Новое исследование, опубликованное 12 мая в Scientific Reports, выдвигает новую гипотезу – промежуточный шаг был вызван движением.
Когда ящерицы ходят, они наклоняются из стороны в сторону растягивающейся походкой. Ребра и позвонки имеют решающее значение для этого движения, но до сих пор было неясно, как. Исследователи зафиксировали трехмерное движение ребер и позвонков ящерицы с помощью XROMM, комбинации компьютерной томографии и рентгеновских видео.
Они зафиксировали трех варанов-варанов и трех аргентинских черно-белых тегу, медленно шагающих по беговой дорожке. Полученные изображения показали, что в то время как позвоночник изгибается, каждое ребро у обоих видов существенно поворачивается вокруг своего позвоночного сустава, поворачиваясь вперед с одной стороны тела и назад с другой стороны, попеременно с каждым шагом. Механика почти такая же, как когда рептилии вдыхают и выдыхают.
«Это действительно интересно, потому что у нас раньше не было правдоподобных гипотез о том, как возникло реберное дыхание», – сказал первый автор Роберт Сиери, постдок из Университета Саншайн-Кост, проводивший исследование в Университете штата Юта, где он все еще аффилирован. "Мы предлагаем, чтобы эти движения ребер сначала начали облегчать передвижение, а затем были использованы для дыхания."
В работе также участвовали Джон Капано и Элизабет Брейнерд из Университета Брауна и студентка Сэмюэл Хэтч из Университета Брауна.
Почему ящерица перешла дорогу? Чтобы перевести дыхание.
Рептилии, птицы и млекопитающие, считающиеся амниотами, используют реберную аспирацию, когда ребра и позвонки контролируют дыхание, расширяясь и сжимаясь. Движению способствует вращение ребер вокруг позвоночно-реберных суставов – там, где ребра соединяются с позвонками.
Возможно, что один из первых предков амниот впервые использовал эти движения ребра, чтобы усилить его боковую волнистость, движение туловища из стороны в сторону, которое помогает продвигать ящериц вперед. Во время передвижения каждая конечность имеет две фазы: первая – это движение, когда ступня отталкивается от земли. Во-вторых, это свинг, когда ступня находится в воздухе.
Новое исследование показало, что во время фазы движения руки ребра на одной стороне тела вращаются к голове, а пока она находится в фазе движения, они вращаются к хвосту. Это имитирует то, что ученые ранее обнаружили, что ребра делают вдох и выдох, но на этот раз одновременно с обеих сторон.
Ранние четвероногие использовали раскидистые волнообразные движения, но, вероятно, по-прежнему имели систему дыхания, управляемую головой. Авторы предполагают, что движения ребер и повышенная подвижность реберных суставов развивались во время передвижения, чтобы увеличить длину шага, удерживать грудную клетку в неподвижном состоянии, или как пассивный результат движения ребер, чтобы предотвратить их сближение вместе, когда животные сгибаются. В какой-то момент ранние амниоты развили способность выражать эти движения ребер одновременно с обеих сторон, что позволило расширять и сокращать туловище, поддерживая вдох и выдох.
«Аспирационное дыхание было одним из ключевых нововведений, которое позволило амниотам разнообразить свой вид на суше. Мы были удивлены и взволнованы, найдя ключи к разгадке его эволюции на основе исследования локомоции », – сказал соавтор Брейнерд.