Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Najstarszy skamieniały mózg kręgowca. Odkryto go w czaszce ryby znalezionej 100 lat temu

Recommended Posts

Gdy ponad 100 lat temu z pewnej angielskiej kopalni węgla wydobyto skamieniałą rybią czaszkę, jej odkrywcy z pewnością nie zdawali sobie sprawy, jaką sensację skrywa ich znalezisko. Przeprowadzone niedawno badania tomograficzne wykazały, że w czaszce zwierzęcia sprzed 319 milionów lat zachował się mózg. To najstarszy znany nam dobrze zachowany mózg kręgowca.

Organ ma około 2,5 cm długości. Widoczne są nerwy, dzięki czemu naukowcy mają szansę na lepsze poznanie wczesnej ewolucji centralnego układu nerwowego promieniopłetwych, największej współcześnie żyjącej gromady ryb, w skład której wchodzi około 30 000 gatunków. Odkrycie rzuca też światło na możliwość zachowania się tkanek miękkich kręgowców w skamieniałościach i pokazuje, że muzealne kolekcje mogą kryć liczne niespodzianki.

Ryba, której mózg się zachował, to Coccocephalus wildi, wczesny przedstawiciel promieniopłetwych, który żył w estuariach żywiąc się niewielkimi skorupiakami, owadami i głowonogami. Tan konkretny osobnik miał 15-20 centymetrów długości. Naukowcy z Uniwersytetów w Birmingham i Michigan nie spodziewali się odkrycia. Badali czaszkę, a jako że jest to jedyna skamieniałość tego gatunku, posługiwali się wyłącznie metodami niedestrukcyjnymi. Na zdjęciach z tomografu zauważyli, że czaszka nie jest pusta.

Niespodziewane odkrycie zachowanego w trzech wymiarach mózgu kręgowca daje nam niezwykłą okazję do zbadania anatomii i ewolucji promieniopłetwych, cieszy się doktor Sam Giles. To pokazuje, że ewolucja mózgu była bardziej złożona, niż możemy wnioskować wyłącznie na podstawie obecnie żyjących gatunków i pozwala nam lepiej zdefiniować sposób i czas ewolucji współczesnych ryb, dodaje uczona. Badania zostały opublikowane na łamach Nature.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Wydziału Medycyny Uniwersytetu w Pittsburghu są prawdopodobnie pierwszymi, którzy donoszą o istnieniu w ludzkim mózgu 12-godzinnego cyklu aktywności genetycznej. Co więcej, na podstawie pośmiertnych badań tkanki mózgowej stwierdzili, że niektóre elementy tego cyklu są nieobecne lub zburzone u osób cierpiących na schizofrenię.
      Niewiele wiemy o aktywności genetycznej ludzkiego mózgu w cyklach krótszych niż 24-godzinne. Od dawna zaś obserwujemy 12-godzinny cykl aktywności genetycznej u morskich, które muszą dostosować swoją aktywność do pływów, a ostatnie badania wskazują na istnienie takich cykli u wielu różnych gatunków, od nicienia C. elegans, poprzez myszy po pawiana oliwkowego.
      Wiele aspektów ludzkiego zachowania – wzorzec snu czy wydajność procesów poznawczych – oraz fizjologii – ciśnienie krwi, poziom hormonów czy temperatura ciała – również wykazują rytm 12-godzinny, stwierdzają autorzy badań. Niewiele jednak wiemy o tym rytmie, szczególnie w odniesieniu do mózgu.
      Na podstawie badań tkanki mózgowej naukowcy stwierdzili, że w mózgach osób bez zdiagnozowanych chorób układu nerwowego, w ich grzbietowo-bocznej korze przedczołowej, widoczne są dwa 12-godzinne cykle genetyczne. Zwiększona aktywność genów ma miejsce w godzinach około 9 i 21 oraz 3 i 15. W cyklu poranno-wieczornym dochodzi do zwiększonej aktywności genów związanych z funkcjonowaniem mitochondriów, a zatem z zapewnieniem mózgowi energii. Natomiast w godzinach popołudniowych i nocnych – czyli ok. 15:00 i 3:00 – zwiększała się aktywność genów powiązanych z tworzeniem połączeń między neuronami.
