przechodziły do wody, co skutkowało różnymi stopniami adaptacji w grupach takich jak foki, wieloryby, delfiny i wydry. Wśród nich większość gatunków wodnych, takich jak wieloryby, przeszła dramatyczne przemiany. Typowy plan ciała ssaków — z czterema kończynami, dłońmi i stopami — stopniowo tracił swoje uporządkowanie, przechodząc w opływową formę wodną z płetwami, zoptymalizowaną do pływania. Wraz z tymi zmianami fizycznymi, zmienił się główny sposób poruszania z ruchu napędzanego kończynami na pływanie napędzane ciałem, czyli falistym ruchem silnych mięśni pleców. „Pomimo tych niezwykłych adaptacji, wciąż brakuje nam zrozumienia roli kręgosłupa w ułatwianiu tego przejścia, głównie ze względu na jego złożoną morfologię i brak wiedzy na temat biomechaniki” — zauważa Katrina Jones, koordynatorka projektu Back2Sea. Finansowany z programu działania „Maria Skłodowska-Curie” projekt Back2Sea kompleksowo zbadał zmiany w formie i funkcji kręgosłupa podczas ewolucji przejścia z lądu do wody u ssaków. „Porównując gatunki lądowe z półwodnymi i w pełni wodnymi, staraliśmy się odkryć, w jaki sposób te przekształcenia strukturalne wspierały tę niezwykłą zmianę” — dodaje Jones. Badania zostały przeprowadzone we współpracy z Muzeum Zoologii Porównawczej na Uniwersytecie Harvarda.
Ssaki przekształcają swoje kręgosłupy do życia w wodzie
W ramach szeroko zakrojonych badań naukowcy odbyli podróże do kilku kolekcji muzealnych na całym świecie. Podczas swoich wizyt wykonali szczegółowe pomiary kręgosłupów zarówno nadal istniejących ssaków, jak i gatunków kopalnych, które reprezentują formy przejściowe. Umożliwiło im to prześledzenie procesu zmieniania się morfologii kręgosłupa, gdy ssaki przystosowały się z lądowego do wodnego stylu życia. „Kluczowym pytaniem było to, czy ta transformacja środowiskowa miała wpływ na organizację szkieletu w różnych obszarach” — zauważa Amandine Gillet, pracująca przy projekcie stypendystka „Maria Skłodowska-Curie”. „Nasze odkrycia ujawniły, że u wielorybów występuje tendencja do podkreślania ogonowej części kręgosłupa w znacznie większym stopniu niż ma to miejsce u ssaków lądowych, u których to obszar tułowia jest traktowany priorytetowo. Ma to sens, biorąc pod uwagę ważną rolę ogona w ułatwianiu poruszania się w wodzie, w odróżnieniu od odcinka tułowia, który wspomaga chodzenie”. Aby dokładniej zbadać implikacje tych zmian morfologicznych, naukowcy przeprowadzili szczegółowe badania eksperymentalne analizujące elastyczność kręgosłupa u nadal żyjących ssaków lądowych i wodnych. Wyniki wykazały znaczne zróżnicowanie ruchomości stawów kręgosłupa wśród ssaków wodnych, ukształtowane przez konkretną grupę taksonomiczną i tryb lokomocji. Różnice te podkreślają, w jaki sposób szkielet ulegał reorganizacji, aby spełnić wymagania życia w wodzie.
Pionierskie badania nad przejściem z lądu do morza
Projekt Back2Sea stanowi najbardziej kompleksowe jak dotąd badanie kręgosłupów ssaków wodnych, zapewniając bezprecedensowe spojrzenie na ich strukturę i funkcję. Bardzo rzadko dostępne są dane biomechaniczne dotyczące kręgosłupów i do tej pory niewiele było wiadomo na temat ich roli u ssaków wodnych. Zbierając dane funkcjonalne od ośmiu modelowych gatunków ssaków lądowych i wodnych, badanie Back2Sea stanowi znaczący postęp w tej dziedzinie, tworząc solidną bazę danych, która łączy formę kręgów z funkcją kręgosłupa u różnych gatunków ssaków. „Nasze badanie wyjaśnia związek między strukturą fizyczną a funkcją u żyjących ssaków wodnych, dzięki czemu stanowi solidną podstawę do zrozumienia złożonych przejść ewolucyjnych z lądu do wody” — podkreśla Gillet. „Te spostrzeżenia są cenne przy interpretacji dowodów kopalnych, ponieważ pomagają nam lepiej zrozumieć, kiedy i jak zachodziły te niezwykłe zmiany. Nasze odkrycia dotyczące reorganizacji regionalizacji kręgosłupa nie tylko mają implikacje ewolucyjne, ale dostarczają również ważnych wskazówek na temat mechanizmów molekularnych, które napędzają rozwój kręgów”.
Słowa kluczowe
Back2Sea, ssaki, kręgosłup, wodne, woda, przejście, ląd
