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Rib i movimenti iniziati per facilitare la locomozione, quindi cooptati per respirare

Quando i tetrapodi iniziali transitioned dall'acqua per sbarcare il modo hanno respirato l'aria hanno subito un giro di motore evolutivo. Peschi i muscoli di uso in loro testa per pompare l'acqua sopra le loro branchie. I primi animali di sbarco hanno utilizzato una simile tecnica--le rane moderne ancora utilizzano la loro testa e gola per forzare l'aria nei loro polmoni. Poi un'altra trasformazione principale nell'evoluzione vertebrata ha avuto luogo che respirazione spostata dalla testa al torso. In rettili ed in mammiferi, le nervature si espandono per creare uno spazio nel torace che assorbe il respiro. Ma che cosa ha causato lo spostamento?

Un nuovo studio pubblicato il 12 maggio nei rapporti scientifici presuppone una nuova ipotesi--il punto intermedio è stato determinato da locomozione.

Quando le lucertole camminano, piegano parallelo in un'andatura d'espansione. Le nervature e le vertebre sono determinanti per questo movimento, ma era poco chiaro quanto finora. I ricercatori hanno catturato il moto 3-D delle nervature della lucertola e delle vertebre facendo uso di XROMM, una combinazione di scansioni di CT e di video dei raggi x. Hanno registrato tre varani della savanna e il tegus in bianco e nero di tre Argentina che camminano lentamente su una pedana mobile. Le immagini risultanti hanno rivelato che mentre la spina dorsale sta piegando, ogni nervatura in entrambe le specie ha girato sostanzialmente intorno alla sua giunzione vertebrale, torcente in avanti da un lato dell'organismo ed indietro dall'altro lato alternativamente con ogni andatura. I meccanici seguono quasi lo stesso reticolo di quando i rettili inalano ed esalano.

“È realmente emozionante perché precedentemente non abbiamo avuti ipotesi plausibili per come nervatura-respirare mutevole,„ ha detto primo l'autore Robert Cieri, un postdoc all'università della costa del sole e chi ha condotto la ricerca mentre all'università di Utah, in cui è ancora affiliato. “Stiamo proponendo che questi movimenti della nervatura in primo luogo iniziati per facilitare la locomozione, quindi siano stati cooptati per la respirazione.„

Il lavoro egualmente ha incluso John Capano ed Elizabeth Brainerd alla Brown University e la covata di Samuel dello studente non laureato al U.

Perché la lucertola ha attraversato la strada? per catturare il suo respiro.

I rettili, gli uccelli ed i mammiferi, tutti gli amnioti considerati, usano l'aspirazione costiera dove le nervature e le vertebre gestiscono la respirazione espandendosi e contraendosi. Il moto è facilitato dalle nervature che girano intorno alle giunzioni vertebrocostal--dove le nervature e le vertebre si incontrano. È possibile che un antenato in anticipo dell'amniota in primo luogo abbia usato questi movimenti della nervatura per migliorare la sua ondulazione laterale, il moto parallelo del circuito di collegamento che le guide azionano le lucertole in avanti. Durante la locomozione, ogni arto ha due fasi: In primo luogo è la propulsione, che è quando il piede sta spingendo contro la terra. In secondo luogo è il basculaggio asse verticale, che è quando il piede è nell'aria. La nuova ricerca ha trovato che durante la fase della propulsione del braccio, le nervature sullo stesso lato dell'organismo girano verso la testa e mentre ha luogo nella fase del basculaggio asse verticale, girano verso la coda. Ciò imita che cosa gli scienziati precedentemente hanno scoperto che le nervature fanno l'inalazione e l'esalazione--ma questo volta simultaneamente da entrambi i lati.

I tetrapodi iniziali hanno usato espandendosi, locomozione undulatory, ma probabilmente ancora hanno avuti da un sistema respirante guidato da testa. Gli autori propongono che i movimenti della nervatura e la mobilità unita costiera aumentata si siano evoluti durante la locomozione per aumentare la lunghezza di andatura, giudicano il torace costante, o come il risultato passivo delle nervature che si muovono per evitare che è legato insieme mentre gli animali hanno piegato. Ad un certo punto, gli amnioti in anticipo hanno evoluto la capacità di esprimere simultaneamente questi movimenti della nervatura da entrambi i lati, che hanno tenuto conto l'espansione e la contrazione del circuito di collegamento che supportano l'inalazione e l'esalazione.

L'aspirazione che respira era una delle innovazioni chiave che hanno permesso che gli amnioti differenziassero su sbarco. Siamo stati sorpresi ed entusiasmato stati trovare le bugne a come si è evoluta da uno studio su locomozione.„

Elizabeth Brainerd, co-author, Brown University

Source:
Journal reference:

Cieri, R.L., et al. (2020) Locomotor rib kinematics in two species of lizards and a new hypothesis for the evolution of aspiration breathing in amniotes. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-020-64140-y.