yleinen. tutkimus. tekniikka

Nähdään paremmin: miksi elämä tuli vedestä laskeutumaan?

Elämä maan päällä alkoi vedestä. Siksi ensimmäisten eläinten saapuessa maahan heidän oli vaihdettava evänsä raajoihin ja kidukset keuhkoihin sopeutuakseen paremmin uuteen maaympäristöön. Äskettäin ilmestyi uusi tutkimus, joka osoitti, että siirtyminen keuhkoihin ja raajoihin ei paljasta kokonaiskuvaa näiden olentojen muutoksista. Kun he lähtivät merestä, he saivat jotain, ehkä jopa arvokkaampaa kuin hapetettu ilma: tietoa. Ilmassa silmät näkevät paljon kauempana kuin veden alla. Northwestern Universityn neurologin ja insinöörin Malcolm McIverin mukaan lisääntynyt näkyvyysalue antoi eläimille lisätietoja rannikon lähellä olevista rikkaista ruokalähteistä.


Makiverillä oli mielenkiintoinen hypoteesi, mutta hän katsoitodisteita. Siksi hän ryhtyi yhteistyöhön Schmitzin kanssa, jolla oli kokemusta nelijalkaisten kivettyneiden tetrapodojen (joista yksi oli tiktaalik) silmäsolujen tulkinnasta, ja kaksi tutkijaa ajatteli, miten Makiverin idea voitaisiin parhaiten testata.

McIver ja Schmitz analysoivat ensin huolellisestifossiilitiedot, jotta voidaan tunnistaa silmäliitosten koon muutokset, jotka osoittavat vastaavat muutokset silmissä, koska ne ovat verrannollisia pistorasioiden koon kanssa. Tutkijat keräsivät 59 ensimmäisestä nelijalkaisesta pääkallasta, jotka tapahtuivat veden ja maan välillä siirtymävaiheen aikana, ja jotka olivat ehjät ehjinä sekä silmä kiertoradan että kallon pituuden mittaamiseksi. Sitten he latasivat nämä tiedot tietokonemalliin saadakseen ekstrapoloida silmäliittimen koon muutoksen useiden sukupolvien ajan ja saada kuvan tämän ominaisuuden evoluutiogeneettisestä siirtymisestä.

Kävi ilmi, että silmien koko kasvoi huomattavastitodella havaittu - itse asiassa kolme kertaa - siirtymäkauden aikana. Silmäliittimen keskimääräinen koko ennen siirtymää oli 13 millimetriä ja sen jälkeen - 36 millimetriä. Lisäksi niille olentoille, jotka tulivat vedestä laskeutumaan ja palasivat veteen - kuten meksikolainen luolakala Astyanax maxicanus - silmäradan keskimääräinen koko pienennettiin 14 millimetriin, eli se melkein palasi edelliseen tilaansa.

Näillä tuloksilla oli yksi ongelma. McIver ehdotti alun perin, että lisäys tapahtui sen jälkeen, kun eläimistä tuli täysin maata, koska maantieteellisen kaukonäön evoluutioedut kasvattaisivat kiertoradan kokoa. Mutta muutos tapahtui ennen siirtymistä vedestä maahan oli saatu päätökseen, jopa ennen kuin olentoille kehittyi alkeelliset raajat kalalisuissaan. Kuinka maassa oleskelu saattoi lisätä asteittaista silmän kiertoradan kokoa?

Kun Makiver ja Schmitz analysoivat tietojasilmien koon mukaan fossiilitiedotteessa, he huomasivat, että kiertoradat muuttivat siirtymän aikana asemaansa, siirtyivät kallon sivuttaisosista ylöspäin, missä ne kiinnitettiin luuseinämiin. He huomasivat myös pieniä viiltoja korvan alueen läheisyydessä - spiraaleja -, jotka auttoivat nelijalkaista hengittämään ilmaa. Lyhyesti sanottuna, nämä olennot alkoivat muistuttaa krokotiileja. Yhtäkkiä kaikki astui paikalleen.

”En odottanut näiden olentojen käyttävänilmakuva silloin, kun se vielä kelluu ”, sanoo McIver. "Arvelin, että ilmakuva on yhtä suuri kuin maassa ollessa." Tämä ei ole niin. Siirtymäkauden tetrapodojen piti pikemminkin metsästää kuin krokotiilit piilossa matalassa vedessä rannalla, kun vain heidän silmänsä nousivat pinnan yläpuolelle etsiessään maukasta saalista.