      O ile nam wiadomo, są to pierwsze badania wykazujące istnienie 12-godzinnych cykli w ekspresji genów w ludzkim mózgu. Rytmy te są powiązane z podstawowymi procesami komórkowymi. Jednak u osób ze schizofrenią zaobserwowaliśmy silną redukcję aktywności w tych cyklach, informują naukowcy. U cierpiących na schizofrenię cykl związany z rozwojem i podtrzymywaniem struktury neuronalnej w ogóle nie istniał, a cykl mitochondrialny nie miał swoich szczytów w godzinach porannych i wieczornych, gdy człowiek się budzi i kładzie spać, a był przesunięty.
      W tej chwili autorzy badań nie potrafią rozstrzygnąć, czy zaobserwowane zaburzenia cykli u osób ze schizofrenią są przyczyną ich choroby, czy też są spowodowane innymi czynnikami, jak np. zażywanie leków lub zaburzenia snu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Skamieniałość ukryta w niewielkim kawałku skały obaliła jedno z najdłużej żywionych przez naukę przekonań dotyczących ewolucji ptaków. Eksperci z University of Cambridge i Natuurhistorisch Museum Maastricht odkryli, że jedna z kluczowych cech współczesnych ptaków – mobilna szczęka, którą posiada 99% gatunków – wyewoluowała przed zagładą dinozaurów. Okazało się również, że u strusi, emu oraz pokrewnych im gatunków doszło do wstecznej ewolucji. Ich dzioby powróciły do bardziej prymitywnej formy.
      U zdecydowanej większości ptaków obie części dzioba – górna (szczęka) i dolna (żuchwa) – poruszają się niezależnie od czaszki. W 1867 roku biolog Thomas Henry Huxley wysunął hipotezę, że ptaki, których górna część dzioba nie porusza się niezależnie, odziedziczyły tę cechę od swoich przodków. Niezależnie poruszające się części dzioba miały wyewoluować później, gdyż zapewniają przewagę jeśli chodzi o zdobywanie pożywienia, budowę gniazda, obronę czy wychowywanie piskląt.
      Brytyjsko-niemiecki zespół ekspertów przeanalizował zachowane kości szczęki dzioba wielkiego prehistorycznego ptaka, którego nazwali Janavis finalidens. Żył on pod koniec epoki dinozaurów i był jednym z ostatnich ptaków posiadających zęby. Układ kości dzioba J. finalidens wskazuje, że był on całkowicie mobilny, niemal nie do odróżnienia pod tym względem od dziobów współczesnych ptaków. Odkrycie to zmienia naszą wiedzę o ewolucji tej gromady zwierząt. Dotychczas bowiem sądzono, że całkowicie mobilny dziób, którego obie części poruszają się niezależnie od czaszki, wyewoluował dopiero po zagładzie dinozaurów.
      Wszystkie obecnie żyjące gatunki ptaków można zaklasyfikować pod względem budowy szczęki do jednej z dwóch podgromad. Do ptaków paleognatycznych („posiadające starą szczękę”) należą na przykład strusie czy kiwi, których szczęka jest nieruchoma. Cała reszta to ptaki neognatyczne („posiadające nową szczękę”).
      W latach 90. XX wieku na holendersko-belgijskim pograniczu znaleziono skamieniałość sprzed 66,7miliona lat. Po raz pierwszy była ona badana w 2002 roku. Wówczas naukowcy mogli opisać tylko to, co widzieli z zewnątrz. Niemal 20 lat później skamieniałość została wypożyczona przez doktora Daniela Fielda z Wydziału Nauk o Ziemi University of Cambridge. Wraz z kolegami przystąpił on do bada jej za pomocą najnowszych narzędzi. Naukowcy wykorzystali tomograf komputerowy.
      Mieliśmy wielkie oczekiwania. Został on pierwotnie opisany jako zawierający fragmenty czaszki, które niezbyt często się zachowują. Jednak tomograf nie pokazał nam niczego, co wyglądałoby na fragment czaszki, więc się poddaliśmy, mówi doktor Juan Benito, który wówczas pracował nad doktoratem. Potem nadeszła pandemia i lockdown. Benito postanowił więc jeszcze raz przyjrzeć się skamieniałości. Wcześniejszy opis nie miał sensu. Była tam kość, której opisu nie rozumiałem. Została opisana jako kość ramienia, ale nie rozumiałem, jak to możliwe, wspomina uczony. Podzielił się swoją wątpliwością z Fieldem. Field, kurator zbiorów ornitologicznych w Muzeum Zoologii Uniwersytetu Cambridge stwierdził, że rzeczywiście nie jest to kość ramienia, ale coś mu ona przypomina.
