_ Oamenii de știință identifică creșterea cerebelului creierului ca cheie pentru evoluția zborului păsărilor

Biologii evoluționari de la Johns Hopkins Medicine raportează că au combinat scanări PET ale porumbeilor moderni împreună cu studiile fosilelor de dinozaur pentru a ajuta la răspunsul la o întrebare de durată în biologie: Cum a făcut creierul păsărilor evoluează pentru a le permite să zboare?

Răspunsul, spun ei, pare a fi o creștere adaptativă a dimensiunii cerebelului la unele vertebrate fosile. Cerebelul este o regiune a creierului responsabilă de mișcarea și controlul motorului.

Descoperirile cercetării sunt publicate în numărul din 31 ianuarie al Proceedings of the Royal Society B.

Oamenii de știință au mult timp credeau că cerebelul ar trebui să fie important în zborul păsărilor, dar le lipseau dovezi directe. Pentru a-și identifica valoarea, noua cercetare a combinat datele imagistice moderne de scanare PET ale porumbeilor obișnuiți cu înregistrările fosile, examinând regiunile creierului păsărilor în timpul zborului și carcasele creierului dinozaurilor antici.

„Zborul cu putere printre vertebrate este un lucru rar. eveniment din istoria evoluției”, spune Amy Balanoff, Ph.D., profesor asistent de anatomie funcțională și evoluție la Școala de Medicină a Universității Johns Hopkins și primul autor al cercetării publicate.

De fapt, spune Balanoff. , doar trei grupuri de vertebrate, sau animale cu coloană vertebrală, au evoluat pentru a zbura: pterozaurii dispăruți (terorile cerului în perioada mezozoică, care s-a încheiat cu peste 65 de milioane de ani în urmă), liliecii și păsările.

Cele trei specii nu sunt strâns legate de arborele evolutiv, iar factorii sau factorii cheie care au permis zborul în toate trei au rămas neclari.

Pe lângă adaptările fizice exterioare pentru zbor, cum ar fi membrele superioare lungi, anumite tipuri de pene, un corp raționalizat și alte caracteristici, Balanoff și colegii ei au conceput cercetări pentru a găsi caracteristici care au creat un creier pregătit pentru zbor.

Pentru a face acest lucru, ea a lucrat cu ingineri biomedici la Universitatea Stony Brook din New York pentru a compara activitatea cerebrală a porumbeilor moderni înainte și după zbor.

Cercetătorii au efectuat scanări imagistice cu emisie de pozitroni sau PET, aceeași tehnologie folosită în mod obișnuit la oameni, pentru a compara activitatea în 26 de regiuni ale creierul când pasărea era în repaus și imediat după aceasta a zburat timp de 10 minute de la un biban la altul. Au scanat opt ​​păsări în zile diferite.

Scanările PET folosesc un compus similar glucozei care poate fi urmărit acolo unde este cel mai mult absorbită de celulele creierului, indicând o utilizare crescută a energiei și, prin urmare, a activității. Trackerul se degradează și este excretat din corp într-o zi sau două.

Din cele 26 de regiuni, o zonă – cerebelul – a avut creșteri semnificative statistic ale nivelurilor de activitate între odihnă și zbor la toate cele opt păsări. În general, nivelul de creștere a activității în cerebel a diferit cu mai mult de două abateri statistice standard, în comparație cu alte zone ale creierului.

Cercetătorii au detectat, de asemenea, o activitate crescută a creierului în așa-numitele căi ale fluxului optic, o rețea de celule cerebrale care conectează retina din ochi de cerebel. Aceste căi procesează mișcarea în câmpul vizual.

Balanoff spune că descoperirile lor privind creșterea activității în cerebel și a căilor de flux optice nu au fost neapărat surprinzătoare, deoarece s-a presupus că zonele joacă un rol în zbor. Ceea ce a fost nou în cercetările lor a fost legarea descoperirilor din cerebel ale creierelor capabile de zbor la păsările moderne cu înregistrările fosile care au arătat cum creierul dinozaurilor asemănătoare păsărilor a început să dezvolte condiții cerebrale pentru zborul cu motor.

Pentru a face acest lucru, Balanoff a folosit o bază de date digitalizată de endocast, sau matrițe din spațiul intern al craniilor de dinozaur, care, atunci când sunt umplute, seamănă cu creierul. Ea a identificat și a urmărit o creștere considerabilă a volumului cerebelului la unele dintre cele mai timpurii specii de dinozauri maniraptoran, care au precedat primele apariții ale zborului cu motor printre rudele antice ale păsărilor, inclusiv Archaeopteryx, un dinozaur înaripat.

Balanoff și ea. Echipa a găsit, de asemenea, dovezi în endocasturile ale unei creșteri a plierii țesuturilor în cerebelul maniraptoranilor timpurii, un indiciu al creșterii complexității creierului.

Cercetătorii au avertizat că acestea sunt descoperiri timpurii și că activitatea creierului se modifică în timpul zborului cu motor. ar putea apărea și în timpul altor comportamente, cum ar fi alunecarea. Ei observă, de asemenea, că testele lor au implicat zborul simplu, fără obstacole și cu o cale de zbor ușoară și că alte regiuni ale creierului pot fi mai active în timpul manevrelor complexe de zbor.

Echipa de cercetare planifică în continuare să identifice zone precise în cerebelul care permite un creier pregătit pentru zbor și conexiunile neuronale dintre aceste structuri.

Teoriile științifice despre motivul pentru care creierul devine mai mare de-a lungul istoriei evoluției includ nevoia de a traversa peisaje noi și diferite, pregătind scena pentru zbor și alte stiluri de locomotivă, spune Gabriel Bever, Ph.D., profesor asociat de anatomie funcțională și evoluție la Școala de Medicină a Universității Johns Hopkins.

„La Johns Hopkins, comunitatea biomedicală are o gamă largă de set de instrumente și tehnologie care să ne ajute să înțelegem istoria evoluției și să legăm descoperirile noastre cu cercetările fundamentale despre modul în care funcționează creierul”, adaugă el.

(Fluierul)