28.10.2020
PL EN
25.06.2020 aktualizacja 26.06.2020
Szymon Zdziebłowski
Szymon Zdziebłowski

Naukowcy wykonali wirtualny "odlew" mózgu ssaka sprzed 34 mln lat

Naukowcy z Polski i Kanady wykonali wirtualną rekonstrukcję mózgu ssaka sprzed 34 mln lat. Był to krewny królika, którego świetnie zachowaną czaszkę znaleziono na terenie Ameryki Północnej. Jej analizy pozwalają wnioskować na temat trybu życia tego kopalnego zwierzęcia.

W 1941 r. na prerii podczas wykopalisk paleontologicznych na terenie rancha w amerykańskim stanie Nebraska badacz z Muzeum Walkera Uniwersytetu Chicagowskiego odkrył niewielką skamieniałość. Okazała się być czaszką małego ssaka z rodzaju Megalagus - dawnego krewnego współczesnych królików. Zwierzę to żyło 34 miliony lat temu i mogło ważyć około 2 kilogramów. Sam jego mózg miał niespełna 4 cm długości - szacują naukowcy.

Tak wiekowe, a do tego znakomicie zachowane znaleziska - zwłaszcza reprezentujące czaszki ssaków - to dość duża rzadkość. Analizy tych kości mówią wiele na temat ewolucyjnego rozwoju mózgu ssaków. W badaniach pomaga rozwój technologii - korzystając z czaszki z Nebraski naukowcy wykonali wirtualną rekonstrukcję wnętrza mózgoczaszki odzwierciedlającą zewnętrzną powierzchnię mózgu zwierzęcia sprzed 34 milionów lat.

Czaszkę poddali najpierw mikrotomografii rentgenowskiej, dzięki której można utworzyć jej trójwymiarowy obraz. Następnie wirtualnie wypełnili puszkę mózgową, tworząc w ten sposób cyfrowy "odlew" mózgu. Tak zrekonstruowana powierzchnia mózgu zawiera informacje nie tylko temat rozmiarów jego podstawowych części, ale także o przebiegu naczyń krwionośnych na powierzchni mózgowia i nerwów czaszkowych.

Jak powstaje wirtualny odlew mózgu? Na początku czaszka kopalnego zwierzęcia (dół), ulega zeskanowaniu w mikrotomografie i tworzymy jej cyfrowy obraz 3D (środek), na podstawie tych danych w programie do obróbki danych CT rekonstruujemy wirtualnie odlew mózgoczaszki (górny obrazek). [Zdjęcie czaszki Frank Ippolito. Ilustracje z López-Torres et al. 2020]

Jak powstaje wirtualny odlew mózgu? Na początku czaszka kopalnego zwierzęcia (dół), ulega zeskanowaniu w mikrotomografie i tworzymy jej cyfrowy obraz 3D (środek), na podstawie tych danych w programie do obróbki danych CT rekonstruujemy wirtualnie odlew mózgoczaszki (górny obrazek). [Zdjęcie czaszki Frank Ippolito. Ilustracje z López-Torres et al. 2020]

Na tej podstawie wykonano też modele techniką druku trójwymiarowego. Taką metodę można porównać do tworzenia odlewów ludzi czy zwierząt przysypanych przez popioły Wezuwiusza w Pompejach - słynnym mieście zniszczonym przez wybuch wulkanu w 79 r. Tam również nie zachowały się szczątki. Popioły pokrywające starożytne miasto szybko zastygały, zachowując wewnątrz kształt pogrzebanych ciał.

Im więcej wiadomo na temat budowy mózgu prakrólika, tym więcej można wnioskować na temat trybu życia tego wymarłego zwierzęcia.

 Rekonstrukcja środowiska życia prakrólika Megalagus (na dole po środku), przedstawiająca późnoeoceński las (ok. 36 milionów lat temu) w Ameryce Północnej i przedstawicieli trzech głównych grup Euarchontoglires, którzy hipotetycznie mogli się spotkać po raz ostatni w tym czasie. Prymitywny naczelny z grupy Plesiadapiformes (Ignacius, na lewo, na gałęzi drzewa), zajęczak Megalagus oraz gryzoń z grupy Ischyromyidae (Ischyromys, na prawo). Rys. Agnieszka Kapuścińska.

Rekonstrukcja środowiska życia prakrólika Megalagus (na dole po środku), przedstawiająca późnoeoceński las (ok. 36 milionów lat temu) w Ameryce Północnej i przedstawicieli trzech głównych grup Euarchontoglires, którzy hipotetycznie mogli się spotkać po raz ostatni w tym czasie. Prymitywny naczelny z grupy Plesiadapiformes (Ignacius, na lewo, na gałęzi drzewa), zajęczak Megalagus oraz gryzoń z grupy Ischyromyidae (Ischyromys, na prawo). Rys. Agnieszka Kapuścińska.

