Tvar vnitřního ucha odhaluje přechod k teplokrevnosti  
Vyvinuli se savci z teplokrevných evolučních předků, nebo se schopnost kontrolovat tělesnou teplotu zrodila až v této naší živočišní třídě? Výsledky studií se různí, ta nejnovější však podpořila první možnost. Na základě změn geometrie kostěného labyrintu vnitřního ucha.

Evoluční kladogram synapsidů. Kredit: Wikipedia, upraveno podle Laurin, M. et al., Kemp, T.S. (2011) a The Tree of Life Web Project ISBN 978-0-253-35697-0
http://tolweb.org/Synapsida/14845
978-0-253-35697-0
Evoluční kladogram synapsidů. Kredit: Wikipedia, upraveno podle Laurin, M. et al., Kemp, T.S. (2011) a The Tree of Life Web Project

Synapsida je, ale zejména byla, velká skupina obratlovců, která se od pozdního karbonu evolučně větvila do řádů, podřádů, čeledí, které postupně vyhynuly. Přežila jen naše evolučně nejmladší třída savců. A ti jsou všichni teplokrevní. Tato danost se vyvinula až v průběhu času, takže musel existovat evoluční tlak, který ji u některých synapsidů v určitém prostředí zvýhodňoval. I my jsme důkazem, že to přispělo k přežití. Kdy se ale teplokrevnost v savčím vývojovém rodokmenu objevila? Na tuto otázku se snažilo najít odpověď několik studií a jejich závěry se navzájem dost liší. Například v květnu 2017 vědci z Univerzity v Bonnu na základě výzkumu speciální kolagenové fibrolamelární struktury kostí určili vznik teplokrevnosti na dobu před asi 290 až 300 miliony lety a prvním teplokrevným předkem savců měl být obrovské ještěrce podobný Ophiacodon dorůstající až tří metrů. (zdroj).

 

Vnitřní ucho opičky kotule veverovitého: modře kostěné struktury, červeně měkké tkáně uvnitř. V rámci studie byly u existujících druhů zkoumány vztahy mezi těmito strukturami a endolymfou, aby podrobnosti funkce vnitřního ucha umožnily ve fosiliích určit, zda prehistoričtí živočichové byli teplokrevní nebo ne. Kredit: Romain David
Vnitřní ucho opičky kotule veverovitého: modře kostěné struktury, červeně měkké tkáně uvnitř. V rámci studie byly u existujících druhů zkoumány vztahy mezi těmito strukturami a endolymfou, aby podrobnosti funkce vnitřního ucha umožnily ve fosiliích určit, zda prehistoričtí živočichové byli teplokrevní, nebo ne. Kredit: Romain David

V tomtéž roce (2017), jen o dva měsíce později, tým francouzských, jihoafrických a čínských vědců na základě porovnání obsahu izotopů kyslíku v kostech a zubech „savcovitých plazů“ - therapsidů (patřících také do třídy Synapsida) z období permu a triasu došli k závěru, že teplokrevnost se vyvinula právě někdy mezi těmito geologickými periodami. Tedy někdy na konci karbonu před 259 až 252 miliony lety, a to jako výsledek adaptace na rychlé klimatické změny. Zatímco v permu - 47 milionů let trvajícím období před 298,9 až 251,9 miliony let – byli zkoumaní therapsidi (dicynodonti a cynodonti) chladnokrevní, v triasu (před 251,9 až 201,36 miliony let) byli již teplokrevní (zdroj). Takže podle této práce změna nastala o přibližně 40 milionů let později, než tvrdí předtím zmíněná německá studie.

 

Velikostní rozdíly mezi vnitřním uchem teplokrevného (vlevo) a studenokrevného (vpravo) savčího předka. Porovnání u zvířat s podobnou velikostí těla. Kredit: Romain David a Ricardo Araújo
Velikostní rozdíly mezi vnitřním uchem teplokrevného (vlevo) a studenokrevného (vpravo) savčího předka. Porovnání u zvířat s podobnou velikostí těla. Kredit: Romain David a Ricardo Araújo

I další výzkumy pak předpokládaný přechod k teplokrevnosti posouvaly do pozdějších období. K opačným extrémům patří i analýza, která se v únoru letošního roku objevila v BioEssays. Autoři v ní tvrdí že endotermie se prosadila až u pravých savců v období střední jury, tedy někdy před 175,6 až 164,7 miliony let (zdroj).

 

Nyní ale časopis Nature zveřejnil studii, která počátky endotermie opět posouvá hlouběji do minulosti, do období savčích předků žijících ve středním triasu, před 233 miliony let. Tedy před objevením se savců, kteří na scénu vstoupili před asi 200 miliony let pravděpodobně již s touto schopností ovládat tělesnou teplotu zděděnou od svých předchůdců.

