Az evolúciós alkalmazkodás segítette a barlangi medvék hibernálását, de kihalásukat is okozhatta

segítette

Új hipotézist javasolnak arra vonatkozóan, miért pusztult el a barlangi medve. (Hitel: CC BY-SA 3.0 Sergiodlarosa)

A kibővített orrmelléküreg-rendszer veszélyeztetheti a koponya erejét, korlátozva a medvék alkalmazkodóképességét a különböző ételekhez

Ellen Goldbaum írta

Megjelenés dátuma: 2020. április 1

BUFFALO, N. Y. - A Science Advances-ban április 1-én megjelent tanulmány egy új hipotézist tár fel, amely megmagyarázhatja, miért pusztultak el az európai barlangi medvék az elmúlt éghajlatváltozási időszakokban. A kutatást a tudományos szakirodalom vitája indokolta, hogy mi az állat (Ursus spelaeus) evett és hogyan befolyásolta ez a halálukat.

Az új hipotézis részben számítógépes elemzésből és számítógépes harapásszimulációkból merült fel, amelyet a Buffaloi Egyetem Jacobs Orvostudományi és Orvostudományi Karának doktora, Jack Tseng, a patológia és anatómiai tudományok adjunktusának laboratóriumában végeztek.

Tseng a cikk társszerzője a megfelelő szerzőkkel, Borja Figueirido PhD-vel és Alejandro Pérez-Ramos PhD-vel, első szerző, mindkettő Departamento de Ecologia y Geologia, a spanyol Universidad de Malaga.

Diétás dilemma

A barlangi medvék medvefajok voltak (Ursus spelaeus) körülbelül 24 000 évvel ezelőtt kihalt Európában és Ázsiában. Figueirido szerint a kutatók különböző étrendeket javasoltak a barlangi medvék számára, a tiszta növényevőktől kezdve a húsevőkig, vagy akár a talajtakarókig.

"A barlangi medve táplálkozási viselkedésének ismerete nem triviális szempont" - mondta. "Az etetési magatartás szorosan összefügg a hanyatlással és a kihalással."

Megjegyezte, hogy a barlangi medvek pusztulásának magyarázatára két, nem feltétlenül kizárólagos hipotézist javasoltak: az ember által vezérelt hanyatlás, akár az erőforrásokért folyó verseny, akár a közvetlen vadászat révén; vagy a populáció nagyságának jelentős pusztulása a pleisztocén késői szakaszában bekövetkezett éghajlati lehűlés következtében, amely a növényzet fogyását okozta.

Korábbi kutatások azt mutatják, hogy a barlangi medvék elsősorban növényevők voltak legalább 100 000 és 20 000 évvel ezelőtt. De még a hűlési időszakokban is, amikor a növényzet termelékenysége csökkent, ezek a medvék nem változtatták meg az étrendjüket. A kutatók azt javasolják, hogy ez az étrendi rugalmatlanság, az emberek által a barlangmenhelyekért folytatott versennyel kombinálva vezetett a kihalásukhoz.

Annak kiderítésére, hogy vannak-e biomechanikai magyarázatok rugalmatlan étrendjük mögött, ami azt jelenti, hogy a medvék fizikailag nem voltak képesek étrendjük hatékony kiigazítására a korlátozott vegetációs erőforrások idején, a kutatók a különböző táplálkozási forgatókönyvek háromdimenziós számítógépes szimulációit elemezték.

A már kihalt barlangi medvében (bal felső sarokban) a fejlett sinus rendszer egyenlőtlen mechanikai feszültségeloszlással társul az UB-n végzett harapási szimulációkban (bal alsó rész). Az élő medvék jóval kevésbé fejlett sinus rendszere, például a nap vagy a mézes medve (jobb felső rész) lehetővé teszi a mechanikai stressz egyenletes eloszlását a homlok régiójában, amint az a harapási szimulációban látható (jobb alsó sarokban). (Hitel: Alejandro Pérez-Ramos)

Kritikus orrmelléküregek

Különösen azért érdekelték őket a medvék orrmelléküregei, mert a nagy orrmelléküregek nagyobb metabolikus szabályozást tesznek lehetővé, ami kritikus a hibernálás alatti túlélés szempontjából.

