Zoogdieren zijn in veel opzichten uniek. We zijn warmbloedig en behendig in vergelijking met onze reptielen verwanten, maar er is nog een ander verschil. Onderzoekers Stephanie Pierce en Katrina Jones van Harvard University suggereren dat zoogdieren op nog een manier uniek zijn: de samenstelling van onze ruggengraat. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science .
Volgens Pierce is de ruggengraat van een zoogdier eigenlijk een reeks kralen aan een touwtje, waarbij elke kraal een enkel bot, een wervel, voorstelt. "Bij de meeste vierpotige dieren, zoals hagedissen, zien en functioneren de wervels hetzelfde" , zegt de onderzoeker.
De ruggengraat van zoogdieren is echter anders. Verschillende delen of regio's van de wervelkolom, zoals de nek, borstkas en onderrug, nemen zeer verschillende vormen aan. Ze functioneren afzonderlijk en kunnen zich daarom aanpassen aan verschillende manieren van leven, zoals rennen, vliegen, graven of klimmen.
Zoogdieren: gespecialiseerde kolommen
Hoewel stekels van zoogdieren gespecialiseerd zijn, werd aangenomen dat de regio's die eraan ten grondslag liggen oud waren en dateerden uit de vroegste landdieren. Van zoogdieren werd aangenomen dat ze het meeste uit bestaande anatomische blauwdrukken hadden gehaald. De nieuwe studie daagt dit idee echter uit door naar het fossielenbestand te kijken.
" Er zijn tegenwoordig geen dieren meer die de overgang van een 'hagedisachtige' voorouder naar een zoogdier vastleggen" , zegt Jones. Om dat te doen, zegt hij, moet je in het fossielenarchief duiken en kijken naar de uitgestorven voorlopers van zoogdieren, de niet-zoogdierachtige synapsiden.Niet-zoogdierachtige synapsiden zijn de sleutel tot het begrijpen van de oorsprong van zoogdierspecifieke kenmerken, waaronder de wervelkolom.
Reconstructie van Edaphosaurus, een primitieve voorouder van zoogdieren; zijn lange stekels vormen een zeil op zijn rug.
Maar het bestuderen van fossielen is niet eenvoudig. Jones zegt in dit verband dat fossielen schaars zijn en dat het ongelooflijk zeldzaam is om uitgestorven dieren te vinden met meer dan 25 wervels op hun plaats. Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers museumcollecties over de hele wereld verzameld om de best bewaarde fossielen te bestuderen van dieren die ongeveer 320 miljoen jaar geleden leefden.
Een vroege verandering in de wervelkolom van zoogdieren was een belangrijke eerste stap in hun evolutie. Door veranderingen in de wervelkolom konden zoogdieren zich in de loop van de tijd ontwikkelen tot de talloze soorten die we tegenwoordig kennen.
Evolutie van de wervelkolom bij zoogdieren
Het onderzoeksteam onderzocht fossiele wervelkolommen, evenals meer dan 1000 wervels van levende dieren, waaronder muizen, alligators, hagedissen en amfibieën. Ze wilden weten of de wervelgebieden van zoogdieren zo oud waren als gedacht, of dat zoogdieren iets unieks aan het doen waren.
“Als de vertebrale regio's tijdens de evolutie onveranderd waren gebleven, zoals verondersteld, zouden we verwachten dezelfde regio's te zien in niet-zoogdierachtige synapsiden die we vandaag zien bij zoogdieren" , zegt Pierce. Maar dat lijkt niet het geval te zijn.
Toen de onderzoekers de positie en vorm van de wervels vergeleken, vonden ze iets verrassends. De wervelkolom had nieuwe regio's gekregen tijdens de evolutie van zoogdieren. Vroege niet-zoogdierachtige synapsiden hadden minder regio's dan levende zoogdieren.
Ongeveer 250 miljoen jaar geleden ontwikkelde zich een nieuw gebied nabij de schouders en voorpoten. Dramatische veranderingen begonnen ook te verschijnen in de voorpoten van dieren die bekend staan als niet-zoogdierpeptiden.
Wetenschappers geloven dat deze gelijktijdige gebeurtenissen waarschijnlijk plaatsvonden in combinatie met veranderingen in hoe de wezens liepen en renden.
Onderzoekers geloven dat er tijdens de ontwikkeling een soort van overspraak is tussen de weefsels waaruit de wervels en het schouderblad bestaan. Ze geloven ook dat deze interactie resulteerde in de toevoeging van een gebied nabij de schouder toen de voorpoten van onze voorouders evolueerden om nieuwe vormen en functies aan te nemen.
Later ontstond er een regio in de buurt van het bekken. Volgens de onderzoekers is het deze laatste regio, de grenzeloze lumbale regio, die zich het beste lijkt aan te passen aan verschillende omgevingen.
De laatste stap in de constructie van de wervelkolom van zoogdieren kan te maken hebben met veranderingen in Hox-genen, belangrijk voor delen van de wervelkolom in een vroeg stadium van hun ontwikkeling.
In dit opzicht hebben onderzoekers verbanden kunnen leggen tussen veranderingen in dierenskeletten en uitgestorven ideeën in de moderne ontwikkelingsbiologie en genetica. "Deze gecombineerde aanpak helpt ons te begrijpen wat een zoogdier tot een zoogdier maakt" , concludeert Jones.