Tässä tapauksessa ”näyttää siltä, ​​että metsästys, kutenkrokotiili oli portti laskeutumiseen ”, McIver sanoo. "Aivan kuten tiedot edeltävät tapahtumaa, ulkonäkö maalla johtui todennäköisesti huomattavasta visiovoitosta, joka johtui veden yläpuolella olevista silmistä, jotka näkevät koskemattoman petolähteen, ja raajat löydettiin sen jälkeen."

Tämä näkemys on yhdenmukainen Jennifer Clackin työn kanssa,fossiilisesta Pederpes finneyaesta kuuluisa Cambridge Universityn paleontologi on vanhin tunnettu ”jalka, joka on suunniteltu maalla kävelemiseen”, joka ei ollut täysin maata. Vaikka varhaiset tetrapodit olivat pääasiassa vesieliöitä ja myöhemmin tetrapodoista tuli selvästi maa, paleontologien mielestä tämä olento vietti aikaa sekä vedessä että maassa.

Määrittämällä kuinka suuret silmäsi ovat,Makiver päätti laskea, kuinka pitkälle eläimet pystyivät näkemään isoilla silmillä. Hän mukautti olemassa olevan ekologisen mallin, jossa otetaan huomioon paitsi silmien anatomia myös muut tekijät, kuten ympäristö. Vedessä suurempi silmä lisää vain näkökenttää hiukan yli kuudesta metristä lähes seitsemään metriin. Mutta suurenna silmien kokoa ilmassa - ja parannus kasvaa 200: sta 600 metriin.

Makiver ja Schmitz tekivät saman asianmallintaminen monissa olosuhteissa: päivänvalo, kuutoton yö, tähtivalo, kirkas vesi ja jopa mutainen vesi. "Sillä ei ole väliä", McIver sanoo. - Kaikissa tapauksissa ilman kasvu oli valtavaa. Vaikka he metsästäisivätkin laajassa päivänvalossa vedessä ja menisivät ulos vain kuuhina öinä, siitä olisi silti hyötyä heille. "

Määrällisten työkalujen käyttäminenfossiilisten aineistojen kuvioiden selittäminen esittää täysin uuden lähestymistavan ongelmaan. Yhä useammat paleontologit ja evoluutiobiologit, kuten Schmitz, käyttävät näitä menetelmiä.

”Paleontologia on suurelta osin tutkimusfossiileja, jota seuraa kuvaus siitä, kuinka nämä fossiilit saattavat sopia tiettyyn ympäristöön ”, kertoo Australian Flindersin yliopiston paleobiologi John Long, joka tutkii, kuinka kalat kehittyivät tetrapodoiksi. ”Tämä artikkeli sisältää erittäin hyviä kokeellisia tietoja visioiden testaamiseksi monissa ympäristöissä. Ja nämä tiedot vastaavat niitä malleja, jotka näemme näiden kalojen esimerkissä. "

Schmitz korosti kahta keskeistä tapahtumaa vuonna 2006määrällinen lähestymistapa, jota on tapahtunut viimeisen kymmenen vuoden aikana. Ensinnäkin yhä useammat tutkijat mukauttavat nykyaikaisen vertailevan biologian menetelmiä fossiilisten aineistojen analysointiin tutkien eläinten suhdetta toisiinsa. Toiseksi on suurta kiinnostusta mallintaa muinaisten olentojen biomekaniikkaa tavalla, joka voidaan tosiasiallisesti tarkistaa - esimerkiksi kuinka nopeasti dinosaurukset voivat ajaa. Tällaista fossiilien tulkintamalliä voidaan soveltaa paitsi biomekaniikkaan myös myös aistitoimintoihin - selitä tässä tapauksessa, kuinka veden poistuminen vaikutti ensimmäisten nelijalkaisten eläinten näkymiin.

”Molemmat lähestymistavat tuovat siis jotain ainutlaatuistatäytyy kulkea käsi kädessä ”, Schmitz sanoo. ”Jos analysoisin itse silmän kiertorataa, en ymmärrä, mitä se todella tarkoittaa. Silmät ovat suurempia, mutta miksi? ” Aistinvaraisella mallinnuksella voidaan vastata näihin kysymyksiin laadullisesti, ei kvantitatiivisesti.

