Για τους εξελικτικούς βιολόγους, τα αυτιά φαλαινών είναι ένα παράξενο και συναρπαστικό αίνιγμα. Η μελέτη τους καθώς αναπτύσσονται στη μήτρα μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς εξελίχθηκαν. Αλλά η συλλογή εμβρύων φάλαινας σήμερα δεν τίθεται υπό αμφισβήτηση επειδή οι κυνηγετικές φάλαινες είναι παράνομες, και οι επιστήμονες πρέπει να βασίζονται σε αποικίες, οι οποίες συχνά δεν εμφανίζονται έγκυες γυναίκες.
σχετικό περιεχόμενο
- Οι πιο πρώιμες φάλαινες του Baleen απορρίπτονται κυριολεκτικά
- Τι μια νεκρή φάλαινα μπορεί να μας διδάξει για τη ζωή στον ωκεανό και για μας
- Πώς Δύο Cowboys λέιζερ αποθηκεύονται την Ημέρα
- Πίσω από τα σκηνικά με τον επιμελητή Nick Pyenson: μια νέα ορυκτή φάλαινα
Έτσι, όταν ο ερευνητής Smithsonian Maya Yamato έμαθε για πρώτη φορά μια συλλογή από 56 έμβρυα φαλαινών που συντηρήθηκαν με αλκοόλ στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας, τα διέκοψε στο εργαστήριο σάρωσης CT του μουσείου. «Δεν θα ξανακάνουμε ποτέ αυτό το είδος υλικού» λέει ο Yamato. «Δεδομένου ότι είναι τόσο πολύτιμοι και σπάνιοι, δεν είναι επιθυμητό να τις χωρίσουμε».
Ο Yamato, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης που εργάστηκε με τον επιμελητή των απολιθωμένων θαλάσσιων θηλαστικών, Nicholas Pyenson, ήθελε να πάρει μια καλύτερη ματιά στο πώς τα αυτιά αναπτύχθηκαν σε έμβρυα φαλαινών. Η συλλογή περιλαμβάνει δείγματα ηλικίας άνω των 100 ετών, τα περισσότερα από τα οποία χρονολογούνται από τα μέσα και τα μέσα του 20ού αιώνα, όταν οι εμπορικές φαλαινοθηρικές επιχειρήσεις ήταν ευημερούσες. Το 1986, η θήρα των φαλαινών απαγορεύτηκε από τη Διεθνή Επιτροπή Φαλαινοθηρίας και, αν και ορισμένα από τα δείγματα της συλλογής προέρχονται από παρεμπίπτοντα αλιεύματα και αποθέματα, πολλά σχετίζονται με το κυνήγι φαλαινών μιας παλαιότερης εποχής.
"Είναι μοναδικά επειδή υπάρχουν είδη που κανείς δεν θα μπορεί ποτέ να συλλέξει ξανά", λέει ο Pyenson. "Σε μερικές περιπτώσεις είτε οι συνθήκες υπό τις οποίες συλλέχθηκαν δεν μπορούν να αναπαραχθούν, είτε οι οργανισμοί δεν είναι εκεί μέσα στη φύση".
Επειδή η διόρθωση οποιουδήποτε δείγματος ή η διενέργεια οποιασδήποτε επεμβατικής εξέτασης δεν ήταν επιλογή, η Yamato χρησιμοποίησε την μη επεμβατική τεχνολογία CT για να επιθεωρήσει τα πολύ ευαίσθητα χαρακτηριστικά μέσα στα κρανία των φαλαινών. Τα αποτελέσματα του έργου του Yamato εμφανίζονται σε νέα μελέτη σήμερα στο περιοδικό PLOS ONE . Αυτό που βρήκε το Yamato βοηθά να επιβεβαιωθεί τι αναφέρει τα απολιθώματα σχετικά με το πώς οι φάλαινες έκαναν τη δραματική αλλαγή από τη ξηρά στη θάλασσα και πώς οι οικογένειες φαλαινών συνέχισαν να εξελίσσουν αποκλίνοντα φυσικά χαρακτηριστικά για να φιλοξενήσουν διαφορετικούς τρόπους ζωής στο υποβρύχιο περιβάλλον τους.
Η Maya Yamato (δεξιά) και ένας συνάδελφος τεμαχίζουν το κεφάλι μιας αποτυχημένης φραγκοσυκιού στο Chesapeake Bay για να εξετάσουν μαλακό ιστό που σχετίζεται με τα αυτιά. (Πρόγραμμα απόκρισης του ενυδρείου της Virginia Aquarium) Τα κητώδη έχουν εξελιχθεί σε δύο ξεχωριστές ομάδες: εκείνα με δόντια και εκείνα με μπαλένιο - μια δομή που μοιάζει με κόσμημα από κόσκινο που κατασκευάζεται από κερατίνη. Οι οδοντωτές φάλαινες, όπως οι φάλαινες των σπερματοζωαρίων, οι ορχηγοί και τα δελφίνια, κυνηγούν και πιάζουν τη λεία τους στα οδοντωτά σαγόνια, αλλά οι φάλαινες, όπως οι χελώνες, οι μπλε και οι φάλαινες, τσακίζουν το νερό και το φιλτράρουν μέσω του μπαλέτου τους για να παγιδεύσουν μικρά ψάρια και κριλ.
Όχι μόνο τρέφονται με τελείως διαφορετικούς τρόπους, αλλά και οι δύο ομάδες φαλαινών ακούν διαφορετικά. Οι ομάδες επεξεργάζονται ήχο στα ακραία αντίθετα άκρα της κλίμακας συχνότητας για την ακοή των θηλαστικών. Οι φάλαινες του Baleen χρησιμοποιούν ήχους εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας για να επικοινωνούν σε μεγάλες αποστάσεις. Ακούν και φωνάζουν χρησιμοποιώντας συχνότητες χαμηλότερες από εκείνες που χρησιμοποιούνται από οποιοδήποτε χερσαίο θηλαστικό, ακόμη και ελέφαντες.
