Minden madárban egy dinoszaurusz veszett el
A madarak medencecsontja fiatal embrió korukban úgy néz ki, mint az ősi dinoszauruszoké, és csak később nyeri el végső formáját. Ezzel a madárembriók olyan formákat vesznek fel, amilyeneket a tojáson kívül 66 millió éve nem láthattunk, miközben a csont embrionális fejlődése lényegében végigpörgeti annak evolúciós történetét – derül ki egy néhány napja a Nature-ben közölt kutatásból.
A 19. századi elgondolásokkal ellentétben az élőlények embrionális fejlődése általánosságban nem ismétli meg törzsfejlődésük állomásait. A genetikai információ által vezérelt folyamat az állatokban hasonló, ősi molekuláris alapokon nyugszik, amelyek a fejlődő embrió sejtjeinek térbeli és időbeli mintázatát kontrollálják. A változatos testfelépítéseket és formákat nagyrészt az ezekre ható szabályozó DNS-szakaszok evolúciója hozza létre.
Az egyetlen ma élő dinoszauruszcsoportot alkotó madarak (Aves) a késő kréta időszakban alakultak ki, madárszárnyú (Avialae) dinoszauruszokból. Ezeknek a jura végén megjelent, többnyire röpképes állatoknak az ősei megnyúlt mellső végtagokkal és mellcsonttal, valamint tollakkal rendelkező maniraptora ragadozó dinoszauruszok (theropoda) voltak.
A madarak vázrendszere több ponton módosult a korai maniraptora dinoszauruszokhoz, és még inkább a dinoszauruszok, pteroszauruszok, illetve krokodilok közös archosauria őseihez képest, és ez az evolúciós folyamat fosszíliákkal jól végigkövethető. Christopher Griffin, a Yale Egyetem paleontológusa és kollégái szerint ez a medencecsontra különösen igaz. Ennél ugyanakkor eddig nem volt tisztázott, hogy a módosulásokért az embrionális fejlődés milyen változásai felelnek.
Csúcstechnológiás képalkotással vizsgáltak aligátor- és madárembriókat
A kutatók ezért nagy-felbontású, háromdimenziós képalkotó technológiával vizsgálták aligátor- és madárembriók medencecsontjának, illetve a környező izom- és idegszövetek fejlődését. Ez egyben lehetőséget adott arra is, hogy a ma élő állatokban látottakat összevessék fosszíliák csontjaival, és az izomkapcsolódási pontok alapján rekonstruált izomszöveteivel. Ezt a kutatók meg is tették a hidasgyíkok, az aligátorok, illetve a theropodákhoz tartozó Tyrannosaurus, a maniraptora Archaeopteryx és a fácánfélék alá sorolt fürj között.
Az embrionális vizsgálatokat egy CLARITY protokollnak nevezett eljárással folytatták, amely optikailag áttetszővé tette a medencecsont-régiót, miközben megtartotta az apró sejtstruktúrákat. Ezután immunfestéssel kezelték a releváns szöveteket, hogy látszódjanak, majd a mikroszkópos felvételeket számítógépes tomográfiás szoftverben kombinálták. Ez feltárta a medencecsontot is, amely a madaraknál három, összecsontosodott részből áll: a pubisból, az iliumból és az ischiumból.
Közel hét évnyi kutatómunka eredményeként kiderült, hogy a japán fürj madárembriók fejlődése során a pubis és az ilium több mint egy napig úgy néz ki, mintha egy nem-madár dinoszaurusz lenne a mikroszkóp alatt. A pubis egy ideig korai theropodákra emlékeztetően előrefelé nézett, és a vége kiszélesedett. Az ilium pedig eleinte ősi archosauriákra hajazóan rövid volt, majd a korai dinoszauruszokéhoz hasonlóan megnyúlt. Az embrionális fejlődés 6,5-7. napjára kialakult a madárszárnyú dinoszauruszokra, majd fél nappal később a madarakra jellemző formájuk, az előre és hátrafelé jelentősen meghosszabbodott iliummal és a hátrafelé néző pubissal.