Schmitz aikoo tutkia muita siirtymävaiheitavettä fossiilitiedotteessa - ei vain ensimmäisiä nelijalkaisia ​​- etsimään vastaavia silmäkokojen nousuja. "Jos tarkastellaan uudelleen muutoksia veden ja maan välillä, maan ja veden välillä, näet samanlaisia ​​kuvia, jotka voisivat vahvistaa tämän hypoteesin", hän sanoo. Esimerkiksi meri-matelijoiden fossiilit, jotka luottavat voimakkaasti visioon, voivat myös osoittaa silmän kiertoradan nousua laskeutuessaan.

Ajattele uudella tavalla

McGiver-neurologin kokemus pakotti hänet väistämättämiettiä, miten tämä kaikki voisi vaikuttaa nelijalkaisten käyttäytymiseen ja kognitiivisiin kykyihin muuttaessaan vedestä maalle. Esimerkiksi, jos asut ja metsästät vedessä, rajoitettu näköalueesi - noin yksi vartalon pituus eteenpäin - tarkoittaa, että asut ”reaktiivisessa tilassa”: sinulla on vain muutama millisekuntia reagoida. Kaikki laskeutuu yhteen järjestelmään. Voit joko syödä tai syödä, ja on parempi tehdä päätös nopeasti.

Mutta maaeläimelle kyky nähdäLisäksi se tarkoittaa, että hänellä on paljon enemmän aikaa arvioida tilannetta ja kehittää parempaa toimintastrategiaa, olipa kyse sitten saalistajasta tai saalista. McIverin mukaan luultavasti ensimmäiset maaeläimet alkoivat metsästää maatuotantoa reaktiivisesti, mutta ajan myötä eläimet, jotka voisivat ylittää suihkutilan ja oppia ajattelemaan strategisesti, saivat evoluutioedun. "Nyt sinun on arvioitava useita tulevia tuloksia ja valittava nopeasti niiden välillä", tiedemies sanoo. "Tämä on henkinen matka läpi ajan, josta on tullut tärkeä osa omaa kognitiivista kykyämme."

Muut tunteet todennäköisesti myös pelanneettietty rooli kehittyneemmän tietoisuuden kehittymisessä. "Se on erittäin jännittävää, mutta en usko, että kyky suunnitella yhtäkkiä ilmestyi vain näön kautta", kertoo Cornellin yliopiston evoluutio neurofysiikko Barbara Finlay. Hän mainitsee esimerkkinä, kuinka lohi luottaa niiden hajuaitoon ylävirtaan tapahtuvan muuton aikana.

Hutchinson on samaa mieltä siitä, että siitä olisi apuapohtia kuinka monta aistinmuutosta yhdistetään tämän kriittisen siirtymäkauden aikana toisiinsa, eikä tutkia yksin näkemistä. Esimerkiksi "tiedämme, että haju ja maku yhdistettiin ensin vesiympäristössä ja sitten erotettiin", hän sanoo. "Mutta kuulo on muuttunut dramaattisesti siirtyessä vesipitoisesta kuivaan ympäristöön yhdessä asianmukaisen ulkokorvan ja muiden ominaisuuksien kehittymisen kanssa."

Tällä työllä on vaikutuksia tulevaisuuden evoluutioon.ihmisen tieto. Ehkäpä jonain päivänä pystymme tekemään uuden evoluution harppauksen, ylittämällä sen, mitä Makiver vitsaillen kutsuu "ihmisen tyhmyyden paleoneurologiaksi". Ihmiset kykenevät ymmärtämään lyhytaikaisten uhkien seurauksia, mutta pitkän aikavälin suunnittelua - esimerkiksi lieventääkseen ilmastonmuutoksen vaikutuksia - emme käytännössä sula. "Ehkä monet strategisen ajattelun rajoituksista juontavat juurensa siihen, kuinka erilaiset olosuhteet vaikuttavat suunnitteluun", hän sanoo. "Emme voi ajatella geologisessa aikataulussa."

Hänen työnsä voi auttaa meitä tunnistamaan omat sokeutemme.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!