Kuinka käärme menettää jalat?

Paineside - Kirves jalkaan - Ensiapu (Kesäkuu 2019).

Anonim

Käärmeet ovat pitkänomainen, lihansyöjäiset matelijat Serpentesin osasta. Heidän erityispiirteensä on niiden puuttuminen. Käärmeet ovat jalkoja, joten he liikkuvat hakkaamalla eteenpäin, vetämällä ja vetämällä ruumiinsa maan päällä.

Nyt, jos hännän on eläimen ruumiin olennainen piirre, meidän on kysyttävä, mistä käärmeen ruumis päättyy ja sen pyrstö alkaa? Tämä on koominen, mutta erittäin syvällinen filosofinen ongelma, jos kysyt minulta. Mutta älkäämme asu enää kauemmaksi.

Sen sijaan paljon vakavammin, mitä meidän pitäisi keskittyä on kysymys siitä, miksi käärmeet menettäneet jalat ensin?

(Valokuvauskirje: Pixabay)

Kysymys kysyy lähinnä, miksi luonto pitää tätä regressiota parempana eloonjäämiselle kuin raajojen kaltaisia ​​muita matelijoita? Taipuisuus tekisi kaivamisen paljon helpompaa kuin ilman paria etualuksia.

Yksi uraauurtava paperi väittää, että esihistoriallisilla käärmeillä oli raajat, vaikkakin hyvin ohuet. He vähitellen menettäneet heidät tietyn energianrajoituksen vuoksi. Myöhemmin opimme, kuinka nämä rajoitteet ovat aiheuttaneet tämän regressiota ja pysäyttäneet raajojen kasvun valmistusvaiheessa - geenien tasolla.

Käärmeet, joissa nilkan luut

Tutkimus viittaa siihen, että käärmeet kehittyivät luvuista, jotka joko kaivettiin maahan tai uivat meressä. Jalat kuitenkin vanhentuivat kummassakin tapauksessa eläimen kehittyessä ajan myötä. Vaikuttaa siltä, ​​että he menettivät raajansa, koska raajojen läsnäolo estänyt veden vetovoimaa. Mutta entä louhinta? Etkö haluaisi avustusta käämityksen avulla?

No, eläintieteilijät väittävät, että käärmeet harvoin kaivoivat omat reiät. Pikemminkin he tarttivat ja snuck pieniksi eläimiksi kaivetuiksi rei'iksi, todennäköisesti mahdollisiksi saaliiksi. Tässä skenaariossa korvakkeet olisivat varmasti tehneet heistä suurempia kuin reikä ja estäneet heitä pääsemästä ruokaansa.

Raajojen läsnäolo olisi aiheuttanut huomattavan energian tuhlauksen. Nämä rajoitteet pakottivat regressiota olemaan jalkoja. Regressiota esiintyi myös ilman vaikutusta elimistön eloonjäämiseen. Tutkimuksessa korostetaan, että raajojen menetykset voidaan hyvittää käärmeille, jotka kasvattavat niitä erittäin hitaasti tai kasvavat vain hyvin lyhyessä ajassa.

Vain jos siinä oli raajoja.

Tutkimuksessa Houssaye ja kollegansa Pariisin luonnonhistoriallisesta museosta tarkastelivat tarkasti esihistoriallista fossiilikäärettä nimeltä Eupodophis descouensi. Vanhimmat käärmeiden uskotaan olevan päivätty 94-112 miljoonaan vuoteen. Tämä käärme ei ollut kaikkein vanhin, mutta se tuli lähelle, arviolta noin 90 miljoonaa vuotta vanha.

Tutkijat käyttivät uutta, erittäin kehittynyttä kuvantamistekniikkaa nimeltä Synchrotron Radiation Computed Laminography (SRCL). Menettely käyttää suuria koneita, joiden avulla voimme suurentaa ja tarkastella mikroskooppisia ominaisuuksia hienoina yksityiskohdina. Mikä tärkeintä, se ei aiheuta vahinkoa näille korvaamattomille yksilöille.

Koneet altistavat näytteen intensiiviselle röntgensäteilylle, joka tunkeutuu syvästi fossiilisiin jokaisen raon läpi, kun se pyörii alustalle. Menettely tuottaa tuhansia teräväpiirtoisia 2D-kuvia, jotka kootaan muodostamaan fossiilisen hienostuneen 3D-mallin.

(Valokuvauskirje: Pansci.asia)

Fossilisoidun käärmeen kolmiulotteinen malli kuvasi muinaisen käärmeen lantion ja ohut 2 cm: n jalat! Se osoitti 2 pientä, regressioitua takaraajaa ja eturaajojen puuttumista. Vahva jalka oli taivutettu polvissa ja siinä oli neljä nilkkasiltaa, mutta sillä ei ollut jalkoja tai toe-luita. Tämä morfologia melko muistuttaa nykypäivän maanpäällisen lisän raajoja.

Toinen samanikäisen käärme, Najesh rionegrina, on myös ennustettu olevan 2 infinitesimally ohutta taka-jalat. Käärme näytti ristin, kolmionmuotoisen luuston, joka tukee lantion.

Nämä piirteet saattavat olla subtly poistuneet, kun eläin kehittyi.