"Nasze pionierskie badania nad mózgiem wczesnego +królika+ mają bardzo istotne znaczenie dla biologii ewolucyjnej całej grupy Euarchontoglires, obejmującej zajęczaki, gryzonie, wiewióreczniki, lotokoty i ssaki naczelne, czyli również człowieka. Zajęczaki stanowią najpierwotniejszą linię siekaczowców (Glires - grupy zwierząt łączących ewolucyjnie zajęczaki i gryzonie). Są tym samym bliższe ssakom naczelnym niż myszy czy wiewiórki. I wirtualny odlew mózgu rodzaju Megalagus to potwierdza" - mówi w rozmowie z PAP prof. Łucja Fostowicz-Frelik z Instytutu Paleobiologii Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, główna inicjatorka i kierowniczka badań. Prowadziła je wspólnie z zespołem prof. Mary Silcox z Uniwersytetu Toronto Scarborough i dr. Sergim López-Torresem odbywającym staż podoktorski w Instytucie Paleobiologii PAN w Warszawie.

"Współczesne króliki mają bardzo duże oczy i świetny wzrok, gdyż żyją głównie na terenach otwartych. Inaczej było w przypadku ich przodków, żyjących ponad 30 mln lat temu na terenie Ameryki Północnej, które zamieszkiwały lasy i zarośla. Z naszych badań wynika, że badany przez nas okaz miał duże opuszki węchowe w porównaniu z całym mózgiem. Dlatego węch odgrywał u niego ważniejszą rolę niż u współczesnych krewniaków. Dopiero z czasem wyostrzył się wzrok tych zwierząt, co było związane ze zmianą środowiska, jakkolwiek początek tych zmian widzimy już w rodzaju Megalagus" - powiedziała prof. Fostowicz-Frelik.

Z analiz wynika również, że amerykański prakrólik miał nieco mniej rozwinięte półkule mózgu niż jego współcześni krewniacy. "Trudno jednak powiedzieć, czy oznacza to, że te współczesne króliki są +mądrzejsze+" - żartuje badaczka. Wskazuje, że wówczas - około 30 mln lat temu - u wszystkich grup zwierząt widoczny był trend stopniowego wzrostu półkul mózgowych.

Czy miliony lat temu podobne prakróliki żyły również w Europie, m.in. na obecnych terenach Polski, które były wówczas częściowo pokryte oceanem? Na naszym kontynencie zwierzęta takie upowszechniły się na dobre dopiero około 20 mln lat temu. Trafiły na nasze tereny ze wschodu - z Azji, gdy nastąpiło otwarcie drogi między kontynentami - wskazuje badaczka.

Zależność pomiędzy objętością mózgoczaszki a ciężarem ciała u wybranych grup Euarchontoglires. Szacujemy mózg prakrólika z rodzaju Megalagus (zaznaczony gwiazdką) jako proporcjonalnie mniejszy w stosunku do ciężaru zwierzęcia niż u współczesnych zajęczaków, a bardziej zbliżony w tym względzie do wczesnych naczelnych. [Ilustracje z López-Torres et al. 2020]

Zależność pomiędzy objętością mózgoczaszki a ciężarem ciała u wybranych grup Euarchontoglires. Szacujemy mózg prakrólika z rodzaju Megalagus (zaznaczony gwiazdką) jako proporcjonalnie mniejszy w stosunku do ciężaru zwierzęcia niż u współczesnych zajęczaków, a bardziej zbliżony w tym względzie do wczesnych naczelnych. [Ilustracje z López-Torres et al. 2020]

Prof. Fostowicz-Frelik podkreśla, że puszki mózgowe prakrólików zachowują się w materiale kopalnym bardzo słabo, bo są bardzo delikatne. Sporo szczątków tych zwierząt pochodzi na przykład z terenu Chin. Tyle, że są to głównie zęby i szczęki, więc niewiele da się powiedzieć o ich mózgu.

Jak wyjaśnia badaczka, tkanka mózgowa nie zachowuje się w stanie kopalnym, bo jest zbyt delikatna i zawiera zbyt dużo wody. Natomiast znane są nauce tak zwane naturalne odlewy mózgu, czyli scementowane wypełnienie osadem puszki mózgowej. Podobnego pochodzenia, ale jeszcze starsze są "skamieniałe mózgi" dinozaurów. To jednak rzadkość. Dlatego naukowcy coraz częściej stosują mikrotomografię rentgenowską, dzięki której możliwe jest rekonstruowanie kształtu tego organu u zwierząt żyjących miliony lat temu. "Na naszym skanie widać nawet odciśnięte w czaszce zatoki żylne opony twardej" - podkreśla badaczka.

Badania zespołu finansowane były przez Narodowe Centrum Nauki. Publikacja na ich temat ukazała się w periodyku Towarzystwa Królewskiego w Londynie, "Proceedings of the Royal Society B". 

PAP - Nauka w Polsce, Szymon Zdziebłowski

szz/ zan/

Copyright © Fundacja PAP 2020