Hur slog ormen bort benen?

Ava Max - Sweet but Psycho [Official Music Video] (April 2019).

Anonim

Ormar är långsträckta, köttätande reptiler av subordern Serpentes . Deras mest utmärkande kännetecken är deras brist på bilagor. Ormar är benfria, så de rör sig genom att slita framåt, dra och dra sina kroppar över marken.

Nu, om en svans är en väsentlig egenskap hos djurets kropp, måste vi fråga var börjar ormens kropp och svansen börja? Detta är komiskt, men ett mycket djupt filosofiskt problem, om du frågar mig. Men låt oss inte stanna längre på det.

I stället är det på en mycket mer allvarlig anteckning som vi bör fokusera på varför slangerna förlorade sina ben i första hand?

(Fotokredit: Pixabay)

Frågan frågar i grunden, varför skulle naturen betrakta denna regression bättre för överlevnad än att ha lemmar som andra reptiler? Färdigheten skulle göra burrowing mycket lättare än det skulle vara utan ett par förben.

Ett banbrytande papper hävdar att förhistoriska ormar hade benen, om än mycket tunna. De förlorade gradvis dem på grund av vissa energibesparingar. Senare lär vi oss hur dessa begränsningar påförde denna regression och gripit upp tillväxten av lemmar vid tillverkningsfasen själv - på genernivå.

Ormar med fotled

Forskningen tyder på att ormar utvecklats från ödlor som antingen utgrävde på land eller simmade i havet. Benen blev dock föråldrade i båda fallen då djuret utvecklades över tiden. Det verkar som att de förlorade sina lemmar eftersom närvaron av lemmar hindrade vattenlevande rörelse. Men hur är det med grävning? Skulle inte förbenstöd hjälpa till med skottning?

Jo, zoologer hävdar att ormar sällan grävde sina egna hål. Snarare inkräktar de och snuckar i hål grävde av mindre djur, förmodligen potentiellt byte. I detta scenario skulle fötterna säkert ha gjort dem större än hålet och hindrade dem från att komma åt deras mat.

Förekomsten av lemmar skulle ha varit ansvarig för ett formidabelt slöseri med energi. Dessa begränsningar tvingade regressionen att inte ha några ben. Regressionen inträffade också utan någon inverkan på organismens överlevnad. Studien belyser att förlusten av lemmar kan krediteras på ormarna som växer dem med en extremt trög takt eller växer dem bara under en mycket kort tid.

Bara om det hade lemmar.

För studien granskade Houssaye och hennes kollegor från Nationalmuseum för naturhistoria i Paris noggrant en förhistorisk fossil orm som kallades Eupodophis descouensi. De äldsta ormarna anses vara daterade så långt tillbaka som 94-112 miljoner år. Denna orm var inte bland de äldsta, men den kom nära, beräknas vara ungefär 90 miljoner år gammal.

Forskarna använde en ny, mycket avancerad bildteknik kallad Synchrotron Radiation Computed Laminography (SRCL). Förfarandet använder stora maskiner som gör att vi kan förstora och visa mikroskopiska egenskaper i utsökta detaljer. Ännu viktigare, det orsakar ingen skador på dessa ovärderliga exemplar.

Maskinerna exponerar ett prov för intensiv röntgenstrålning som djupt tränger igenom fossilen genom varje spricka när den roterar på ett substrat. Processen genererar tusentals högupplösta 2D-bilder, som sammanställs för att bilda en sofistikerad 3D-modell av fossilen.

(Foto Kredit: Pansci.asia)

Den tredimensionella modellen av den fossiliserade ormen illustrerade de gamla ormans höfter och smala 2 cm ben! Det visade 2 små regresserade bakben och en frånvaro av främre extremiteter. Det palpabla benet böjdes vid knäet och hade 4 fotled, men det hade inga fot- eller tånben. Denna morfologi är ganska nära liknar lemmarna i en modern jordbaserad ödla.

En annan orm av samma ålder, Najesh rionegrina, förutses också ha 2 oändligt tunna bakben. Ormen visade ett sakrum, en triangulär benaktig funktion som stöder bäckenet.

