İnsanlar da dahil olmak üzere memeliler, evrimsel başarılarını ateşleyen bir özellik olan, belirgin bir şekilde dik duruşlarıyla öne çıkıyor. Ancak modern memelilerin bilinen en eski ataları, yanlara doğru uzanan uzuvlarıyla sürüngenlere daha çok benziyordu.
Kertenkelelerinki gibi yayılmış bir duruştan, insanlarda, köpeklerde ve atlarda olduğu gibi modern memelilerin dik duruşuna geçiş, evrimde çok önemli bir anı işaret ediyordu. Bir asırdan fazla süren çalışmalara rağmen, bu sıçramanın tam olarak nasıl, neden ve ne zaman arkasında olduğu hala belirsizliğini koruyor.
Science Advances dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu gizeme yeni bakış açıları kazandırıyor ve memelilerde yayılmış duruştan dik duruşa geçişin hiç de basit olmadığını ortaya koyuyor. Fosil verilerini gelişmiş biyomekanik modellemeyle harmanlayan yöntemler kullanan araştırmacılar, bu geçişin şaşırtıcı derecede karmaşık ve doğrusal olmadığını ve önceden inanılandan çok daha sonra gerçekleştiğini buldu.
Her ikisi de Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü'nden baş yazar ve doktora sonrası araştırmacı Peter Bishop ve kıdemli yazar Profesör Stephanie Pierce, tegu kertenkelesi (yayılmış) dahil olmak üzere uzuv duruşlarının tüm yelpazesini temsil eden beş modern türün biyomekaniğini inceleyerek işe başladılar. , bir timsah (yarı dik) ve bir tazı (dik).
Bishop, “İlk önce bu modern türleri inceleyerek, bir hayvanın anatomisinin ayakta durma ve hareket etme şekliyle nasıl bağlantılı olduğuna dair anlayışımızı büyük ölçüde geliştirdik” dedi. “Daha sonra bunu, duruş ve yürüyüşün gerçekte nasıl değiştiğine dair evrimsel bir bağlama yerleştirebiliriz.”
Modern (siyah) ve soyu tükenmiş (gri) türlerin evrimsel ilişkileri araştırıldı. Çalışma, sinapsidlerdeki duruş evriminin karmaşık bir geçmişini ve modern plasental ve keseli hayvanlara özgü tamamen “dik” bir duruşun evrimleşmede geç kaldığını ortaya çıkardı.
Kredi bilgileri: Peter Bishop
Araştırmacılar analizlerini dört kıtadan 300 milyon yıllık evrimi kapsayan sekiz örnek fosil türünü kapsayacak şekilde genişletti. Türler, 1 onsluk proto-memeli Megazostrodon'dan yüzlerce kilo ağırlığındaki Ophiacodon'a kadar değişiyordu ve ayrıca yelken destekli Dimetrodon ve kılıç dişli yırtıcı Lycaenops gibi hayvanları da içeriyordu. Bishop ve Pierce, fizik ve mühendislik ilkelerini kullanarak kasların ve kemiklerin birbirine nasıl bağlandığını gösteren dijital biyomekanik modeller oluşturdular. Bu modeller, arka bacakların yere ne kadar kuvvet uygulayabileceğini belirleyen simülasyonlar oluşturmalarına olanak sağladı.
Bishop, “Bir uzuvun yere uygulayabileceği kuvvet miktarı, hayvanlarda lokomotor performansının kritik bir belirleyicisidir” dedi. “Gerektiğinde belirli bir yönde yeterli kuvveti üretemezseniz, o kadar hızlı koşamazsınız, o kadar çabuk dönemezsiniz veya daha da kötüsü düşebilirsiniz.”
Bilgisayar simülasyonları, bir uzuvun genel işlevsel performansını yakalayan 3 boyutlu bir “uygulanabilir kuvvet alanı” üretti. Pierce, “Uygun kuvvet alanlarının hesaplanması, bir uzuv boyunca kaslar, eklemler ve kemikler arasında meydana gelebilecek tüm etkileşimleri dolaylı olarak hesaba katar” dedi. “Bu bize büyük resmin daha net bir görüntüsünü, uzuv fonksiyonu ve hareketin daha bütünsel bir görünümünü ve bunların yüz milyonlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini sağlıyor.”
Uygulanabilir kuvvet alanı kavramı 1990'lardan bu yana ortalıkta dolaşıyor olsa da bu çalışma, soyu tükenmiş hayvanların bir zamanlar nasıl hareket ettiğini anlamak için bunu fosil kayıtlarına uygulayan ilk çalışma olma özelliği taşıyor. Yazarlar simülasyonları, diğer paleontologların kendi sorularını keşfetmelerine yardımcı olabilecek ve aynı zamanda mühendislerin karmaşık veya dengesiz arazilerde gezinebilen, biyo-esinli daha iyi robotlar tasarlamalarına yardımcı olabilecek yeni “fosil dostu” hesaplama araçlarına paketlediler.