"Vizsgálatunk azt sugallja, hogy az éghajlat hűlése valószínűleg kényszerítette a fejlett orrmelléküregek kiválasztását", ami viszont a barlangi medveszármazás jellegzetes kupolás koponyájának megjelenéséhez vezetett "- mondta Alejandro Pérez-Ramos.

Tseng kifejtette, hogy amikor a sinus rendszer kitágul, a rágás kisebb-nagyobb megterhelést okozhat a koponyán. Mind az emberben, mind a medvében a sinus rendszer könnyíti az arc súlyát, csökkentve a koponya megnövekedéséhez szükséges csontszövet mennyiségét.

"Mechanikusan nézve a" vastagfejű "lehet, hogy nem rossz, mert a több csont nagyobb szerkezeti erőt jelent" - mondta. "Megállapításaink azonban azt az értelmezést támasztják alá, hogy a barlangi medvékben a sinusrendszer működésének követelményei kompromisszumra tettek szükséget a sinus fejlődése és a koponya ereje között."

Tseng és Pérez-Ramos, akik három hónapot töltöttek az UB-n, hogy megtanulják az eljárást, biomechanikus szimulációs módszertan segítségével becsülték meg a különböző medvefajok és a különböző modellek harapási igénybevételeit és törzseit. A felhasznált medvekoponya-példányok számos európai intézményből származnak, ahol CT-vizsgálatokat végeztek rajtuk, valamint a tudományos CT-tárból, más néven digitális morfológiai könyvtárból, a texasi egyetemen, Austinban.

Megállapították, hogy az orrmelléküregek kialakulása a barlangi medvékben a koponyakupola felfelé és hátra terjeszkedését okozta a homlokától, megváltoztatva a medve koponyájának geometriáját.

"Ez a geometriai változás mechanikailag nem optimális koponyaformát eredményezett, nagyon alacsony hatásfokkal a koponya mentén jelentkező stressz eloszlásához, különösen akkor, ha a ragadozó emlősöknél leggyakrabban használt fogakkal vagy karneválokkal harapták" - mondta. Pérez-Ramos.

Amikor a sinusrendszer kitágul, Tseng kifejtette, csontcsökkenést eredményez a koponya méretéhez képest, és ezért kevesebb szerkezeti támaszt jelent, hogy ellenálljon a rágás által generált fizikai erőknek. Bár úgy tűnik, hogy más kiterjesztett orrmellékű emlősök, például hiénák evolúciósan módosították koponyájukat, hogy hatékonyan kezeljék a csökkent szerkezeti támasztékot, a barlangi medve koponyái kompromittált biomechanikai képességet mutattak az élő medvefajokhoz képest.

„Új technikák és virtuális módszerek, például az egyes fogak biomechanikai szimulációi és az orrmelléküregek összehasonlító belső anatómiai vizsgálata révén azt javasoljuk, hogy a barlangi medvékben valószínűleg nagy szinuszokat választottak ki annak érdekében, hogy hosszabb ideig hibernálhassanak nagyon alacsony anyagcsere-költségekkel ”- mondta Pérez-Ramos.

Végül azonban ez a kompromisszum a faj kihalását eredményezhette, amely megállapítás az emberek számára is releváns - mondta Tseng.

"Az, hogy életben tudjak maradni a leghidegebb időszakokban, embernek és medvének egyaránt fontos volt" - mondta. "Az őskori megafauna, például a barlangi medvék sikere vagy pusztulása kulcsfontosságú nyomokat ad arra vonatkozóan, hogy az emberek hogyan versenyezhettek és túlélhettek más nagy emlősöket saját fajunk evolúciójának kritikus ideje alatt."

A projekt finanszírozását a spanyol gazdasági és versenyképességi minisztérium CGL2012-37866, CGL2015-68300P és BES-2013-065469 támogatásokkal biztosította. A Jacobs-iskola Számítógépes sejtbiológiai, anatómiai és patológiai diplomás programja logisztikai támogatást nyújtott Alejandro Pérez-Ramos Tseng laboratóriumi rezidenciájához.