Μικροσκοπικά αρχαία δόντια αποκαλύπτουν ότι τα πρώτα θηλαστικά ζούσαν περισσότερο σαν τα ερπετά Understand article

Μια μελέτη δοντιών, ηλικίας 200 εκατομμυρίων ετών, από πρώιμα θηλαστικά, δείχνει ότι μπορεί να ζούσαν περισσότερο σαν τα ερπετά.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση των Morganucodon (αριστερά) και Kuehneotherium (δεξιά) να κυνηγούν στη Πρώιμη Ιουρασική Ουαλία, 200 εκατομμύρια χρόνια πριν. Αυθεντικός πίνακας του John Sibbick, 2013. Copyright: Pam Gill.
 
 

Η έρευνα, υπό την κύρια εποπτεία των Πανεπιστημίων του Μπρίστολ (HB) και του Ελσίνκι (Φινλανδία), αποτελεί την πρώτη φορά που οι παλαιοντολόγοι μπόρεσαν να μελετήσουν άμεσα τη φυσιολογία των πρώιμων απολιθωμένων θηλαστικών.

Απολιθώματα δοντιών σε μέγεθος κεφαλιού καρφίτσας από δύο από τα πρώτα θηλαστικά, του Morganucodon και του Kuehneotherium, σκαναρίστηκαν για πρώτη φορά με πανίσχυρες ακτίνες Χ σε τρεις διαφορετικές γραμμές δέσμης  στο ESRF και την Ελβετική Πηγή Φωτός (Swiss Light Source) ρίχνοντας νέο φως στη διάρκεια ζωής και την εξέλιξη των παραπάνω μικρών θηλαστικών. Τα ζώα αυτά είναι γνωστά από Ιουρασικά πετρώματα της Νότιας Ουαλίας και μέχρι σήμερα πολλοί επιστήμονες πίστευαν ότι ήταν θερμόαιμα.

Η σάρωση, η οποία έγινε με τις ακτίνες ID19, ID16A και την πρώην ID22 του ESRF, επέτρεψε στην ομάδα επιστημόνων να μελετήσουν τους δακτυλίους ανάπτυξης στη ρίζα των δοντιών τους. Οι δακτύλιοι αυτοί εναποθέτονται κάθε χρόνο σαν τους δακτυλίους των κορμών δέντρων και μπορούν να μετρηθούν έτσι ώστε να προσδιοριστεί πόσο καιρό έζησαν τα ζώα αυτά. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια μέγιστη διάρκεια ζωής έως 14 έτη. Μια ηλικία πολύ μεγαλύτερη, από τους παρόμοιου μεγέθους τριχωτούς διαδόχους τους όπως τα ποντίκια και οι μυγαλές, τα οποία επιβιώνουν συνήθως ένα με δύο έτη στη φύση.

«Κάναμε κάποιες φανταστικές και αναπάντεχες ανακαλύψεις. Μέχρι τώρα θεωρούσαμε ότι τα βασικά χαρακτηριστικά των θηλαστικών -όπως το ότι ήταν θερμόαιμα- εξελίχθηκαν περίπου την ίδια περίοδο», λέει ο Elis Newham, επικεφαλής συντάκτης (ερευνητικός συνεργάτης στο Πανεπιστημίου του Μπρίστολ και συν-υπεύθυνος επικοινωνίας της μελέτης).

Προσθέτει ότι «Αντιθέτως, τα ευρήματα μας δείχνουν καθαρά ότι αν και είχαν μεγαλύτερους εγκεφάλους και πιο εξελιγμένη συμπεριφορά, τελικά δεν ζούσαν για λίγο πεθαίνοντας σε νεαρή ηλικία. Ζούσαν περισσότερο χρόνο με χαμηλούς ρυθμούς, σαν τα μικρά ερπετά όπως οι σαύρες».

