Däggdjur är unika på många sätt. Vi är varmblodiga och smidiga jämfört med våra reptilsläktingar, men det finns fortfarande en annan skillnad. Forskarna Stephanie Pierce och Katrina Jones från Harvard University antyder att däggdjur är unika på ytterligare ett sätt: sammansättningen av våra ryggar. Forskningen har publicerats i tidskriften Science .
Enligt Pierce är däggdjursryggraden i princip som en serie pärlor på ett snöre, där varje pärla representerar ett enda ben, en kota. "Hos de flesta fyrbenta djur, som ödlor, ser och fungerar kotorna likadant" , säger forskaren.
Däggdjurens ryggar är dock annorlunda. Olika sektioner eller regioner av ryggraden, såsom nacken, bröstkorgen och nedre delen av ryggen, antar mycket olika former. De fungerar separat och kan därför anpassa sig till olika sätt att leva, som att springa, flyga, gräva eller klättra.
Däggdjur: specialiserade kolumner
Medan däggdjursryggar är specialiserade, ansågs de underliggande regionerna vara uråldriga, med anor från de tidigaste landdjuren. Däggdjur troddes ha gjort det bästa av befintliga anatomiska ritningar. Den nya studien utmanar dock denna idé genom att titta på fossilregistret.
" Det finns inga djur som lever idag som registrerar övergången från en "ödlaliknande" förfader till ett däggdjur" , säger Jones. För att göra det, säger han, måste du dyka in i fossilregistret och titta på de utdöda föregångarna till däggdjur, synapsiderna som inte är däggdjur.Icke-däggdjurssynapsider har nyckeln till att förstå ursprunget till däggdjursspecifika egenskaper, inklusive kotpelaren.
Rekonstruktion av Edaphosaurus, en primitiv däggdjursförfader; dess långa ryggar bildar ett segel på ryggen.
Men att studera fossiler är inte lätt. Jones säger i detta avseende att fossiler är få, och att det är otroligt sällsynt att hitta utdöda djur med mer än 25 kotor på plats. För att komma till rätta med detta problem samlade forskare museisamlingar runt om i världen för att studera de bäst bevarade fossilerna av djur som levde för cirka 320 miljoner år sedan.
En tidig förändring av kotpelarna hos däggdjur var ett viktigt första steg i deras utveckling. Med tiden ledde förändringar i kotpelaren till att däggdjur kunde utvecklas till de otaliga arter vi känner idag.
Utvecklingen av ryggraden hos däggdjur
Forskargruppen undersökte fossila kotpelare, såväl som mer än 1 000 kotor från levande djur, inklusive möss, alligatorer, ödlor och amfibier. De ville ta reda på om däggdjurens ryggradsområden var så gamla som man trodde, eller om däggdjuren gjorde något unikt.
" Om kotregionerna hade förblivit oförändrade under hela evolutionen, som hypotesen, skulle vi förvänta oss att se samma regioner i icke-däggdjurssynapsider som vi ser idag hos däggdjur" , säger Pierce. Men det verkar inte vara fallet.
När forskarna jämförde kotornas position och form fann de något överraskande. Kotpelaren hade fått nya regioner under utvecklingen av däggdjur. Tidiga icke-däggdjurssynapsider hade färre regioner än levande däggdjur.
För cirka 250 miljoner år sedan utvecklades en ny region nära axlarna och frambenen. Dramatiska förändringar började också dyka upp i frambenen på djur som kallas icke-däggdjurspeptider.
Forskare tror att dessa samtidiga händelser sannolikt inträffade i samband med förändringar i hur varelserna gick och sprang.
Forskare tror att det förekommer någon form av överhörning under utvecklingen mellan vävnaderna som utgör kotorna och skulderbladet. De tror också att denna interaktion resulterade i att en region nära axeln lades till när våra förfäders framben utvecklades för att anta nya former och funktioner.
Senare uppstod en region nära bäckenet. Enligt forskarna är det denna sista region, den gränslösa ländryggen, som verkar kunna anpassa sig bäst till olika miljöer.
Det sista steget i konstruktionen av däggdjurskotpelaren kan vara relaterat till förändringar i Hox-gener, viktiga för regioner av kotpelaren tidigt i deras utveckling.
I detta avseende har forskare kunnat dra samband mellan förändringar i djurskelett och utdöda idéer inom modern utvecklingsbiologi och genetik. "Detta kombinerade tillvägagångssätt hjälper oss att förstå vad som gör ett däggdjur till ett däggdjur" , avslutar Jones.