Ehhez képest, amikor Griffin és munkatársai a mississippi aligátor embrionális fejlődését figyelték, a medencecsont formája nem sokat változott. Annyi biztos, hogy a medencecsont evolúciós átalakulása, valamint a farok farokcsonttá módosulása és lerövidülése a madarakra egyedileg jellemző kétlábú járástípushoz kötődik. Ennél a combcsont nagyjából vízszintes marad, míg a láb alsó részének lengése biztosítja az előrehaladást.
A konklúziójuk a vizsgálatok alapján az volt, hogy a medencecsont a legkorábbi, ősi archosauria konfigurációból az embrionális fejlődés alatt lépésről lépésre nyeri el a madarakra jellemző formát, így lényegében a medencecsont letükrözi a jellegek megjelenésének evolúciós sorrendjét. Kivételt ez alól csak az ischium jelentett, ahol a köztes ősi dinoszaurusz állapot nem volt megfigyelhető. Azt is megfigyelték, hogy a pubis csontok végei a legtöbb madárnál az archosauriák többségéhez képest nem forrnak össze az embrionális fejlődés során, és így alakul ki a nyitott madármedence. Ugyanez a mintázat volt megfigyelhető a házi tyúknál és a futómadár-szabásúak (Palaeognathae) közé tartozó chilei tinamunál is.
A hátsó függesztőövet körülvevő izom- és idegszövet embrionális fejlődése már egy kicsit bonyolultabb, egymással ellentétes képet mutatott. Madarakban a végtagtávolító, úgynevezett iliofemoralis izom korai fázisban ősi archosauriákhoz és mai aligátorokhoz hasonlított, valamint igen apró volt, de később az iliummal megnyúlt, és a nem-madár dinoszauruszokra és madarakra tipikussá módosult. Az idegszövet viszont a csontszövettel és az izomszövettel ellentétesen viselkedett, ami meglepte a kutatókat, és elrendezésében az embrionális fejlődés elejétől számított módon madárspecifikusnak nézett ki.
Az ősi állapotok gyakrabban megmaradhatnak az embrionális fejlődés során, mint gondoltuk
Statisztikai vizsgálattal azt is bizonyítani tudták, hogy a medencecsont háromdimenziós alakja párhuzamosan, együtt változott (kovariancia) a madarak evolúciója és az embrionális fejlődés során a krokodilok, dinoszauruszok és ősi hüllők között. Az összefüggés elsősorban az ilium megnagyobbodására és a pubis megfordulásán alapszik. Ez okozhatja továbbá Griffinék szerint, hogy a madárembriók fejlődése során megmaradtak az ősi állapotok is.
A kutatók úgy látják, hogy a madár típusú medencecsont csak később adódott hozzá az embrionális fejlődési sorhoz, úgynevezett terminális addícióval. A mechanizmus, mint tanulmányukban elmagyarázzák, új jelleg vagy tulajdonság hozzáadását jelenti ennek a fejlődési sornak a végére, ami pedig ősibb karakterek kifejeződését okozza annak koraibb szakaszaiban. A madarak medencecsontjának és a hozzá kapcsolódó izomszövetnek a kialakulásához szerintük ez elengedhetetlen volt, ahogy az embrionális fejlődés és törzsfejlődés alakulása között megfigyelt összefüggés is.
A terminális addíció precíz működése továbbra is rejtély, és a kutatásban résztvevő Bhart-Anjan Bhullar szerint sok munka kell még a medencecsont létrejöttét meghatározó genetikai szabályozás feltárásához. Az viszont szerintük valószínű, hogy a terminális addíciónak a korábban véltnél nagyobb jelentősége lehet hosszabb evolúciós időtávokon új formák kialakításában.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