Οι επιστήμονες μετρούν τους απολιθωμένους δακτυλίους ανάπτυξης στα δόντια –σαν τους δακτυλίους των δέντρων- για να ανακαλύψουν πόσο ζούσαν τα πρώιμα θηλαστικά. Από αριστερά προς τα δεξιά: αναπαράσταση του Morganucodon- το δόντι του Morganucodon με αδαμαντίνη, η δομή που σταθεροποιεί τη ρίζα στα σαγόνια φαίνεται με πράσινο χρώμα – καθώς η αδαμαντίνη αναπτύσσεται συνεχώς κατά τη διάρκεια της ζωής, φαίνονται με χρωματιστά βέλη τα στρώματα που εναποτίθενται κάθε χρόνο σαν τους δακτυλίους δέντρων – τα στρώματα απεικονίζονται σε τρισδιάστατο μοντέλο για τη μέτρηση 14 ετών ζωής στο Morganucodon (μεγέθους μυγαλής).

Γραφικά: Nuria Melisa Morales Garcia. Το Morganucodon βασίζεται στο μοντέλο Bob Nicholls/Palaeocreations του 2018.

Οι ερευνητές μελέτησαν 200 δείγματα δοντιών, τα οποία προέρχονταν από το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Λονδίνου και το Πανεπιστημιακό Μουσείο Ζωολογίας του Κέιμπριτζ και σκαναρίστηκαν στο Ευρωπαϊκό Σύγχροτρο και την Ελβετική Πηγή Φωτός. Ο λόγος που είχαν στη διάθεση τους τόσα πολλά δείγματα, είναι ότι τα θηλαστικά αυτά έπεσαν σε σπηλιές και τρύπες βράχων όπου οι σκελετοί τους απολιθώθηκαν μαζί με τα δόντια. «Χάρη στην απίστευτη διατήρηση αυτών των μικροσκοπικών θραυσμάτων, μπορέσαμε να εξετάσουμε εκατοντάδες άτομα κάθε είδους και επομένως είχαμε μεγαλύτερη αξιοπιστία αποτελεσμάτων, από αυτή που περιμέναμε από τόσο παλιά απολιθώματα», εξηγεί ο Ian Corfe, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Ελσίνκι και στη Γεωλογική Έρευνα Φινλανδίας (συν-υπεύθυνος επικοινωνίας της μελέτης).

Τα πειράματα στο ESRF έγιναν με τρεις διαφορετικές γραμμές δέσμης.  Στην πρώην ID22, η ομάδα έκανε μερικές πιλοτικές ανιχνεύσεις με μικροτομογραφία ακτίνων Χ. Έπειτα τα περισσότερα δείγματα σκαναρίστηκαν με μικροτομογραφία χρησιμοποιώντας τη δέσμη ID19 και τέλος τα σημαντικά δείγματα απεικονίστηκαν σε πειράματα ολοτομογραφίας νανοκλίμακας με τη δέσμη ID16A. «Είχαμε μεγάλες ομάδες ερευνητών στο ESRF για να σκανάρουμε όσα περισσότερα δείγματα γινόταν – χρειάστηκε βαλίτσα για να πάρουμε σπίτι όλους τους σκληρούς δίσκους με τα δεδομένα! Ήταν μια έντονη αλλά αρκετά ανταποδοτική εμπειρία: ειδικά οι συζητήσεις μας με τους επιστήμονες γραμμών δέσμης σχετικά με τα δείγματα και τα αποτελέσματα. Η προσέγγιση της πολυεπίπεδης τομογραφίας μας επέτρεψε να σκανάρουμε εκατοντάδες δείγματα με μικροτομογραφία και μετά να ξανασκανάρουμε τα καλύτερα διατηρημένα από αυτά, με υψηλής ανάλυσης ολοτομογραφία νανοκλίμακας. Έτσι αφού ήμασταν σίγουροι ότι είχαμε στις ρίζες των δοντιών, το υλικό που περιέχει τους απολιθωμένους δακτυλίους ανάπτυξης, αναλύσαμε αρκετά δείγματα για να υπολογίσουμε αξιόπιστα τη διάρκεια ζωής των ζώων», εξηγεί ο Ian Corfe. Αυτή ήταν επίσης η πρώτη φορά που μια ομάδα παλαιοντολόγων χρησιμοποίησε τη δέσμη νανοτομογραφίας ID16A.