Çalışma, modern türlerdeki genel güç üretme yeteneğinin, her türün günlük davranışlarında kullandığı duruşlar etrafında maksimum olduğu da dahil olmak üzere, hareketin birkaç önemli “sinyalini” ortaya çıkardı. Bishop ve Pierce, bunun kendilerini, soyu tükenmiş türler için elde edilen sonuçların, canlıyken nasıl durduklarını ve hareket ettiklerini gerçekten yansıttığı konusunda kendilerine güvenmelerini sağladığını söylüyor.
Nesli tükenen türleri analiz ettikten sonra araştırmacılar, lokomotor performansının yayılmadan dikleşmeye doğru basit, doğrusal bir şekilde ilerlemek yerine, milyonlarca yıl boyunca zirve yaptığını ve düştüğünü keşfettiler. Soyu tükenmiş bazı türlerin de daha esnek olduğu ortaya çıktı; tıpkı modern timsahlar ve timsahların yaptığı gibi, daha dağınık veya daha dik duruşlar arasında ileri geri hareket edebiliyorlardı. Diğerleri, memeliler evrimleşmeden önce daha yaygın duruşlara doğru güçlü bir tersine dönüş gösterdi. Çalışmanın diğer sonuçlarıyla birlikte değerlendirildiğinde bu, günümüz memelilerinde dik duruşla ilişkili özelliklerin, daha önce düşünülenden çok daha sonra, büyük olasılıkla Therian memelilerinin ortak atasına yakın bir şekilde evrimleştiğini gösterdi.
Bu bulgular aynı zamanda fosil kayıtlarındaki çözülmemiş bazı sorunların çözümüne de yardımcı oluyor. Örneğin, birçok memeli atasındaki asimetrik el, ayak ve uzuv eklemlerinin kalıcılığını açıklıyor; bu özellikler, tipik olarak modern hayvanlar arasındaki yayılma duruşlarıyla ilişkilendiriliyor. Bu aynı zamanda, erken memeli atalarına ait fosillerin neden sıklıkla ezilmiş, açılmış kartal pozunda bulunduğunu açıklamaya da yardımcı olabilir; modern plasental ve keseli fosiller tipik olarak yan yatarken bulunurken, bu pozun daha çok yayılmış uzuvlarla elde edilmesi daha olasıdır.
Bishop, “Bir dizi sonucun diğer gözlemleri aydınlatmaya yardımcı olması ve bizi daha kapsamlı bir anlayışa yaklaştırması bir bilim insanı olarak çok memnuniyet verici” dedi.
Kertenkelelerinki gibi yayılmış bir duruştan, insanlarda, köpeklerde ve atlarda olduğu gibi modern memelilerin dik duruşuna geçiş, evrimde çok önemli bir anı işaret ediyordu. Bir asırdan fazla süren çalışmalara rağmen, bu sıçramanın tam olarak nasıl, neden ve ne zaman arkasında olduğu hala belirsizliğini koruyor.
Science Advances dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu gizeme yeni bakış açıları kazandırıyor ve memelilerde yayılmış duruştan dik duruşa geçişin hiç de basit olmadığını ortaya koyuyor. Fosil verilerini gelişmiş biyomekanik modellemeyle harmanlayan yöntemler kullanan araştırmacılar, bu geçişin şaşırtıcı derecede karmaşık ve doğrusal olmadığını ve önceden inanılandan çok daha sonra gerçekleştiğini buldu.
Her ikisi de Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü'nden baş yazar ve doktora sonrası araştırmacı Peter Bishop ve kıdemli yazar Profesör Stephanie Pierce, tegu kertenkelesi (yayılmış) dahil olmak üzere uzuv duruşlarının tüm yelpazesini temsil eden beş modern türün biyomekaniğini inceleyerek işe başladılar. , bir timsah (yarı dik) ve bir tazı (dik).
Bishop, “İlk önce bu modern türleri inceleyerek, bir hayvanın anatomisinin ayakta durma ve hareket etme şekliyle nasıl bağlantılı olduğuna dair anlayışımızı büyük ölçüde geliştirdik” dedi. “Daha sonra bunu, duruş ve yürüyüşün gerçekte nasıl değiştiğine dair evrimsel bir bağlama yerleştirebiliriz.”
Modern (siyah) ve soyu tükenmiş (gri) türlerin evrimsel ilişkileri araştırıldı. Çalışma, sinapsidlerdeki duruş evriminin karmaşık bir geçmişini ve modern plasental ve keseli hayvanlara özgü tamamen “dik” bir duruşun evrimleşmede geç kaldığını ortaya çıkardı.
