فسیل Tiktaalik گام کلیدی در تکامل راه رفتن را نشان می دهد

قبل از تکامل پاها از باله ها، اسکلت محوری -؛ از جمله استخوان های سر، گردن، پشت و دنده ها -؛ قبلاً تغییراتی را تجربه می کرد که در نهایت به اجداد ما کمک می کرد تا از بدن خود برای راه رفتن در خشکی حمایت کنند. یک تیم تحقیقاتی شامل زیست شناس ایالت پن، بازسازی جدیدی از اسکلت تیکتاالیک، ماهی فسیلی 375 میلیون ساله که یکی از نزدیک ترین خویشاوندان مهره داران اندامدار است، به پایان رساندند. بازسازی جدید نشان می‌دهد که دنده‌های ماهی احتمالاً به لگن آن متصل است، نوآوری که تصور می‌شود برای حمایت از بدن و تکامل نهایی راه رفتن بسیار مهم است.

مقاله‌ای که بازسازی جدید را توصیف می‌کند، که از توموگرافی ریز کامپیوتری (micro-CT) برای اسکن فسیل و آشکارسازی مهره‌ها و دنده‌های ماهی که قبلاً در زیر سنگ پنهان شده بودند، استفاده می‌کرد، در 2 آوریل در مجله منتشر شد. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

Tiktaalik در سال 2004 کشف شد، اما بخش های کلیدی اسکلت آن ناشناخته بود. این میکروسی‌تی‌اسکن‌های جدید با وضوح بالا، مهره‌ها و دنده‌های Tiktaalik را به ما نشان می‌دهند و به ما اجازه می‌دهند تا اسکلت آن را بازسازی کنیم، که برای درک نحوه حرکت آن در جهان بسیار مهم است.

تام استوارت، استادیار زیست شناسی در کالج علوم ابرلی در ایالت پن و یکی از رهبران تیم تحقیقاتی

برخلاف اکثر ماهی ها که دارای مهره ها و دنده هایی هستند که در طول تنه یکسان هستند، اسکلت محوری مهره داران اندام دار تفاوت های چشمگیری را در مهره ها و دنده ها از ناحیه سر تا ناحیه دم نشان می دهد. تکامل این منطقه‌بندی امکان انجام عملکردهای تخصصی را فراهم کرد که یکی از آنها پیوند مکانیکی بین دنده‌ها در ناحیه خاجی به لگن بود که پشتیبانی از بدن توسط اندام‌های عقبی را امکان‌پذیر می‌کرد.

باله های لگنی ماهی ها از نظر تکاملی به اندام های عقبی در چهارپایان مربوط می شود. مهره داران چهار دست و پا، از جمله انسان. در ماهی، باله‌های لگنی و استخوان‌های کمربند لگنی نسبتاً کوچک هستند و آزادانه در بدن شناور هستند. محققان توضیح دادند که برای تکامل راه رفتن، اندام‌های عقب و لگن بسیار بزرگ‌تر شدند و به عنوان راهی برای مهار نیروهای مربوط به حمایت از بدن، اتصالی به ستون مهره‌ها ایجاد کردند.

استوارت گفت: «تیکتاالیک قابل توجه است زیرا به ما نگاهی اجمالی به این گذار تکاملی بزرگ می دهد. در کل اسکلت آن، ما ترکیبی از صفات را می بینیم که نمونه ای از ماهی ها و زندگی در آب است و همچنین ویژگی هایی که در حیوانات ساکن خشکی دیده می شود.

توضیحات اصلی Tiktaalik بر روی قسمت جلویی اسکلت متمرکز شده است. فسیل‌ها به دقت آماده شدند تا ماتریکس اطراف سنگ را جدا کنند و جمجمه، کمربند شانه‌ای و باله‌های سینه‌ای را در معرض دید قرار دهند. دنده‌های این ناحیه بزرگ و منبسط شده بودند که نشان می‌دهد ممکن است به نحوی از بدن حمایت می‌کردند، اما دقیقاً مشخص نبود که چگونه عمل می‌کردند. در سال 2014، لگن ماهی که در همان محل باقی اسکلت کشف شد، نیز از ماتریکس پاکسازی و شرح داده شد.

استوارت می‌گوید: «از مطالعات گذشته، ما می‌دانستیم که لگن بزرگ است و حس می‌کردیم که باله‌های عقبی نیز بزرگ هستند، اما تاکنون نمی‌توانستیم بگوییم که آیا لگن با اسکلت محوری تعامل دارد یا نه. این بازسازی برای اولین بار نشان می‌دهد که چگونه همه اینها با هم تطبیق می‌یابند و سرنخ‌هایی در مورد چگونگی تکامل راه رفتن در ابتدا به ما می‌دهد.»

محققان توضیح دادند که بر خلاف باسن خودمان که استخوان‌هایمان محکم روی هم قرار می‌گیرند، اتصال بین لگن و اسکلت محوری Tiktaalik احتمالاً یک اتصال بافت نرم از رباط‌ها است.

استوارت گفت: «تیکتاالیک دنده‌های تخصصی داشت که با یک رباط به لگن متصل می‌شد. “واقعاً شگفت‌انگیز است. این موجود دارای ویژگی‌های بسیار زیادی است – جفت زائده‌های بزرگ عقبی، لگن بزرگ و ارتباط بین لگن و اسکلت محوری – که کلید منشا راه رفتن بودند. زمین، قطعاً داشت کار جدیدی انجام می‌داد.

بازسازی جدید اسکلت همچنین تخصص های مربوط به تحرک سر در Tiktaalik و جزئیات جدیدی از آناتومی باله لگن ماهی را روشن می کند.

نیل شوبین، استاد بیولوژی و آناتومی ارگانیسمی دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان مقاله، رابرت آر. “این مطالعه زمینه را برای افرادی فراهم می کند که چگونگی حرکت و تعامل حیوان با محیط خود را در 375 میلیون سال پیش بررسی می کنند.”

علاوه بر استوارت و شوبین، تیم تحقیقاتی شامل جاستین بی. لمبرگ، امیلی جی هیلان و آیزاک ماگالانز در دانشگاه شیکاگو و ادوارد بی. دشلر در آکادمی علوم طبیعی دانشگاه درکسل است.

حمایت بنیاد برینسون، بخش علوم زیستی دانشگاه شیکاگو، اهداکننده ناشناس به آکادمی علوم طبیعی دانشگاه درکسل، و بنیاد ملی علوم ایالات متحده، بودجه این تحقیق را تامین کردند. کار میدانی توسط پروژه منابع طبیعی فلات قاره قطبی، کانادا امکان پذیر شد. وزارت میراث و فرهنگ، نوناووت؛ دهکده های Resolute Bay و Grise Fiord از Nunavut. و ایویک شکارچیان و تله‌گذاران گریس فیورد.