Для эволюционных биологов уши кита - странная и захватывающая загадка. Изучение их по мере развития в утробе может помочь нам понять, как они развивались. Но о сборе плодов китов сегодня не может быть и речи, поскольку охота на китов запрещена, и ученым приходится полагаться на пряди, которые не часто встречают беременных самок.
Связанный контент
- Самые ранние усатые киты буквально высосаны
- Какой мертвый синий кит может рассказать нам о жизни в океане и о себе
- Как два лазерных ковбоя спасли день
- За кулисами с куратором Ником Пинсоном: новый ископаемый кит
Поэтому, когда смитсоновский исследователь Майя Ямато впервые узнала о коллекции из 56 плодов кита, хранящейся в алкоголе в Национальном музее естественной истории, она отправила их в лабораторию компьютерной томографии. «Мы никогда не получим такой материал снова, - говорит Ямато, - поскольку они такие ценные и редкие, их нежелательно разбирать».
Ямато, научный сотрудник, работающий с куратором ископаемых морских млекопитающих Николасом Пенсоном, хотел лучше понять, как развиваются уши у зародышей кита. Коллекция включает в себя около 100-летних экземпляров, большинство из которых относятся к периоду в начале и середине 20-го века, когда коммерческие китобойные промыслы процветали. В 1986 году Международная китобойная комиссия запретила охоту на китов, и, хотя некоторые образцы в коллекции получены из прилова и отлова, многие из них связаны с охотой на китов более ранней эпохи.
«Они уникальны, потому что есть виды, которые никто никогда не сможет снова собрать», - говорит Пенсон. «В некоторых случаях либо обстоятельства, при которых они были собраны, не могут быть воспроизведены, либо организмов нет в дикой природе».
Поскольку рассечение любого из образцов или проведение какого-либо инвазивного обследования не было возможным, Ямато использовал неинвазивную технологию КТ для проверки очень деликатных особенностей внутри черепов китов. Результаты работы Ямато появляются в новом исследовании сегодня в журнале PLOS ONE . То, что обнаружил Ямато, помогает подтвердить то, что в отчете окаменелости говорится о том, как киты совершили драматический переход от суши к морю и как семейства китов продолжали развивать различные физические характеристики, чтобы приспособиться к различным образам жизни в их подводной среде.
Майя Ямато (справа) и его коллега рассекают голову погибшего китового плавника в Чесапикском заливе, чтобы исследовать мягкие ткани, связанные с ушами. (Вирджиния Аквариум Программа Stranding Response) Китообразные развились в две отдельные группы: с зубами и с усами - щетинистая ситоподобная структура из кератина. Зубатые киты, такие как кашалоты, косатки и дельфины, охотятся и ловят добычу в своих зубастых челюстях, но усатые киты, такие как горбатые, голубые и гренландские киты, глотают воду и фильтруют ее через свой кит, чтобы поймать мелкую рыбу и криль.
Они не только питаются совершенно по-разному, но и две группы китов тоже слышат по-разному. Группы обрабатывают звук на противоположных концах частотной шкалы для слуха млекопитающих. Усаживающиеся киты используют звуки сверхнизкой частоты для связи на большие расстояния. Они слышат и озвучивают, используя частоты ниже, чем у любого наземного млекопитающего, даже слона.
Зубастые киты, с другой стороны, слышат и издают звуки на частотах выше, чем у маленькой коричневой летучей мыши, самого высокого наземного млекопитающего. Зубчатые киты полагаются на эту способность для эхолокации ориентироваться и находить добычу.
Используя компьютерную томографию коллекции фетальных китов, Ямато и Пенсон смогли проследить развитие этих двух совершенно разных типов китов. «Если бы в Смитсоновском институте не было КТ-сканера и не было самой большой коллекции морских млекопитающих в мире, этого исследования, вероятно, не было бы», - сказал Ямато.
Она и Пинсон - первые ученые, которые идентифицировали развивающуюся «акустическую воронку» в ушах образца плода. Китовые уши полностью внутренние. Они полагаются на жировую ткань, связанную с акустической воронкой в форме конуса, которая встречается только у китов. Как именно они работают, еще не до конца понятно. У всех зубатых китов акустическая воронка обращена вперед, но у некоторых усатых китов воронка ориентирована в сторону головы.
Исследовательская группа стала первой группой ученых, которая идентифицировала и изобразила на месте развитие определенной области уха, обнаруживаемой исключительно у китов, известной как «акустическая воронка» (вверху: розовый конус), структура, которая считается критическим компонентом. чтобы лучше понять, как усатые (внизу) и зубатые киты (вверху) слышат в своей водной среде. (Ямато М, Пинсон Н.Д. (2015)) Ранние стадии развития ушей у плодов соответствуют эволюционному расхождению китообразных с их наземными предками. И, что еще более важно, расхождение двух групп друг от друга. Акустическая воронка развивается одинаково сначала у всех китообразных. Затем, по мере развития зародышей двух групп, он меняет ориентацию и форму в мозге, имитируя эволюционный процесс.
«Мы хотим иметь возможность проследить все структуры внутри уха», - говорит Ямато. «У ранних плодов мы видим типичные структуры млекопитающих. Они больше похожи на всех других млекопитающих - на наземных млекопитающих. С помощью этого неинвазивного метода изучения этих редких экземпляров мы можем наблюдать, как эти типичные ингредиенты наземных млекопитающих перестраиваются для формирования ушей современных китов ».
Такую информацию сложно получить. Древние плоды плохо сохраняются в ископаемых. Пинсон говорит, что есть только один известный окаменелый образец нерожденного кита. Таким образом, изучение этих исторических образцов, включающих 15 различных видов как зубатых, так и усатых китов, было как открытие сокровищницы данных. Теперь, когда сканы доступны научному сообществу, другие ученые уже начинают использовать их для изучения других особенностей развития китов.
«То, как мы растем, особенно в утробе матери, многое говорит нам о том, как мы развивались», - говорит Пенсон. «Таким образом, просмотр данных о плодах может дать нам много ответов с точки зрения развития животного».
«Такое исследование помогает проиллюстрировать невероятное разнообразие и адаптацию жизни на Земле», - добавляет Ямато. «Хотя мы все произошли от одного и того же предка, у нас разные стратегии для работы в самых разных средах».
