Когда млекопитающие стали теплокровными?

Минуло лишь около 233 миллионов лет с те пор, как произошел переход к эндотермии. Об этом свидетельствуют тонкие костные каналы внутреннего уха ископаемых реликтов. Менее чем за миллион лет появились первые предки млекопитающих, сообщают палеонтологи в Nature.

Теплокровными являются сегодня птицы и млекопитающие - именно эта способность активно регулировать температуру своего тела помогла им адаптироваться и добиться успеха. Когда же предки млекопитающих развили эту способность?

Рикардо Араужу и его коллеги из Лиссабонского университета нашли новый индикатор, по которому можно вычислить температуру тела вымерших животных на их окаменелостях - тонкие костные каналы внутреннего уха. Движение жидкости в этих кольцеобразных каналах определяет положение головы и тела в пространстве и позволяет сохранять равновесие. Но это хорошо работает, если эта жидкость может течь по каналам в нужном темпе.

Именно здесь в игру вступает температура тела: по мере нагревания жидкость в этих ходах становится более текучей. Чтобы сенсорные клетки внутреннего уха правильно функционировали, их каналы не должны быть слишком широкими. И наоборот, холод делает жидкость во внутреннем ухе более вязкой, поэтому холоднокровные животные, живущие в прохладной среде, нуждаются в более толстых воздуховодах.

Палеонтологи проанализировали костные канальцы внутреннего уха в ископаемых черепах 64 вымерших предков млекопитающих и черепах 200 видов холодно- и теплокровных животных, живущих сегодня. На основе современных видов животных они определили пороговые морфологические значения теплокровности и холоднокровности. С помощью этого индекса они смогли классифицировать ископаемых животных.

У хладнокровных синапсид, как правило, были широкие и короткие каналы, тогда как у предков теплокровных млекопитающих они были более узкими и длинными

Выяснилось: первые теплокровные животные появились только в группе Mammaliamorpha - филогенетической линии, возникшей около 233 миллионов лет назад и включающей не только всех млекопитающих и их прямых предков, но и ранние формы, стоящие между рептилиями и млекопитающими, такие как Tritylodontidae. Даже более древние представители синапсидных рептилий, такие как Dimetrodon или Ophiacodon, все еще были попеременно то теплыми, то холодными.

Когда первые предки млекопитающих стали теплокровными, температура их тела повысилась в среднем на пять-девять градусов. У их холоднокровных родственников температура тела обычно составляла около 25 градусов, а у этих первых теплокровных животных - около 33 градусов. Примерно в это же время у них начали развиваться несколько типичных для млекопитающих метаболических путей и мех - вероятно, с целью теплоизоляции.

Удивительно, что переход к теплокровным произошел необычайно быстро: это не был постепенный процесс, длившийся миллионы лет. Менее чем за миллион лет почти одновременно появились многочисленные теплокровные предки млекопитающих. "По геологическим меркам это очень быстро, - говорит Араужу.

Источник: scinexx.de

Почему долбящему дерево дятлу не нужен шлем

Во время своей работы дятлы обходятся без шлема и при этом не получают сотрясения мозга. Новые исследования показывают: птиц защищает их легкий мозг.

Дятлы используют свой клюв, похожий на долото, чтобы вскрывать кору деревьев в поисках насекомых, выбивать дупла для гнезд в стволах, а особо звучные удары служат для поиска пары. За день дятел стучит по дереву в полную силу более 10 000 раз.

Незадолго до удара его маленькая голова развивает скорость до 25 км / час. Тем не менее, бесчисленные удары, похоже, не влияют на мозг дятлов. Ученые предполагали, что черепа птиц работают как амортизирующие шлемы.

Исследователи из Университета Антверпена, возглавляемые Сэмом Ван Вассенбергом, опровергли это представление. Они впервые смогли рассчитать с помощью замедленной записи трех видов дятлов точное ускорение, действующее на череп птиц.

Исследователи разработали на основе этого биохимические модели, которые показали, что головы дятлов - это не амортизирующие шлемы, а жесткие молотки. Возникающее при таком ударе ускорение могло бы вызвать сотрясение мозга обезьяны или человека. Как же дятлу удается выживать без амортизаторов?