      Zdaliśmy sobie sprawę, że podobną kość widzieliśmy w czaszce indyka. Akurat mieliśmy takie czaszki w naszym laboratorium. Wzięliśmy jedną, porównaliśmy kości i okazało się, że są niemal identyczne, mówi Benito. To zaś dowodzi, że mobilna żuchwa pojawiła się u ptaków jeszcze przed zagładą dinozaurów. Co więcej, to jednocześnie dowód, że nieruchoma żuchwa strusi i im pokrewnych wyewoluowała już po pojawieniu się żuchwy ruchomej.
      Kluczowymi cechami odróżniającymi ptaki od ich przodków są brak zębów oraz ruchoma żuchwa. O ile Janavis finalidens miał zęby, więc pod tym względem nie był współczesnym takiem, to posiadał też mobilną współczesną żuchwę.
      Naukowcy wykazali też, że kształt badanej kości J. finalidens jest najbardziej podobny do analogicznej kości u kur i kaczek, a najmniej podobny do strusi i ich krewniaków. Ewolucja nie podąża prostymi drogami. Ta skamieniałość pokazuje, że całkowicie ruchomy dziób, cecha, którą przypisywaliśmy wyłącznie współczesnym ptakom, wyewoluowała przed ich pojawieniem się. Przez ponad wiek się myliliśmy, mówi Field.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W basenach pływowych Naples Point, pod nosem naukowców ze znajdującego się 10 kilometrów dalej Uniwersytetu Kalifornijskiego z Santa Barbara, ukrywało się zwierzę, znane dotychczas jedynie ze skamieniałości. Rzadko znajduje się żywy gatunek, znany uprzednio ze skamieniałości. Szczególnie w tak dobrze przebadanym regionie jak Południowa Kalifornia, mówi Jeff Goddard, współautor odkrycia.
      W listopadzie 2018 roku, podczas popołudniowego odpływu, poszukiwał w basenach pływowych Naples Point ślimaków z rzędu nagoskrzelnych. Odwrócił kolejny kamień, gdy jego uwagę przykuła para półprzezroczystych małży, których skorupy miały ok. 1 cm długości. Gdy otworzyły muszle i wysunęły z nich ozdobione białymi paskami nogi o długości większej niż muszle, zdałem sobie sprawę, że nigdy nie widziałem tego gatunku, wspomina Goddard. Naukowiec był niezwykle zdziwiony. Od dziesiątków lat bada bowiem ekosystemy basenów pływowych, a od roku 2002 bada Naples Point.
      Goddart wykonał zdjęcia małży i, jako że wydawały się rzadkie, postanowił nie zabierać samych zwierząt. Gdy określił przynależność taksonomiczną zwierząt, wysłał zdjęcia do Paula Valenticha-Scotta, emerytowanego kuratora zbioru małży w Santa Barbara Museum of Natural History. Byłem zaskoczony i zaintrygowany. Bardzo dobrze znam przedstawicieli rodziny Galeommatidae zamieszkujących wybrzeża obu Ameryk, ale tego gatunku nigdy nie widziałem, przyznaje ekspert. Uczony stwierdził, że musi zobaczyć przedstawiciela gatunku. Przez kolejnych kilka miesięcy Goddartowi nie udało się ponownie trafić na tajemnicze zwierzę.
      W końcu pod jednym z kamieni znalazł zwierzę i dostarczył je Valentichowi-Scottowi. Ekspert nie potrafił go zidentyfikować. Gdy podejrzewam, że mam do czynienia z nowym gatunkiem, muszę przejrzeć całą dostępną literaturę naukową od 1758 roku do dnia dzisiejszego. To żmudna praca, ale dzięki doświadczeniu można ją wykonać dość szybko, przyznaje. Obaj naukowcy zaczęli też przyglądać się skamieniałościom. W końcu w artykule z 1937 roku znaleźli opis i rysunek skamieniałego gatunku Bornia cooki.
      Autorem opisu gatunku był naukowiec George Willett, który w Baldwin Hill w Los Angeles wykopał około miliona różnych skamielin. Willett sam nie znalazł żadnego B. cooki. Jest on autorem opisu, a gatunek nazwał na cześć Edny Cook, która w Baldwin Hills znalazła jedyne dwie znane dotychczas skamieniałości B. cooki.