«τα ευρήματα αναδεικνύουν ένα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά της δέσμης – το συνδυασμό της υψηλής ενέργειας ανάλυσης, σε επίπεδο νανοκλίμακας με την υψηλής αντίθεσης ευαισθησία. Αυτό μας επέτρεψε να ανακτήσουμε ακριβείς εικόνες των απολιθωμένων δειγμάτων με υψηλή δεκτικότητα στην ακτινοβολία», λέει η Alexandra Pacureanu, επιστήμονας στην ID16A.

Η Alexandra Pacureanu δουλεύοντας

στη γραμμή δέσμης ID16A.

ESRF/Stef Candé

«Ανακατασκευάσαμε ψηφιακά τις ρίζες των δοντιών σε τρισδιάστατη μορφή. Αυτές έδειξαν ότι το Morganucodon ζούσε έως και 14 έτη και το Kuehneotherium έως 9 έτη. Έμεινα άναυδη καθώς αυτές οι διάρκειες ζωής ήταν πολύ μεγαλύτερες από το ένα ή τρία έτη που αναμέναμε από μικροσκοπικά θηλαστικά του ίδιου μεγέθους» λέει ο Newham.

«Ήταν κατά τα άλλα παρόμοια με θηλαστικά στο σκελετό, το κρανίο και τα δόντια τους. Είχαν εξειδικευμένα μασητικά δόντια, σχετικά μεγάλους εγκεφάλους και πιθανά είχαν τρίχωμα. Η μακρά όμως διάρκεια ζωής τους, δείχνει ότι ζούσαν με ρυθμούς περισσότερο ερπετών παρά θηλαστικών. Υπάρχουν αξιόπιστες ενδείξεις ότι οι πρόγονοι των θηλαστικών ξεκίνησαν να είναι αυξητικά θερμόαιμοι από τo τέλος της Πέρμιας περιόδου, περισσότερο από 270 εκατομμύρια χρόνια πριν. Παρόλα αυτά φαίνεται ότι ακόμα και 70 εκατομμύρια χρόνια πριν, οι πρόγονοι μας λειτουργούσαν ακόμα περισσότερο σαν τα σύγχρονα ερπετά παρά σαν θηλαστικά».

Αν και ο ρυθμός ζωής τους παρέμενε ερπετοειδής, υπάρχουν ενδείξεις από τον οστικό ιστό αυτών των πρώιμων θηλαστικών, ότι είχαν κάποια μέτρια ικανότητα για συνεχή ενεργητική κίνηση. Ως ζωντανός ιστός, το οστό περιέχει λίπος και αιμοφόρα αγγεία. Η διάμετρος αυτών των αιμοφόρων αγγείων μπορεί να αποκαλύψει τη μέγιστη δυνατή ροή αίματος που υπάρχει σε ένα ζώο. Η ροή αυτή είναι καταλυτική για δραστηριότητες όπως η συλλογή τροφής και το κυνήγι. Στα μηριαία οστά του Morganucodon, η ομάδα βρήκε ότι τα αιμοφόρα αγγεία είχαν ρυθμούς ροής λίγο μεγαλύτερους από σαύρες του ίδιου μεγέθους, αλλά αρκετά χαμηλότερους από τα σύγχρονα θηλαστικά. Αυτή η παρατήρηση υποδηλώνει ότι τα πρώιμα θηλαστικά ήταν ενεργά για περισσότερο χρόνο από ότι τα μικρά ερπετά αλλά δεν μπορούσαν να ακολουθήσουν τους ενεργητικούς ρυθμούς ζωής των σημερινών θηλαστικών.

Ευχαριστίες

Το άρθρο αυτό δημοσιεύτηκε αρχικά στα Νέα του ESRF .

Institution

ESRF

License

CC-BY-NC-SA