Kredi bilgileri: Peter Bishop
Araştırmacılar analizlerini dört kıtadan 300 milyon yıllık evrimi kapsayan sekiz örnek fosil türünü kapsayacak şekilde genişletti. Türler, 1 onsluk proto-memeli Megazostrodon'dan yüzlerce kilo ağırlığındaki Ophiacodon'a kadar değişiyordu ve ayrıca yelken destekli Dimetrodon ve kılıç dişli yırtıcı Lycaenops gibi hayvanları da içeriyordu. Bishop ve Pierce, fizik ve mühendislik ilkelerini kullanarak kasların ve kemiklerin birbirine nasıl bağlandığını gösteren dijital biyomekanik modeller oluşturdular. Bu modeller, arka bacakların yere ne kadar kuvvet uygulayabileceğini belirleyen simülasyonlar oluşturmalarına olanak sağladı.
Bishop, “Bir uzuvun yere uygulayabileceği kuvvet miktarı, hayvanlarda lokomotor performansının kritik bir belirleyicisidir” dedi. “Gerektiğinde belirli bir yönde yeterli kuvveti üretemezseniz, o kadar hızlı koşamazsınız, o kadar çabuk dönemezsiniz veya daha da kötüsü düşebilirsiniz.”
Bilgisayar simülasyonları, bir uzuvun genel işlevsel performansını yakalayan 3 boyutlu bir “uygulanabilir kuvvet alanı” üretti. Pierce, “Uygun kuvvet alanlarının hesaplanması, bir uzuv boyunca kaslar, eklemler ve kemikler arasında meydana gelebilecek tüm etkileşimleri dolaylı olarak hesaba katar” dedi. “Bu bize büyük resmin daha net bir görüntüsünü, uzuv fonksiyonu ve hareketin daha bütünsel bir görünümünü ve bunların yüz milyonlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini sağlıyor.”
Uygulanabilir kuvvet alanı kavramı 1990'lardan bu yana ortalıkta dolaşıyor olsa da bu çalışma, soyu tükenmiş hayvanların bir zamanlar nasıl hareket ettiğini anlamak için bunu fosil kayıtlarına uygulayan ilk çalışma olma özelliği taşıyor. Yazarlar simülasyonları, diğer paleontologların kendi sorularını keşfetmelerine yardımcı olabilecek ve aynı zamanda mühendislerin karmaşık veya dengesiz arazilerde gezinebilen, biyo-esinli daha iyi robotlar tasarlamalarına yardımcı olabilecek yeni “fosil dostu” hesaplama araçlarına paketlediler.
Çalışma, modern türlerdeki genel güç üretme yeteneğinin, her türün günlük davranışlarında kullandığı duruşlar etrafında maksimum olduğu da dahil olmak üzere, hareketin birkaç önemli “sinyalini” ortaya çıkardı. Bishop ve Pierce, bunun kendilerini, soyu tükenmiş türler için elde edilen sonuçların, canlıyken nasıl durduklarını ve hareket ettiklerini gerçekten yansıttığı konusunda kendilerine güvenmelerini sağladığını söylüyor.
Nesli tükenen türleri analiz ettikten sonra araştırmacılar, lokomotor performansının yayılmadan dikleşmeye doğru basit, doğrusal bir şekilde ilerlemek yerine, milyonlarca yıl boyunca zirve yaptığını ve düştüğünü keşfettiler. Soyu tükenmiş bazı türlerin de daha esnek olduğu ortaya çıktı; tıpkı modern timsahlar ve timsahların yaptığı gibi, daha dağınık veya daha dik duruşlar arasında ileri geri hareket edebiliyorlardı. Diğerleri, memeliler evrimleşmeden önce daha yaygın duruşlara doğru güçlü bir tersine dönüş gösterdi. Çalışmanın diğer sonuçlarıyla birlikte değerlendirildiğinde bu, günümüz memelilerinde dik duruşla ilişkili özelliklerin, daha önce düşünülenden çok daha sonra, büyük olasılıkla Therian memelilerinin ortak atasına yakın bir şekilde evrimleştiğini gösterdi.
Bu bulgular aynı zamanda fosil kayıtlarındaki çözülmemiş bazı sorunların çözümüne de yardımcı oluyor. Örneğin, birçok memeli atasındaki asimetrik el, ayak ve uzuv eklemlerinin kalıcılığını açıklıyor; bu özellikler, tipik olarak modern hayvanlar arasındaki yayılma duruşlarıyla ilişkilendiriliyor. Bu aynı zamanda, erken memeli atalarına ait fosillerin neden sıklıkla ezilmiş, açılmış kartal pozunda bulunduğunu açıklamaya da yardımcı olabilir; modern plasental ve keseli fosiller tipik olarak yan yatarken bulunurken, bu pozun daha çok yayılmış uzuvlarla elde edilmesi daha olasıdır.
Bishop, “Bir dizi sonucun diğer gözlemleri aydınlatmaya yardımcı olması ve bizi daha kapsamlı bir anlayışa yaklaştırması bir bilim insanı olarak çok memnuniyet verici” dedi.