      Po zapoznaniu się z opisem i rysunkiem Willetta, Valentich-Scott udałsię do Natural History Museum of Los Angeles County, by przyjrzeć się muszli, którą opisał Willett. Obecnie jest ona zaklasyfikowana jako Cymatioa cooki. Jako, że to na jej podstawie opisano gatunek, tylko porównanie z nią może dać odpowiedź na pytanie o identyfikację zwierzęcia znalezionego przez Goddarta.
      W międzyczasie Goddard znalazł pod kamieniem jeszcze jedną pustą muszlę. Okazało się, że i ona i wcześniej znalezione zwierzę to rzeczywiście Cymatioa cooki. Powstaje pytanie, jak to się stało, że dotychczas nikt nie zauważył C. cooki w tak dobrze zbadanym obszarze, gdzie kolekcjonowaniem muszli zajmuje się też wielu amatorów.
      Goddard podejrzewa, że C. cooki mogły trafić w miejsce, w którym je znaleziono, jako larwy podczas fali upałów z lat 2014–2016. Prawdopodobnie przyniosły je prądy morskie z południa. W zależności od rozmiarów i tempa rozwoju, rzeczywiście mogły zostać przez lata niezauważone. Pacyficzne wybrzeże Baja California charakteryzuje się rozciągającymi się na wiele kilometrów polami kamieni. Podejrzewam, że to właśnie tam C. cooki żyje w bliskim związku ze zwierzętami grzebiącymi pod kamieniami, mówi Goddard.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy zbliża się zima, krety stają przed poważnym wyzwaniem. Muszą przetrwać najmroźniejsze miesiące, tymczasem pożywienia będzie zbyt mało, by podtrzymać ich wymagający metabolizm. Zwierzęta znalazły jednak niezwykły sposób na przeżycie. Zamiast migrować lub hibernować, krety... obkurczają swój mózg. Dina Dechmann i jej zespół z Instytutu Behawiorystyki im. Maxa Plancka donoszą, że w zimie krety zmniejszają objętość mózgu o 11%, a do lata zwiększa się on o 4%.
      Kret europejski jest zatem kolejnym gatunkiem ssaka, u którego występuje fenomen znany jako zjawisko Dehnela. Jednak niemieccy naukowcy zrobili coś więcej, niż tylko powiększenie katalogu takich zwierząt. Przyjrzeli się też mechanizmom ewolucyjnym, w ramach których wytworzył się ten niezwykły mechanizm oszczędzania energii.
      Uczeni porównali krety żyjące w różnych warunkach klimatycznych i stwierdzili, że mechanizm kurczenia mózgu jest napędzany raczej przez niskie temperatury, niż przez same niedobory pożywienia. Zmniejszenie tkanki mózgowej pozwala na zmniejszenie poboru energii i przetrwanie chłodów.
      Zjawisko Dehnela zostało opisane w latach 50., kiedy zauważono, że czaszki ryjówek są mniejsze zimą, a większe latem. W 2018 Dechmann wraz z kolegami udowodniła, że takie zmiany zachodzą przez całe życie zwierzęcia i wykazała, iż mają one miejsce też u gronostajów i łasic. Wszystkie wymienione gatunki łączy bardzo wymagając metabolizm.
      Ich metabolizm działa na najwyższych obrotach i są aktywne przez cały rok w chłodnym klimacie. Ich organizmy są jak silniki Porscha z turbodoładowaniem. Spalają zapasy energii w ciągu godzin, wyjaśnia Dechmann.
      Obkurczenie wymagających energetycznie narządów, takich jak mózg, pozwala zwierzętom zmniejszyć zapotrzebowanie na energię. Rozumieliśmy, że zjawisko Dehnela pozwala zwierzętom przetrwać trudne czasy. Nie rozumieliśmy jednak, co było prawdziwym wyzwalaczem środowiskowym, napędzającym ten proces, wyjaśniają uczeni.
      Uczeni zmierzyli przechowywane w muzeach czaszki kretów europejskich oraz kretów iberyjskich i na tej podstawie zbadali, jak zmieniają się one wraz z porami roku. Odkryli, że w listopadzie czaszka kreta europejskiego kurczy się o 11%, a wiosną zwiększa się o 4%. U kreta iberyjskiego jej rozmiar się nie zmieniał.
