Analiza unui pește antic arată cum au evoluat umerii

O nouă analiză a oaselor și mușchilor peștilor antici oferă noi indicii despre cum au evoluat umerii la animale, inclusiv la oameni.

Centura scapulară, configurația oaselor și mușchilor care la oameni susțin mișcarea brațelor, este un exemplu clasic de „noutate” evolutivă. Acest lucru înseamnă momentul în care apare o nouă caracteristică anatomică fără precursori evidenți, adică unde nu există indicii că o caracteristică a condus în mod clar la alta.

Noua cercetare, care reunește o serie de tehnici de investigare evolutivă, incluzând fosile, biologia dezvoltării și anatomia comparată, sugerează un nou mod de a privi modul cum au evoluat umerii.

Rezultatele studiului, condus de dr. Martin Brazeau de la Imperial College London (Anglia), și de cercetătorii Muzeului de Istorie Naturală din Londra, au fost publicate în Nature.

Cum au evoluat umerii?

O teorie a originii umărului este că a făcut parte din modul în care înotătoarele s-au format în perechi de fiecare parte a corpului peștelui, a căror evoluție le-a oferit peștilor mai mult control al înotului și, în cele din urmă, a stimulat trecerea de la apă la uscat.

Ipoteza „arcului branhial” sugerează că aceste aripioare au evoluat din „buclele” osoase care susțin branhiile, care au format și umărul. Cu toate acestea, dovezile au fost greu de găsit pentru această ipoteză, deoarece caracteristicile sunt rareori păstrate în fosile.

O teorie diferită a modului în care s-au format aripioarele, ipoteza „pliului înotătoarelor”, sugerează că precursorii aripioarelor pereche au evoluat în schimb dintr-o linie de mușchi de pe lateralele peștilor. Această teorie a avut parte de o mulțime de dovezi de susținere în cei 150 de ani de când ambele au fost propuse, dar nu poate explica modul în care a evoluat centura scapulară, subliniază Phys.org.

Ce poate spune craniul unui pește despre umerii oamenilor?

Acum, prin reanalizarea unui craniu vechi de pește fosil de la scurt timp după ce a apărut centura scapulară, alături de alte linii de dovezi, echipa sugerează că adevărul ar putea sta într-o versiune modificată a ipotezei arcului branhial care o reconciliază pe aceasta cu ipoteza pliului înotătoarelor.

Fosila pe care a analizat-o echipa este un placoderm, din specia Kolymaspis sibirica, care a trăit în urmă cu aproximativ 407 milioane de ani și a fost printre primii pești cu fălci. Fosila are o carcasă a creierului bine conservată (părțile interioare dure ale craniului care înregistrează urmele și alte caracteristici ale creierului).

Dr. Brazeau și-a dat seama că, în ciuda conservării proaste sau absente a arcurilor branhiale în astfel de fosile, dovezile pentru ele ar putea fi păstrate bine în carcasa creierului: „cutia” cartilaginoasă sau osoasă care înconjoară creierul și susține structurile senzoriale precum ochii și urechile. Carcasa creierului a arătat o articulație interesantă cap-umăr, evidențiată de configurația mușchilor și a vaselor de sânge.

Comparând această caracteristică a fosilei de pește cu fălci cu caracteristicile carcasei creierului precursorilor lui, peștii fără fălci, dr. Brazeau și echipa au descoperit noi moduri în care cei doi ar putea fi comparați. Ei au descoperit că articulația neobișnuită cap-umăr prezintă asemănări cu arcurile branhiale la peștii anteriori, sugerând că acestea au fost reținute și încorporate în modul cum s-au f0rmat umerii într-un stadiu incipient.

Două teorii despre cum au evoluat umerii nu se exclud reciproc

În timp ce majoritatea peștilor fără fălci au 5-20 de arcuri branhiale, peștii cu fălci aproape niciodată nu au mai mult de 5. Combinând acest lucru cu noile dovezi ale cutiei cerebrale, echipa sugerează că al șaselea arc branhial a fost încorporat în umăr, devenind o graniță crucială care a separat capul de corp. În mod curios, alimentarea cu sânge a aripioarelor peștilor fără maxilare iese între al șaselea și al șaptelea arc branhial.

„Arcadele branhiale par să fi fost implicate în separarea timpurie a capului și a corpului prin intermediul umărului. Dar nu mai avem arcade branhiale; deși umărul a fost modelat pe ele, nu mai este nevoie de ele astăzi”, a spus dr. Brazeau.

„Acest lucru este în concordanță cu unele studii anterioare care au arătat că mușchii pot rămâne extrem de stabili, în timp ce oasele specifice care îi susțin preiau treptat funcții unele de la altele. Este posibil ca arcurile branhiale să-și fi jucat rolul și să fi fost înlocuite pe măsură ce umărul a căpătat o nouă configurație, precum sprijinirea gâtului”, a continuat cercetătorul.

Această constatare înseamnă, de asemenea, că nu trebuie să existe un „sau” în ceea ce privește modul în care au evoluat aripioarele pereche. „Studiul nostru arată că ambele teorii sunt parțial adevărate. Putem raționaliza zonele care se suprapun”, a adăugat omul de știință.

„Echipa se va concentra în continuare pe specimene din colecția de pești fosili a Muzeului de Istorie Naturală. Cercetarea va include pești fără fălci, care au aripioare, dar nu au o centură scapulară distinctă”, completează dr. Zerina Johnson, cercetătoare la Muzeul de Istorie Naturală.

„În prezent procesăm mulți Gigabytes de date și abia aștept să văd ce vor adăuga aceste exemplare importante din colecție la poveste”, a încheiat ea.

Vă recomandăm să citiți și:

Cu mult timp în urmă, canibalismul era la ordinea zilei, arată un studiu

Un pergament carbonizat în urma erupției vulcanului Vezuviu, citit cu Inteligența Artificială

O tehnică de ultimă generație a dezvăluit adevărata culoare a Marmurelor Elgin

Rezervoarele antice mayașe oferă lecții pentru crizele de apă de astăzi