Hvad gør et pattedyr til et pattedyr? Vores rygsøjle, siger videnskabsmænd

Pattedyr er unikke på mange måder. Vi er varmblodige og adrætte i sammenligning med vores reptilslægtninge.

Men en ny undersøgelse, finansieret af National Science Foundation (NSF) og ledet af Harvard University-forskerne Stephanie Pierce og Katrina Jones, antyder, at vi er unikke på endnu en måde – sammensætningen af ​​vores rygsøjler. Forskerne beskriver deres fund i et papir offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Videnskab .

"Rygsøjlen er dybest set som en række perler på en snor, hvor hver perle repræsenterer en enkelt knogle - en hvirvel, " sagde Pierce, kurator for hvirveldyrs palæontologi ved Harvard. "Hos de fleste firbenede dyr, som firben, hvirvlerne ser alle ud og fungerer ens.

"Men pattedyrs rygrad er forskellige. De forskellige sektioner eller regioner af rygsøjlen - som halsen, thorax og lænd - antager meget forskellige former. De fungerer hver for sig og kan derfor tilpasse sig forskellige livsformer, som at løbe, flyvende, grave og klatre."

Mens pattedyrs rygrad er specialiseret, de områder, der ligger til grund for dem, blev anset for at være gamle, går tilbage til de tidligste landdyr.

Pattedyr fik mest muligt ud af den eksisterende anatomiske plan, eller det troede forskerne. Imidlertid, den nye undersøgelse udfordrer denne idé ved at se på fossiloptegnelsen.

"Der er ingen dyr i live i dag, der registrerer overgangen fra en 'øgle-lignende' forfader til et pattedyr, " sagde Jones, hovedforfatter af undersøgelsen. "At gøre det, vi er nødt til at dykke ned i fossiler og se på pattedyrs uddøde forløbere, de ikke-pattedyrs synapsider."

Disse gamle forfædre har nøglen til at forstå oprindelsen af ​​pattedyrspecifikke egenskaber, inklusive rygsøjlen.

Men at studere fossiler er ikke let. "Fossiler er sjældne, og det er utrolig sjældent at finde uddøde dyr med alle 25-plus hvirvler på plads. " sagde Jones.

For at løse dette problem, forskerne finkæmmede museumssamlinger rundt om i verden for at studere de bedst bevarede fossiler af dyr, der levede for omkring 320 millioner år siden.

"Når man ser ind i den gamle fortid, en tidlig ændring i pattedyrs rygsøjler var et vigtigt første skridt i deres udvikling, " sagde Dena Smith, en programdirektør i NSF's afdeling for geovidenskab, som finansierede forskningen. "Ændringer i rygsøjlen over tid gjorde det muligt for pattedyr at udvikle sig til de utallige arter, vi kender i dag."

Pierce og Jones, sammen med medforfatter Ken Angielczyk fra Field Museum i Chicago, undersøgt snesevis af fossile rygsøjler, samt mere end 1, 000 hvirvler af levende dyr, herunder mus, alligatorer, firben og padder.

De ønskede at finde ud af, om pattedyrs hvirvelregioner var så gamle som tidligere antaget, eller hvis pattedyr lavede noget unikt.

"Hvis hvirvelregioner var forblevet uændrede gennem evolutionen, som antaget, vi ville forvente at se de samme regioner i ikke-pattedyrs synapsider, som vi ser hos pattedyr i dag, " sagde Pierce.

Men det ser ikke ud til at være tilfældet. Da forskerne sammenlignede ryghvirvlernes placering og form, de fandt noget overraskende. Rygsøjlen havde fået nye områder under pattedyrs evolution.

"De tidligste ikke-pattedyrssynapsider havde færre regioner end levende pattedyr, " sagde Jones.

For omkring 250 millioner år siden, en ny region udviklede sig nær skuldre og forben. Dramatiske ændringer begyndte også at dukke op i forbenene på dyr kendt som ikke-pattedyrsterapier.

Disse samtidige udviklinger, forskerne mener, sandsynligvis sket i forbindelse med ændringer i, hvordan skabninger gik og løb.

"Der ser ud til at være en form for krydstale under udviklingen mellem vævene, der danner hvirvlerne og skulderbladet, " sagde Pierce. "Vi tror, ​​at denne interaktion resulterede i tilføjelsen af ​​en region nær skulderen, efterhånden som vores forfædres forlemmer udviklede sig til at antage nye former og funktioner."

Senere, en region opstod nær bækkenet. "Det er denne sidste region, den ribbeløse lænderegion, der ser ud til at være i stand til at tilpasse sig bedst til forskellige miljøer, " sagde Pierce.

Det sidste trin i opbygningen af ​​pattedyrets rygrad kan være forbundet med ændringer i Hox-gener, vigtige for rygsøjleregioner tidligt i deres udvikling.

"Vi har været i stand til at skabe forbindelser mellem ændringer i skeletterne af uddøde dyr og ideer i moderne udviklingsbiologi og genetik, " sagde Jones. "Denne kombinerede tilgang hjælper os med at forstå, hvad der gør et pattedyr til et pattedyr."