Dessa egenskaper kan ha subtilt avgått som djuren utvecklats.

Den enda genetiska tweak som orsakade ormen att förlora sina lemmar

En mycket elegant studie avslöjade att ormgenometet har gener för lemmesgenesis och tillväxt, men små mutationer i DNA som ligger nära en gen som är ledande till lemmararkitekturen och tillväxten hindrade genen från att aktivera i första hand och följaktligen förändra sitt utseende för alltid.

(Foto Kredit: pxhere.com)

Detta illustrerar en scintillating fjärilseffekt där en liten variation överför till följdskillnader. Studien belyser de spektakulära växlingar som en enda genetisk mutation kan inducera. Zoologer hävdar att denna regression kan ha stött på handling för omkring 150 miljoner år sedan.

De första ledtrådarna om dessa genetiska förändringar sökes av Martin Cohn, en utvecklingsbiolog vid University of Florida 1999. Han upptäckte att vissa gener i ett ormfoster deltog i ett annat mönster av aktivitet än andra reptiler i samma tillstånd. Han insåg att införandet av en tillväxtfaktor skulle kunna göra att dessa embryon börjar växa lemmar. Men eftersom genredigerings-tekniken endast var i sina rudimentära steg, saknade Cohn lämpliga verktyg för att se djupare ut.

Fyra år senare upptäckte Hanken och hans kollegor att aktiviteten i en gen med namnet Sonic Hedgehog (Shh) spelade en viktig roll i lemmarbildning och storlek i ödlor, vilket tyder på att det också kan vara betydande för ormar.

När genen redigerades, forskare spårade pythonernas embryonala aktivitet för att undersöka varför benen växer, men slutar aldrig utvecklas fullt ut. Fynden hittade 3 deletioner i den genetiska omkopplaren som kontrollerar aktiviteten hos samma Sonic Hedgehog (SHH) genen!

Genen är uppkallad efter den populära tecknade karaktären Sonic the Hedgehog. (Foto Credit: Flickr)

Växeln är formellt benämnd förstärkaren. Förstärkaren upprättar en kaj där alla proteiner som styr denna gens aktivitet levereras. Deletionerna gör det svårt för proteinerna att docka och därigenom ge dem ett smalt fönstret av genaktivitet under pythons embryonutveckling som är avgörande för vilken tillväxt som helst.

Alex Visel, en genomic vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, jämförde genetiska sekvenser av gamla ormar, som pythoner och boas, till nyutvecklade ormar som kobra och pythoner. Han fann att den senare inte hade några benrester som var närvarande i det förra. Deras förstärkare var fulla av deletioner och regressiva mutationer.

Forskare försökte sedan testa denna förstärkares inflytande på muslimmer, för att förutse dess effekter på tillväxten av deras lemmar. I ett inblickligt experiment utnyttjade forskarna CRISPR-Cas9 genredigeringsmetoden för att ersätta en gnagare egen förstärkare med förstärkare av andra djur och sedan förstärkaren av en orm.

Vid modning med förstärkaren av andra arter växte musbenen konventionellt. Men när det ersattes med en ormförstärkare var lemtillväxten begränsad till små knölar! Vidare, när forskaren gjorde de nödvändiga tilläggen till DNA och lade den ändrade förstärkaren tillbaka i mössen, återupptog benväxten till sin normala tillväxt!

På så sätt förhindrade en mikroskopisk tweak som ändrade spåren av orm DNA att utskjutande tillägg till en omärkbar knopp, eller i händelse av nya iterationer av ormarter, orsakade en regression att inte ha någon appendage alls.

(Fotokredit: Pixabay)

Vetenskapsmän är dock fortfarande osäkra om denna tweak kan betraktas som den enda, monumentala mutationen som introducerade trenden av limblessness i ödlor och underlättade deras utveckling i ormar. De tror att denna mutation kanske inte är den enda förövaren, men det är verkligen en stor skådespelare i detta utspelande drama.

För närvarande lurar den gemensamma förfaderen till alla ormar fortfarande i skuggorna, elusiv och motvillig att identifieras.