      Na tej podstawie stwierdzili, że czynnikiem wyzwalającym proces zmniejszania i powiększania czaszki jest temperatura, a nie dostępność pożywienia. Gdyby to była kwestia tylko pożywienia, to czaszki kretów europejskich powinny zmniejszać się zimą, a kretów iberyjskich latem, gdy z powodu upałów zmniejsza się dostęp do pożywienia, mówi Dechmann.
      Naukowcy mają nadzieję, że poznanie mechanizmu zmian wielkości tkanki mózgowej i tkanki kostnej ułatwi nam badania nad chorobą Alzheimera czy osteoporozą.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Macierzyste komórki mózgu Homo sapiens popełniają mniej błędów niż komórki neandertalczyka w przekazywaniu chromosomów komórkom potomnym. To jeden z elementów, które mogą wyjaśniać, dlaczego obecnie jesteśmy jedynym gatunkiem rodzaju Homo, który chodzi po Ziemi.
      U ssaków wyższych, w tym u człowieka, kora nowa stanowi największą część kory mózgowej. Ta występująca wyłącznie u ssaków struktura jest odpowiedzialna m.in. za procesy poznawcze, jak pamięć, myślenie czy funkcje językowe. Naukowcy z Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki im. Maxa Plancka w Dreźnie oraz Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka w Lipsku donieśli, że u H. sapiens komórki macierzyste tej kory dłużej niż u neandertalczyków przygotowują chromosomy do podziału komórkowego. Dzięki tym dłuższym przygotowaniom w komórkach pojawia się mniej błędów. To zaś mogło mieć swoje konsekwencje dla rozwoju i funkcjonowania mózgu.
      Gdy w wyniku ewolucji naszych przodków na Ziemi pojawił się człowiek współczesny, neandertalczyk i denisowianin, u jednego z nich – człowieka współczesnego – doszło do zmian w około 100 aminokwasach. Nauka nie opisała jeszcze znaczenia większości tych zmian. Jednak sześć z nich zaszło w dwóch proteinach, które odgrywają kluczową rolę w rozkładzie chromosomów podczas podziału komórkowego.
      Naukowcy z Drezna i Lipska postanowili przyjrzeć się znaczeniu tych zmian dla rozwoju kory nowej. Wykorzystali w tym celu myszy, u których pozycja wspominanych aminokwasów jest identyczna, jak u neandertalczyków. Wprowadzili do organizmów zwierząt warianty aminokwasów spotykane u H. sapiens, tworząc w ten sposób model rozwoju mózgu współczesnego człowieka. Zauważyliśmy, że te trzy aminokwasy w dwóch proteinach wydłużyły metafazę, fazę podczas której chromosomy są przygotowywane do podziału komórki. W wyniku tego w komórkach potomnych występowało mniej błędów w chromosomach, podobnie jak u człowieka.
      Uczeni chcieli jednak się upewnić, czy zestaw aminokwasów, jaki mieli neandertalczycy, działa odwrotnie niż aminokwasów H. sapiens. Użyli więc organoidów ludzkiego mózgu. Organoidy to rodzaj wyhodowanych w laboratorium miniaturowych wersji organów, które chcielibyśmy badać. Do takich miniaturowych organów wprowadzili zrekonstruowane sekwencje aminokwasów neandertalczyków. Okazało się wówczas, że metafaza uległa skróceniu, a w chromosomach pojawiło się więcej błędów.
      Zdaniem głównego autora badań, Felipe Mory-Bermúdeza, eksperyment dowodzi, że te zmiany w aminokwasach występujących w proteinach KIF18a oraz KNL1 powodują, że u H. sapiens pojawia się mniej błędów podczas podziałek komórek mózgu niż u neandertalczyka czy szympansa. Musimy bowiem pamiętać, że błędy w rozkładzie chromosomów to zwykle nie jest dobra wiadomość. Obserwujemy je np. w takich schorzeniach jak trisomie czy nowotwory.
      Nasze badania pokazują, że niektóre aspekty ewolucji i funkcjonowania ludzkiego mózgu mogą być niezależne od jego wielkości. Rozmiar mózgu neandertalczyka był podobny do naszego. Odkrycie pokazuje też, że błędy w chromosomach mogły mieć większy wpływ na funkcjonowanie mózgu neandertalczyka niż na funkcjonowanie mózgu człowieka współczesnego, stwierdził nadzorujący badania Wieland Huttner. Svante Pääbo, który również nadzorował badania zauważa, że potrzebne są kolejne prace, które wykażą, czy mniejsza liczba błędów w naszych mózgach miała wpływ na ich funkcjonowanie.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...