Nowe badania wskazują, że różne grupy ssaków niezależnie wyewoluowały podobne kształty ucha wewnętrznego ze względu na analogiczne nisze ekologiczne, co podkreśla adaptacyjny charakter ewolucji ucha ssaków.
Nowe badanie rzuciło światło na niezwykle zbieżną ewolucję ucha wewnętrznego ssaków, ujawniając, że grupa bardzo odmiennych ssaków znanych jako Afrotheria i daleko spokrewnionych, ale ekologicznie bardzo podobnych ssaków niezależnie wyewoluowała podobne kształty ucha wewnętrznego.
Wyniki badań prowadzonych przez międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Nicole Grunstra z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Anne Le Maître z Instytutu Konrada Lorenza (KLI) for Evolution and Cognition Research (Klosterneuburg) zostały niedawno opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
Różnorodność i adaptacja ucha wewnętrznego
Ucho wewnętrzne kręgowców, zlokalizowane wewnątrz czaszki kostnej, odpowiada za słuch i równowagę. Od dawna uważano, że różnorodność zwierząt w jej złożonym kształcie odzwierciedla przystosowanie się do różnych środowisk i zachowań lokomotorycznych. Jednocześnie kształt ucha wewnętrznego również ma pochodzenie ewolucyjne i jest ze sobą ściśle powiązany gatunek mają zwykle bardziej podobne kształty ucha wewnętrznego niż gatunki daleko spokrewnione. Sugeruje to, że neutralna (nieadaptacyjna) ewolucja może mieć większe znaczenie w kształtowaniu morfologii ucha wewnętrznego, niż wcześniej sądzono. Nowe badanie zespołu dotyczące uszu wewnętrznych zróżnicowanej grupy ssaków dostarcza nowego spojrzenia na tę kwestię.
Metodologia: Modelowanie uszu 3D
Zespół biologów ewolucyjnych i paleontologów, w tym badacze z Muzeum Historii Naturalnej w Wiedniu, badał kształt ucha wewnętrznego w Afrotherii. Ta grupa zwierząt obejmuje spokrewnione ssaki, które znacznie różnią się anatomią i siedliskiem, w tym mrównik, słonie, krety złociste, góralki, ryjówki słoniowate i krowy morskie.
Naukowcy porównali kształt ich uszu z innymi ssakami, które są analogiczne pod względem anatomii, ekologii i/lub zachowania lokomotorycznego, ale są z nimi bardzo daleko spokrewnione, takimi jak mrówkojady, „prawdziwe” krety, gryzonie, jeże i delfiny. Zespół przeprowadził mikrotomografię rentgenowską czaszek znajdujących się w zbiorach muzealnych, na podstawie których zrekonstruował wirtualne modele 3D ucha wewnętrznego. Następnie porównali kształty ucha wewnętrznego afroterian i ich odpowiedników oraz przeanalizowali kształt ucha pod kątem siedliska i lokomocji.
Wzorce niezależnej ewolucji
„Odkryliśmy, że kształt ucha wewnętrznego jest bardziej podobny u gatunków analogicznych niż u gatunków nieanalogicznych, nawet jeśli te ostatnie mają wspólnego przodka nowszego i w związku z tym są bliżej spokrewnione” – wyjaśnia pierwsza autorka Nicole Grunstra z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Na przykład kształt uszu krów morskich w mniejszym stopniu przypomina kształt u słoni lub góralków (blisko spokrewnionych afrotherianów), a bardziej przypomina delfina (ssaka znacznie bardziej odlegle spokrewnionego). To podobieństwo kształtów odpowiada adaptacjom do środowiska ściśle wodnego.
Badanie wykazało również podobne kształty uszu u innych odlegle spokrewnionych gatunków o tym samym środowisku i strategii żerowania, na przykład u gatunków podziemnych lub gatunków żyjących na drzewach. „Udało nam się również wykazać, że u ssaków podobnych ekomorfologicznie wyewoluowały podobne kształty uszu w wyniku adaptacji do wspólnych nisz ekologicznych lub sposobu poruszania się, a nie przez przypadek” – interpretuje starsza autorka Anne Le Maître. Jest to mocny dowód na ewolucję zbieżną – proces, podczas którego kształty uszu różnych przodków niezależnie ewoluują, stając się podobne ze względu na wspólną presję selekcyjną.
Ewolucja i adaptacja w uchu ssaków
Nowe badanie pozornie zaprzecza niedawnym pracom dotyczącym ptaków, gadów i niektórych ssaków, które podają w wątpliwość zakres, w jakim procesy adaptacyjne ukształtowały zmienność ucha wewnętrznego kręgowce. Jednym z wyjaśnień jest to, że adaptacyjne różnice w kształcie ucha prawdopodobnie odgrywają szczególnie silną rolę przy porównywaniu gatunków stosujących różne strategie ekologiczne, takich jak afrotherianie i wiele innych ssaków. Innym możliwym wyjaśnieniem jest to, że ucho ssaków charakteryzuje się większą „ewoluowalnością”, czyli wewnętrzną zdolnością do ewolucji adaptacyjnej.
Wśród kręgowców ucho ssaków jest szczególnie złożone. W porównaniu z ptakami, krokodylami czy jaszczurkami ucho ssaków nabyło kilka dodatkowych elementów w wyniku ewolucyjnej redukcji i transformacji kości szczęki, a następnie ich integracji z uchem środkowym (podczas gdy u ptaków i gadów pozostały one częścią szczęki). Ta cecha umożliwia ssakom wykrywanie znacznie szerszego zakresu dźwięków, szczególnie wysokich tonów.
Co ważne, zwiększa także złożoność anatomiczną, genetyczną i rozwojową ucha, co według teorii poszerza zakres potencjalnych kształtów ucha, które mogą ewoluować. „Wzrost czynników genetycznych i rozwojowych danej cechy daje doborowi naturalnemu więcej możliwości do przekręcenia, co ułatwia ewolucję różnych adaptacji” – dodaje współautor Philipp Mitteröcker z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Ta zwiększona ewolucja ucha mogła pomóc utorować drogę adaptacji do nowych środowisk i zachowań lokomotorycznych podczas ewolucji ssaków.
Odniesienie: „Zbieżna ewolucja u afrotherii i nieafrotherianów wykazuje wysoką ewolucyjność ucha wewnętrznego ssaków” autorstwa Nicole DS Grunstra, Fabian Hollinetz, Guillermo Bravo Morante, Frank E. Zachos, Cathrin Pfaff, Viola Winkler, Philipp Mitteroecker i Anne Le Maître, 16 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52180-1
Badanie to zostało sfinansowane przez Austriacką Fundację Nauki (FWF).