Pod nejnovější studií je podepsáno 16 vědců z různých institucí v Portugalsku, Francii, Británii, Německu, Jihoafrické republice a USA. Samotný název „Biomechanika vnitřního ucha odhaluje pozdně triasový původ endotermie savců“ shrnuje základní informace. Vědci se zaměřili na vnitřní ucho, v němž jsou i tři polokruhovité duté kostěné kanálky, u živého organismu vyplněné endolymfou. Jsou součástí rovnovážného (vestibulárního) orgánu, který umožňuje mozku detekovat polohu hlavy nebo zrychlení pohybu.

Příklady koster různých druhů nesavčích therapsidů  Kredit: Radim Holiš, Fæ, Ghedoghedo a Ghedo, Wikipedia CC 4.0
Příklady koster různých druhů nesavčích therapsidů  Kredit: Radim Holiš, Fæ, Ghedoghedo a Ghedo, Wikipedia CC 4.0

Jak souvisí morfologie těchto kanálků s tělesnou teplotou? Zvýšená teplota snižuje viskozitu endolymfy, a tedy mění biomechaniku vnitřního ucha. Trvalé změně se musí přizpůsobit i tvar kostěných obloučků, jinak by teplokrevní organizmus, jehož behaviorální aktivita již není tak závislá na vnější teplotě, měl problém s koordinací pohybů. „Proto byly při přechodu k endotermii nutné morfologické adaptace k udržení optimálních výkonů a my jsme je mohli u předků savců sledovat," upřesňuje Romain David z Přírodovědeckého muzea v Londýně.

 

Pomocí nejmodernějších CT skenovacích technik a 3D modelování byli vědci schopni rekonstruovat vnitřní ucho u řady fosilii 56 vyhynulých druhů savčích předků (synapsidů) a podle zrekonstruované anatomie odhadnout původní tělesnou teplotu jednotlivých zvířat.

Vědci jsou přesvědčeni, že jejich určení vzniku teplokrevnosti v evoluční linii savců je v souladu s nedávnými zjištěními, že mnoho rysů obvykle spájených se savci, jako jsou vousy nebo srst, se také vyvinulo dříve, než se předpokládalo. Významnější však je, že výsledky výzkumu naznačují, že evoluční přechod od studeno k teplokrevnosti byl nečekaně rychlý. „Na rozdíl od současných vědeckých představ naše studie demonstruje, že k získání endotermie došlo z geologického hlediska překvapivě velmi rychle, za méně než milion let," upozorňuje na překvapivý závěr výzkumu hlavní autor Ricardo Araújo z Lisabonské univerzity. "Nejednalo se o postupný, pomalý proces trvající desítky milionů let, jak se dříve předpokládalo, ale možná k němu došlo rychle, když byly spuštěny nové metabolické dráhy podobné jako jsou u savců a vznikla srst."

"Původ savčí endotermie je jednou z velkých nevyřešených záhad paleontologie," říká Kenneth D. Angielczyk z Fieldova přírodovědného muzea v americkém Chicagu. Vzhledem na velký rozptyl vědecky podložených odhadů, kdy se v evoluční linii savců objevila endotermie, není proč s dr. Angielczykem nesouhlasit. On je ale přesvědčen, že ten jejich výsledek se nejlépe blíží skutečnosti: "Mnoho různých přístupů bylo použito k pokusu předpovědět, kdy se teplokrevnost poprvé vyvinula, ale často poskytly vágní nebo protichůdné výsledky. Myslíme si, že naše metoda je skutečně slibná, protože byla ověřena na velmi velkém počtu moderních druhů, a naznačuje, že endotermie se vyvinula v době, kdy do ní zapadly i mnohé další rysy tělesného plánu savců."


Zkoumané zkameněliny sice pochází z různých koutů světa, klíčovou roli ve studii však hrály nálezy z jihoafrické přírodní oblasti Karru. Tamní fosilie nabízejí nepřerušený záznam evoluce života v intervalu téměř 100 milionů let, detailně dokumentující transformaci z již zmíněných therapsidů (savcovitých plazů, objevili se v raném permu, asi před 275 miliony let) na savce (před asi 200 miliony let). Protože oblast Karru se v důsledku kontinentálního driftu v té době nacházela blíže k jižnímu pólu, podle vědců změna v geometrii vnitřního ucha je důsledkem vyšší tělesné teploty, a ne celkově teplejšího klimatu.

"Vzhledem k tomu, že jihoafrické klima bylo v průměru chladnější, změna viskozity tekutin ve vnitřním uchu mohla být způsobena pouze trvale vyšší tělesnou teplotou u savčích předků," vysvětluje Julien Benoit z Ústavu evolučních studií na jihoafrické Univerzitě ve Witwatersrandu (Wits University).

 

Video: Když savci byli plazy – příběh synapsidů. Rozhovor s Julienem Benoitem, paleontologem působícím v Ústavu evolučních studií na jihoafrické Witwatersrandské univerzitě. Ve svém výzkumu se zabývá původem savců. Je členem mezinárodního výzkumného týmu, který zveřejnil studii o změnách vnitřního ucha v souvislosti s evolucí endotermie.

