زیست‌شناسان تکاملی اسکن‌های PET کبوترهای مدرن را با مطالعات فسیل‌های دایناسورها ترکیب کردند تا به یک سوال زیست‌شناختی پایدار پاسخ دهند: مغز پرندگان چگونه تکامل یافت تا به آنها اجازه پرواز بدهد؟
آنها می گویند که پاسخ به نظر می رسد افزایش تطبیقی در اندازه مخچه در برخی از مهره داران فسیلی باشد. مخچه ناحیه ای از مغز است که مسئول حرکت و کنترل حرکت است.
یافته ها در منتشر شده است مجموعه مقالات انجمن سلطنتی B.
دانشمندان مدتها بر این باور بودند که مخچه باید برای پرواز پرندگان مهم باشد، اما آنها فاقد شواهد مستقیم بودند. برای تعیین ارزش آن، مطالعه جدید داده‌های اسکن‌های PET مدرن کبوترهای معمولی را با فسیل‌ها، بررسی مناطق مغزی پرندگان در حال پرواز و پوسته‌های مغز دایناسورهای باستانی ترکیب کرد.
امی بالانوف، نویسنده اول، استادیار آناتومی عملکردی و تکامل در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز، گفت: «پرواز با موتور در میان مهره‌داران یک رویداد نادر در تاریخ تکامل است.
بالانوف می‌گوید، در واقع، تنها سه گروه از مهره‌داران یا حیواناتی با ستون فقرات برای پرواز تکامل یافته‌اند: منقرض‌شده‌ها. پتروسارها، وحشت آسمان در دوره مزوزوئیک که بیش از 65 میلیون سال پیش به پایان رسید. خفاش ها و پرندگان
این سه گونه از نظر ارتباط نزدیکی ندارند درخت تکاملیو عوامل یا عامل کلیدی که پرواز را در هر سه امکان پذیر کرده است نامشخص است.
فراتر از انطباق‌های فیزیکی بیرونی برای پرواز، مانند اندام‌های فوقانی بلند، انواع خاصی از پرها، بدن صاف و سایر ویژگی‌ها، بالانوف و همکارانش مطالعاتی را برای یافتن ویژگی‌هایی طراحی کردند که مغز آماده پرواز را ایجاد می‌کنند.
برای انجام این کار، او با مهندسان زیست پزشکی در دانشگاه استونی بروک در نیویورک برای مقایسه فعالیت مغز کبوترهای مدرن قبل و بعد از پرواز کار کرد.
محققان توموگرافی گسیل پوزیترون یا اسکن تصویربرداری PET، همان فناوری که معمولاً در انسان استفاده می‌شود، برای مقایسه فعالیت در 26 ناحیه مغز در زمانی که پرنده در حال استراحت بود و بلافاصله پس از پرواز به مدت 10 دقیقه از یک نشستن بر روی دیگری انجام دادند. آنها هشت پرنده را در روزهای مختلف اسکن کردند.
اسکن‌های PET از ترکیبی مشابه گلوکز استفاده می‌کنند که می‌توان آن را تا جایی که بیشتر توسط سلول‌های مغز جذب می‌شود ردیابی کرد که نشان‌دهنده افزایش مصرف انرژی و در نتیجه فعالیت است. ردیاب شکسته شده و ظرف یک یا دو روز از بدن خارج می شود.
از 26 منطقه، یک ناحیه – مخچه – افزایش آماری معنی داری در سطح فعالیت بین استراحت و پرواز در هر هشت پرنده داشت. به طور کلی، سطح افزایش فعالیت در مخچه با بیش از دو انحراف استاندارد در مقایسه با سایر مناطق مغز متفاوت است.
محققان همچنین متوجه افزایش فعالیت مغز در به اصطلاح مسیرهای جریان نوری شدند، شبکه ای از سلول های مغزی که شبکیه چشم را به مخچه متصل می کند. این مسیرها حرکت را در سراسر میدان بینایی پردازش می کنند.
بالانوف می گوید، یافته های افزایش فعالیت در مخچه و مسیرهای جریان بینایی لزوماً تعجب آور نیست، زیرا تصور می شود که این نواحی در پرواز نقش دارند.
چیزی که در تحقیقات آنها جدید بود، ارتباط یافته‌های مخچه مغزهای دارای قابلیت پرواز در پرندگان مدرن با فسیل‌هایی بود که نشان می‌دهند چگونه مغز دایناسورهای پرنده مانند شروع به ایجاد شرایط مغزی برای پرواز با نیرو کرد.
برای انجام این کار، بالانوف از یک پایگاه داده دیجیتالی از endocasts یا قالب‌های فضای داخلی استفاده کرد جمجمه دایناسورهاکه وقتی پر می شوند شبیه مغز هستند.
بالانوف افزایش قابل توجهی در حجم مخچه را در برخی از اولین گونه‌های دایناسور مانیراپتوران شناسایی و ردیابی کرد که قبل از اولین ظهور پروازهای نیرومند در میان خویشاوندان باستانی پرندگان، از جمله آرکئوپتریکسدایناسور بالدار
بالانوف و تیم او همچنین شواهدی در اندوکاست افزایش چین خوردگی بافت در مخچه مانیراپتوران های اولیه یافتند که نشانه ای از افزایش پیچیدگی مغز است.
محققان هشدار می دهند که اینها یافته های اولیه هستند و فعالیت مغز در طی آن تغییر می کند پرواز برقی همچنین می تواند با رفتارهای دیگری مانند کشیدن انگشت نیز رخ دهد. آنها همچنین خاطرنشان کردند که آزمایشات آنها شامل پرواز مستقیم، بدون مانع و مسیر پرواز آسان بود و سایر مناطق مغز ممکن است در طول مانورهای پروازی پیچیده فعال تر باشند.
تیم تحقیقاتی قصد دارد نواحی دقیقی را در مخچه مشخص کند که مغز آماده پرواز و اتصالات عصبی بین این ساختارها را قادر می سازد.
گابریل بور، دانشیار آناتومی عملکردی و تکامل در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز، می‌گوید نظریه‌های علمی در مورد اینکه چرا مغز در طول تاریخ تکامل بزرگ‌تر شده است، شامل نیاز به حرکت در مناظر جدید و متفاوت، آماده‌سازی زمینه برای پرواز و سایر سبک‌های حرکتی است. .
در جان هاپکینز، جامعه زیست پزشکی طیف وسیعی از ابزارها و فناوری‌ها را در اختیار دارد تا به ما کمک کند تاریخ تکامل را درک کنیم و یافته‌های خود را به تحقیقات بنیادی در مورد نحوه عملکرد مغز متصل کنیم.
نویسندگان دیگر از دانشگاه استونی بروک، دانشگاه آریزونا، دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه ساموئل مریت، دانشگاه سافولک، دانشگاه خودمختار مادرید، کالج پزشکی ویل کورنل، موسسه فناوری نیویورک کالج پزشکی استئوپاتیک، مرکز پروتون نیویورک و موزه تاریخ طبیعی آمریکا.
بنیاد ملی علوم این کار را تامین مالی کرد.
منبع: دانشگاه جان هاپکینز
