University of Alaska Fairbanks-forskere har identificeret, hvad de mener er den forfædres egenskab, der muliggjorde udviklingen af luftindånding i hvirveldyr.
"For at indånde luft med en lunge behøver du mere end en lunge, du har brug for neurale kredsløb, der er følsomme over for kuldioxid," sagde Michael Harris, en UAF-neurovidenskabsmand og hovedforsker på et projekt, der undersøger mekanismerne, der genererer og kontrollerer vejrtrækning.
VIS LARGER | Kredit: M Hoffman, BE Taylor, MB Harris / University of Alaska Fairbanks, Institut for arktisk biologi, biologi og vilde dyreafdeling.
”Det er de neurale kredsløb, der tillader luft-vejrtrækende organismer at indtage ilt, hvilke celler har brug for at omdanne mad til energi og udvise affaldet kuldioxid, der følger af denne proces,” sagde han. ”Jeg er interesseret i hvor det kuldioxidfølsomme neuralkredsløb, kaldet en rytmegenerator, kom fra.”
Harris og kolleger mener, at luft vejrtrækning sandsynligvis udviklede sig i et forfædret hvirveldyr, der ikke havde en lunge, men havde en rytmegenerator.
”Vi forsøger at finde levende eksempler på primitive forfædre, der ikke trækker luft, som Lamprey, og derefter se efter bevis for en rytmegenerator, der gjorde noget andet end luftånding,” sagde Harris.
Lampreys er gamle fisk, der har egenskaber, der ligner de første hvirveldyr. De har ikke lunger og indånder ikke luft. Som larver lever de i rør, der graves ned i blød mudder og indånder og foder ved at pumpe vand gennem deres kroppe. Når mudder eller snavs tilstopper en lampreyrør, bruger de en hoste-lignende opførsel for at udvise vand og rydde røret. En rytmegenerator i deres hjerne styrer denne opførsel.
Nedenfor vises videoklippet, der er optaget i Harris 'laboratorium, forskellen mellem gilleventilation og en' hoste 'i en larve-lamprey. 'Hoste' forekommer omkring 9 sekunders mærkning.
”Vi troede, at lamprey‘ hoste “lignede luften, der trækker vejr ved amfibier,” sagde Harris. ”Da vi fjernede hjernerne fra lampreys og målte nerveaktivitet, der normalt ville være forbundet med vejrtrækning, fandt vi mønstre, der ligner vejrtrækning og fandt, at rytmegeneratoren var følsom over for kuldioxid.”
Luftånding udviklede sig i fisk og gjorde det muligt for hvirveldyrens bevægelse at lande og udviklingen af krybdyr, fugle og pattedyr. Uden en kuldioxidfølsom rytmegenerator kunne strukturen, der ville blive lungen, muligvis ikke fungere som en lunge.
"Udviklingen af lungemæssig vejrtrækning kan være en gentildeling af kuldioxidfølsom hoste, der allerede eksisterede i lungeløse hvirveldyr, som lamprey," sagde Harris.
Institue of Arctic Biology, University of Alaska Fairbanks