Как выяснилось, у него этот орган достаточно легкий и благодаря своей небольшой массе обладает лишь небольшой кинетической энергией при ударе о внутреннюю поверхность черепа. Толстые мышцы шеи и тело дятла поглощают большую часть удара.

Выводы голландских исследователей могут также объяснить, почему не существует дятлов с более крупным черепом. У птиц с большой головой было бы больше сил - но их мозг был бы настолько тяжелым, что они получил бы повреждение.

"Мы смогли развенчать миф о черепах, поглощающих удары".
Сэм Ван Вассенберг

Это открытие повлияет и на бионику: проекты разработки защитных шлемов и амортизаторов по образцу дятлов теперь кажутся не столь эффективными.

Источник: derstandard.at

Эти три гена сделали собак дружелюбными к нам

Исследователи обнаружили, каким генным мутациям собаки обязаны своим дружелюбным поведением и способностью понимать наши сигналы. Сравнительные испытания пород собак показали, что изменения в генах гормонов окситоцина и кортизола, в частности, характеризуют их ориентированность на человека.

Предыдущие исследования уже показали, что в ходе эволюционной истории собак определенные генные мутации привели к тому, что четвероногие друзья смогли установить более тесную связь с людьми. Однако до сих пор неясно, в какой степени многие гены способствовали одомашниванию.

Современные и древние породы собак

Команда Акико Тоноике из японского Университета Адзабу провела поведенческие тесты с 624 домашними собаками разных пород. Исследователи искали гены, отвечающие за общение с людьми. В отличие от волков, которые с трудом интерпретируют человеческие сигналы, домашние собаки быстро понимают смысл наших слов и жестов.

Животных разделили на две группы в зависимости от их породы. В первую группу вошли современные породы, генетически весьма далекие от своих волчьих предков, такие как терьеры или некоторые комнатные собачки. Вторая группа состояла из более древних пород, таких как хаски и акита, которые генетически все еще сравнительно похожи на волков, хотя они тоже сформировались в результате тысячелетнего одомашнивания.

Тест на человекоориентированность

Все участники должны были пройти два теста. В первом задании собака должна была решить, под какой миской спрятана еда. Для проверки, насколько собаки понимают человеческие жесты и следуют им, человек подсказывал взглядом, указанием или постукиванием.

Во втором задании собаке нужно было открыть контейнер с едой. При дрессировке у нее была возможность это сделать, а во время самого эксперимента коробка была плотно закрыта. Исследователи измерили частоту и продолжительность собачьего взгляда на человека в ожидании помощи — показатель социальной связи с людьми.

Селекция путем эволюции и разведения

Результаты первого задания были одинаковыми у современных и древних пород собак. Это показывает, что обе группы обладают схожими способностями понимать человеческие жесты и соответствующим образом корректировать свои реакции. Такое поведение, вероятно, развилось на раннем этапе одомашнивания.

Во втором задании собаки, принадлежащие к современным породам, гораздо чаще и дольше смотрели на людей. Тоноике и ее команда пришли к выводу, что это более ориентированное на человека поведение было отобрано людьми на более поздних этапах эволюции собак.

Генетические отличия

Затем ученые искали различия в генах, «ответственных» за собачье умение социализироваться: связующего гормона окситоцина и сопутствующего ему рецептора, а также на гена рецептора меланокортина-2 (MC2R), который влияет на выработку гормона стресса кортизола, и гена WBSCR17, который уже был изучен.

Тоноике и ее коллеги обнаружили, что древние и современные породы собак имеют генетические отличия, тесно связанные с тем, насколько длительно собаки смотрели на человека во время неразрешимой второй задачи, а изменения в гене MC2R были связаны также с выполнением первого задания.

Меньше реакция страха на людей

Эти результаты подтверждают, что определенные генетические изменения лежат в основе поведенческой адаптации собак к человеку. Исследователи считают особенно значительными: изменения гормона стресса: «Согласно нашей гипотезе, регуляция кортизола могла стать важным поворотным моментом в приручении собак. Снижение уровня кортизола могло способствовать социальным когнитивным навыкам собак, что, вероятно, связано с уменьшением их реакции страха на людей».

Однако ученые отмечают, что необходимы дальнейшие более масштабные исследования, поскольку такие сложные социальные когнитивные способности нельзя полностью объяснить только идентифицированными генами.

Источник: scinexx.de