 

Video: Synapsidi – dynastie, která vládla Zemi dvakrát

 

Literatura: Wits University News, Nature, další důležité odkazy v textu

Datum: 22.07.2022
Tisk článku

Související články:

Krvežíznivější mozky jsou chytřejší     Autor: Josef Pazdera (01.09.2016)
Byli tyranosauři teplokrevní?     Autor: Vladimír Socha (29.11.2016)
Dinosaury nevyhubila studenokrevnost     Autor: Vladimír Socha (07.07.2017)
T. rex měl v hlavě klimatizaci     Autor: Josef Pazdera (05.09.2019)
Dinosauři byli teplokrevní jako ptáci     Autor: Vladimír Socha (16.06.2022)



Diskuze:

Karnská pluviální epizoda

Tomáš Novák,2022-07-26 14:52:04

Přesná shoda - rovněž se odehrálo 233 milionů let v minulosti. Savci se snažili, ale svět pak dalších téměř 170 milionů let patřil diapsidním archosaurům s lepší a výkonnější respirací! :-)

Odpovědět

Evoluční tlak

Mojmir Kosco,2022-07-22 14:55:34

V článku jsem nenašel co byl ten evoluční tlak i když je zmiňován .Těžko bude evolučním tlakem nebo výhodou tvar vnitřního ucha zejména proto že se jedná o adaptaci.To vznik srsti by být mohl..Ochlazení ? Nebo se jednalo o evoluční výhodu (schopnost lovit za chladna?) .

Odpovědět


Re: Evoluční tlak

Veronika .,2022-07-22 17:48:46

Pane Kosco, Vaše touha diskutovat ke všemu je obdivuhodná a zaslouží uznání. Jen možná taková drobnost. Vždy, když Vás to popadne, nejprve si to k čemu diskutujete, pořádně přečtěte. V tomto případě kromě jiného tu pasáž o morfologii kanálků a jak to souvisí s viskozitu endolymfy vztah k biomechanice vnitřního ucha.

Odpovědět


Re: Re: Evoluční tlak

Mojmir Kosco,2022-07-22 21:07:10

V té době již byl tvor teplokrevný.

Odpovědět


Re: Evoluční tlak

Pavel A1,2022-07-23 12:06:42

Co třeba takhle:

K šípku, ve dne řádí dinosauři a loví mě, to nemůžu přežít. Budu lovit v noci. Nojo, jenže v noci je zima a já jsem celý ztuhlý, potřebuji se zahřát. Co mám dělat? Bingo, budu teplokrevný! A do..., pardon k šípku, teď mám závratě a vrávorám, takže zase nic neulovím. Co s tím? No, musím si upravit vestibulární aparát!

Připadá vám to jako dostatečný evoluční tlak?

Odpovědět


Re: Re: Evoluční tlak

Mojmir Kosco,2022-07-23 20:40:50

Vtip je v tom že evoluční tlak v článku je zmínka že se nejednalo o klimatický tlak neumožňuje aby tvor který je najednou teplokrevný vrávoral a nechal se sežrat.Spis bych to viděl že teplokrevný tvor obsadil životní prostředí kde jiní studenokrevní žít nemohly a tam by mohli a měly čas (10-20) generaci k přizpůsobení těla.

Odpovědět


Re: Re: Re: Evoluční tlak

Z Z,2022-07-24 05:01:38

A pointou toho "vtipu" má byť akceptácia kreacionizmu alebo ako to je myslené?
Pretože si nedokážete predstaviť, že sa teplokrvné živočíchy mohli vyvinúť zo studenokrvných a museli sa objaviť "najednou"?

Odpovědět


Re: Re: Re: Evoluční tlak

Pavel A1,2022-07-25 19:31:13

Kde píšu něco o klimatickém tlaku? Já vyslovuji hypotézu (jestli je správná nebo ne, to netuším), že přechod k teplokrevnosti byl vynucen přechodem na noční způsob života. To se samozřejmě mohlo dít i postupně. Napřed byli naši předci aktivní v podvečer, ale čím déle byli schopni si udržet tělesnou teplotu, tím déle mohli být aktivní a tím získat evoluční výhodu (a sbírat ztuhlou kořist jako maliny). A přizpůsobení vestibulárního aparátu bylo také postupné a souběžné s získáním teplokrevnosti.

Pokud tomu dobře rozumím, tak u studenokrevných živočichů musí vestibulární aparát pracovat v širokém rozmezí teplot, a to způsobuje, že vlastně pořád "vrávorají". Všimněte si, jak vypadá tělo třeba ještěrky - široká základna, nohy daleko od sebe a nízké těžiště. Naproti tomu savci mají nohy u sebe a těžiště mnohem výš, což jim umožňuje lepší manévrovatelnost a lepší rozhled, což je další evoluční výhoda získaná vyladěním vestibulárního aparátu na užší rozsah teplot a tím pádem zlepšením stability.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace