Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

FP7

Tetrapods Rising Wynik w skrócie

Project ID: 303161
Źródło dofinansowania: FP7-PEOPLE
Kraj: Zjednoczone Królestwo

Powstanie czworonogów

Dzień, w którym pierwsze kręgowce wypełzły z morza na ląd, był najbardziej wiekopomnym w całej historii życia naszej planety. Wiele skamielin świadczy o zmianie z wodnych trzonopłetwych ryb na czteronożne stworzenia lądowe, znanych jako tetrapody, które obejmują płazy, gady, ptaki i ssaki.
Powstanie czworonogów
W projekcie TETRAPODS RISING (Tetrapods rising: Linking changes in mandibular form with function across the fish-tetrapod transition) przyjrzano się, w jaki sposób zmiany w obrębie żuchwy w czasie kluczowej przemiany ewolucyjnej ze zwierząt wodnych na lądowe są powiązane z zachowaniem mechanicznym i ekologią.

Posłużono się techniką tomografii komputerowej do wykonania skanów 15 skamieniałych czaszek oraz głów dwóch istniejących obecnie ryb: węgorza europejskiego (Anguilla anguilla) i szczupaka (Esox Lucius). Wykorzystano oprogramowanie wizualizacyjne, aby rozebrać na części macierz skamielin oraz tkankę mięśniową i kostną dzisiejszych gatunków, a także oddzielić poszczególne kości i zęby. Stworzono nowe techniki do rekonstrukcji 3D uszkodzonych skamieniałych czaszek.

Posłużono się wysokoobrotowymi nagraniami ruchu węgorza i szczupaka, aby opracować dokładne modelowanie zachowań żernych i dokonać walidacji modeli. Przy użyciu przetwornika siły zarejestrowano siłę ugryzienia, natomiast do uzyskania właściwości materiału kostnego z żuchwy wykorzystano nanowgniatanie. Informacje te, razem z rekonstrukcjami 3D, wykorzystano do produkcji trójwymiarowych modeli elementów skończonych żuchwy.

Modele te dostarczyły danych na temat deformacji, odkształceń i naprężeń, pozwalając badaczom zrozumieć i dokonać pomiaru zachowania mechanicznego żuchwy podczas obciążeń zachodzących w warunkach żeru. Wyniki uzyskane dzięki modelom elementów skończonych żuchwy wczesnych tetrapodów, węgorza, szczupaka i aligatora porównano, by odpowiedzieć na pytania dotyczące związków między zmianami w kształcie żuchwy i zachowaniu mechanicznym.

Przeprowadzono analizę elementów skończonych (FEA) na żuchwach wczesnych tetrapodów, istniejących ryb i aligatorów. Wyniki potwierdzają hipotezę, zgodnie z którą zmiany w morfologii żuchwy podczas ewolucji tetrapodów zaowocowały wykształceniem się silniejszej żuchwy, lepiej dostosowanej do gryzienia. Przyczyną tej zmiany mógł być fakt, że tetrapody, po wyjściu z wody na ląd, nie potrzebowały już opływowych kształtów.

Ponadto naprężenia w żuchwach tetrapodów były bardziej równomiernie rozłożone niż te w żuchwach ryb, a całkowita energia odkształcenia zmniejszała się wraz z rozwojem linii ewolucyjnej. Odkrycie to wskazuje, że mniej siły stosowanej (tj. mięśniowej) spożytkowano do zdeformowania modelu, co sugeruje sztywniejszą i bardziej efektywną konstrukcję.

Projekt TETRAPOD RISING wyznaczył punkt odniesienia w realizacji analizy elementów skończonych w szerszym kontekście ewolucyjnym niż początkowo zakładano. Ustanowił także techniki w zakresie rekonstrukcji 3D skamieniałych czaszek. Wynikiem było zyskanie nowego spojrzenia na ewolucję morfologiczną i funkcjonalną żuchwy tetrapodów w procesie wychodzenia z wody na ląd. Obszerne zbiory danych wygenerowanych w ramach projektu przyniosą wiele korzyści przyszłym badaczom.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Tetrapody, skamieliny, ryba, ewolucja, żuchwa
Numer rekordu: 175080 / Ostatnia aktualizacja: 2016-02-04
Dziedzina: Środowisko