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”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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”.