Οι οδοντωτές φάλαινες, από την άλλη πλευρά, ακούν και παράγουν ήχους σε συχνότητες υψηλότερες από το μικρό καφετί ρόπαλο, το ψηλότερο χερσαίο θηλαστικό. Οι οδοντωτές φάλαινες βασίζονται σε αυτή την ικανότητα για echolocation για να περιηγηθείτε και να βρείτε θήραμα.
Χρησιμοποιώντας τις CT τομογραφίες της συλλογής φαλαινών φάλαινας, οι Yamato και Pyenson κατάφεραν να εντοπίσουν την εξέλιξη αυτών των δύο πολύ διαφορετικών τύπων φαλαινών. "Αν ο Smithsonian δεν είχε CT scanner και δεν είχε τη μεγαλύτερη συλλογή θαλάσσιων θηλαστικών στον κόσμο, αυτή η μελέτη πιθανότατα δεν θα συνέβαινε", δήλωσε ο Yamato.
Αυτή και η Pyenson είναι οι πρώτοι επιστήμονες που προσδιορίζουν την αναπτυσσόμενη "ακουστική χοάνη" στα αυτιά ενός εμβρυϊκού δείγματος. Τα αυτιά φαλαινών είναι εξ ολοκλήρου εσωτερικά. Στηρίζονται σε λιπώδη ιστό που σχετίζεται με την κωνική ακουστική χοάνη, η οποία βρίσκεται μόνο σε φάλαινες. Ο τρόπος με τον οποίο εργάζονται δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός. Σε όλες τις οδοντωτές φάλαινες, η ακουστική χοάνη είναι στραμμένη προς τα εμπρός, αλλά σε ορισμένες φάλαινες, η χοάνη είναι προσανατολισμένη προς την πλευρά του κεφαλιού.
Η ερευνητική ομάδα έγινε η πρώτη ομάδα επιστημόνων που αναγνώριζαν και απεικόνιζαν επί τόπου την ανάπτυξη μιας συγκεκριμένης περιοχής του αυτιού που βρέθηκε αποκλειστικά σε φάλαινες γνωστές ως "ακουστική χοάνη" (παραπάνω: ροζ κώνος), μια δομή που θεωρήθηκε κρίσιμο συστατικό για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου που οι μπαλέτες (κάτω) και οι οδοντωτές φάλαινες (κορυφή) ακούν στο υδάτινο περιβάλλον τους. (Yamato Μ, Pyenson Νϋ (2015)) Τα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης του αυτιού στα έμβρυα είναι παράλληλα με την εξελικτική απόκλιση των κητοειδών από τους χερσαίους προγόνους τους. Και, ακόμα πιο σημαντικό, η απόκλιση των δύο ομάδων από την άλλη. Η ακουστική χοάνη αναπτύσσεται παρομοίως, αρχικά, σε όλα τα κητοειδή. Στη συνέχεια, καθώς αναπτύσσονται τα έμβρυα των δύο ομάδων, αλλάζει τον προσανατολισμό και το σχήμα στον εγκέφαλο, μιμώντας την εξελικτική διαδικασία.
«Θέλουμε να μπορούμε να εντοπίσουμε όλες τις δομές μέσα στο αυτί» λέει ο Yamato. "Στα πρώιμα έμβρυα, βλέπουμε τις τυπικές δομές θηλαστικών. Είναι πιο παρόμοια με όλα τα άλλα θηλαστικά - να εκφορτώνουν τα θηλαστικά. Με αυτή τη μη επεμβατική μέθοδο μελέτης αυτών των σπάνιων δειγμάτων, είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε πώς αυτά τα τυπικά συστατικά των χερσαίων θηλαστικών αναδιαμορφώνονται για να σχηματίσουν τα αυτιά των σύγχρονων φαλαινών ».
Αυτό το είδος πληροφοριών είναι δύσκολο να πάρει. Τα αρχαία έμβρυα δεν διαφυλάσσονται καλά στα απολιθώματα. Ο Pyenson λέει ότι υπάρχει μόνο ένα γνωστό απολιθωμένο δείγμα αγέννητης φάλαινας. Έτσι, εξετάζοντας αυτά τα ιστορικά δείγματα που περιελάμβαναν 15 διαφορετικά είδη τόσο των οδοντωτών όσο και των φαλαινών φαλαινών ήταν σαν να ανοίγουμε ένα θησαυρό δεδομένων. Τώρα που οι σαρώσεις είναι διαθέσιμες στην επιστημονική κοινότητα, άλλοι επιστήμονες αρχίζουν ήδη να τις χρησιμοποιούν για να μελετήσουν άλλα χαρακτηριστικά ανάπτυξης φαλαινών.
«Πώς μεγαλώνουμε, ειδικά u utero, μας λέει πολλά για το πώς έχουμε εξελιχθεί», λέει ο Pyenson. "Επομένως, η εξέταση των εμβρυϊκών δεδομένων μπορεί να μας δώσει πολλές απαντήσεις όσον αφορά τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται ένα ζώο".
"Αυτό το είδος μελέτης βοηθά στην απεικόνιση της απίστευτης ποικιλομορφίας και της προσαρμογής της ζωής στη Γη", προσθέτει ο Yamato. "Παρόλο που όλοι προήλθαν από τον ίδιο πρόγονο, έχουμε διαφορετικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση πολύ διαφορετικών περιβαλλόντων."