Yksinkertainen geneettinen säätö, joka aiheutti käärme menettää raajansa

Erittäin tyylikäs tutkimus osoitti, että käärmeen genomilla on geenien genesiä ja kasvua omaavia geenejä, mutta pienet mutaatiot DNA: ssa, jotka sijaitsevat lähelle geeniä, joka on keskeinen raajan arkkitehtuurille ja kasvulle, estivät geenin aktivoimasta ensimmäistä sijaa muuttamalla niiden ulkonäköä ikuisesti.

(Valokuvauskirje: pxhere.com)

Tämä havainnollistaa tuikuttavaa perhosvaikutusta, jossa pieni vaihtelu muuntuu välillisiin eroihin. Tutkimuksessa korostetaan upeita häiriöitä, joita yksi geneettinen mutaatio voi aiheuttaa. Eläkeläiset väittävät, että tämä regressio olisi voinut alkaa toimia noin 150 miljoonaa vuotta sitten.

Ensimmäiset löydökset näistä geneettisistä muutoksista etsivät Martin Cohn, joka oli Floridan yliopiston evoluutiokehitysbiologi vuonna 1999. Hän havaitsi, että tietyt käärmealkion geenit osallistuivat eri toimintamalliin kuin samassa tilassa olevat muut matelijat. Hän ymmärsi, että kasvutekijän käyttöönotto voisi mahdollistaa näiden alkioiden alkavan kasvaa raajoja. Kuitenkin, koska geeni-muokkaustekniikka oli vain alkuvaiheessa, Cohnilla ei ollut sopivia työkaluja syvenemään.

Neljä vuotta myöhemmin Hanken ja hänen kollegansa havaitsivat, että aktiivisuus geenissä, nimeltä Sonic hedgehog (Shh), merkitsi huomattavaa osaa raajojen muodostumisesta ja koosta lohkeissa, mikä viittaa siihen, että se voi olla myös merkityksellinen käärmeille.

Koska geenitekniikka tarttui, tutkijat seurasivat pythonin alkion toimintaa tutkimaan, miksi jalat kasvoivat mutta eivät koskaan kehittyneet täysin. Tuloksissa havaittiin 3 deleetioita geneettisessä kytkimessä, joka kontrolloi saman Sonic hedgehog (SHH) -geenin aktiivisuutta!

Geenin nimi on suosittu sarjakuvahahmo Sonic the Hedgehog. (Kuva: Flickr)

Kytkintä kutsutaan virallisesti tehostajaksi. Vahvistin saa aikaan laiturin, jossa kaikki tämän geenin toimintaa ohjaavat proteiinit toimitetaan. Deleetio vaikeuttaa proteiinien kiinnittymistä, jolloin niillä on kapea geeniaktiivisuuden ikkuna pythonin alkion kehittymisen aikana, mikä on ratkaisevaa minkä tahansa raajan kasvun kannalta.

Alex Visel, genomiikka Lawrence Berkeleyn kansallisessa laboratoriossa Kaliforniassa, Berkeleyssä, verrattu muinaisten käärmeiden, kuten pythonin ja boas, geneettisiin sekvensseihin vasta kehitettyihin käärmeisiin kobreihin ja pythoniin. Hän huomasi, että jälkimmäisellä ei ollut mitään jalanjälkiä, jotka olivat läsnä edellisessä. Heidän tehostajat olivat täynnä deleetioita ja regressiivisia mutaatioita.

Tutkijat yrittivät sitten testata tämän tehostajan vaikutusta hiiren raajoihin ja ennakoimaan sen vaikutuksia raajojen kasvuun. Insightful-kokeessa tutkijat käyttivät CRISPR-Cas9 -geeni-muokkaustekniikkaa korvaamaan jyrsijän oman tehostajan muiden eläinten tehostimilla ja sitten käärmeen tehostajalla.

Kun kypsytettiin muiden lajien tehostajan kanssa, hiiren jalat kasvoivat tavanomaisesti. Kuitenkin, kun se korvattiin käärmeen tehostajalla, raajan kasvu rajoittui pieniin nubiin! Lisäksi, kun tutkija teki tarpeelliset lisäykset DNA: han ja asetti muutetun tehostajan takaisin hiiriin, jalkojen kasvu jatkoi normaalia kasvuaan!

Tällä tavoin käärmeen DNA: n renkaita muuttavan mikroskooppisen säätämisen rajoitti kaikki ulkonevat appendanssit huomaamattomiin silmukoihin tai uusien käärmeiden lajien iteraatioihin aiheuttaen regressiota, jolla ei ollut lainkaan appendaa.

(Valokuvauskirje: Pixabay)

Kuitenkin tiedemiehet ovat edelleen epävarmoja, voiko tätä nipistettä pitää yksittäisenä, monumentaalisena mutaationa, joka esitteli lyysin limppoustauden kehityksen ja helpotti niiden kehittymistä käärmeiksi. He uskovat, että tämä mutaatio ei ehkä ole ainoa tekijä, mutta se on varmasti tärkeä toimija tässä kehittymässä olevassa draamassa.

Nyt kaikkien käärmeiden yhteinen esi-isä houkuttelee yhä varjossa, vaikeasti havaittavissa ja haluttomana tunnistaa.