CORDIS - Wyniki badań wspieranych przez UE
CORDIS

How Bone Adapts to Heavy Weight? Bone Morphological and Microanatomical Adaptation to the Mechanical Constraints Imposed by Graviportality

Article Category

Article available in the following languages:

Badanie przystosowań kości ciężkich zwierząt

W przypadku dużych zwierząt ewolucja pozwoliła im na wykształcenie kości, które są w stanie podtrzymywać ich olbrzymie ciała. Dotychczas nauka nie poświęcała im zbyt wiele uwagi – do teraz.

Zdrowie icon Zdrowie

Nikogo nie zdziwi stwierdzenie, że nogi słonia muszą utrzymać olbrzymią masę. Te ogromne zwierzęta roślinożerne mogą osiągać wagę dochodzącą do sześciu ton, co oznacza, że ich kości muszą być w stanie podtrzymywać ich ciała. Podobnie jak w przypadku innych dużych kręgowców, także słonie wykształciły w drodze ewolucji szereg cech morfofunkcjonalnych, które pozwalają im funkcjonować normalnie pomimo zapierającej dech w piersiach masy ciała. „Dla niektórych może to być dużym zaskoczeniem, ale pomimo stosunkowo dużego znaczenia, przystosowania kości olbrzymich ssaków nie były do tej pory przedmiotem zainteresowania świata nauki”, wyjaśnia Alexandra Houssaye, badaczka Francuskiego Narodowego Ośrodka Badań Naukowych (CNRS) oraz dyrektorka ds. badań Narodowego Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu i koordynatorka projektu GRAVIBONE. W ramach projektu GRAVIBONE, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, naukowcy badali zmiany w wewnętrznych i zewnętrznych strukturach kości mające na celu przystosowanie ich do dźwigania olbrzymiej masy ciała, by znaleźć odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące ich wspólnej ewolucji. „Przeanalizowaliśmy kości kończyn najcięższych współczesnych kręgowców lądowych – słoni, nosorożców i hipopotamów, a także mniej masywnych ssaków, w tym wołowatych i tapirów”, wyjaśnia Houssaye. „W ramach prac przyjrzeliśmy się także kościom dinozaurów”.

Olbrzymie bestie z zamierzchłych czasów

Choć na świecie istnieje zaledwie kilka gatunków dużych, ciężkich zwierząt, badania archeologiczne dostarczają nam wielu różnorodnych przykładów z przeszłych epok. W ramach prac zespół wykorzystał morfometrię geometryczną 3D do szczegółowej analizy zewnętrznego kształtu wielu kości odtworzonych jako modele 3D w laboratorium. „Udostępniliśmy opracowane przez siebie modele społeczności naukowej w repozytoriach internetowych”, dodaje Houssaye. Badacze wykorzystali także tomografię mikrokomputerową w celu analizy wewnętrznej struktury kości znajdujących się na wystawach w muzeach historii naturalnej w Londynie i Paryżu. Następnym krokiem były analizy 3D wewnętrznej struktury całych kości, oparte na innowacyjnym podejściu zaplanowanym i opracowanym w laboratorium. Zespół skupił się następnie na opracowaniu biomechanicznego modelu kończyn nosorożców na podstawie analiz biomechanicznych danych dotyczących mięśni, aby dokonać analizy cech strukturalnych związanych z ograniczeniami mechanicznymi oraz przeprowadzić kompleksową charakteryzację zależności między kształtem i formą oraz funkcjonowaniem narządu.

Pogrubiona korówka, wytrzymałe kolumny

Badacze dokonali szczegółowego opisu zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych przystosowań kości długich kończyn, opierając się na skamielinach oraz na współczesnych biegających olbrzymich ssakach, w tym między innymi na nosorożcach. Udało im się wykazać, że kości kończyn przednich, zwłaszcza kość promieniowa, uległy znacznie większym zmianom. W przypadku tapira malajskiego, którego waga może przekraczać 300 kilogramów, kość ta charakteryzuje się wyraźnym zgrubieniem korówki kości długich. Co ciekawsze, zgrubienie to jest znacznie większe w porównaniu z analogicznymi kośćmi bantenga azjatyckiego i żubra, które ważą dwukrotnie więcej, a nawet kośćmi nosorożców. „To odkrycie wskazuje, że wewnętrzna struktura kości u tego gatunku jest wyspecjalizowana, aby zrekompensować ograniczone zmiany morfologiczne i skutecznie utrzymywać stosunkowo dużą wagę tego gatunku tapira”, wyjaśnia Houssaye. W przypadku najcięższych zwierząt – słoni oraz dinozaurów z infrarzędu zauropodów, w tym diplodoków oraz brachiozaurów, ich kości długie są znaczne mniej masywne, a ich korówka jest zaskakująco cienka. Może to wskazywać, że kończyny tych zwierząt przypominające kolumny nie wymagają dodatkowego wzmocnienia przy pomocy zewnętrznych i wewnętrznych struktur kostnych.

Nowe konstrukcje kolumn zainspirowane naturą

Oprócz zwrócenia uwagi na formę, ruch oraz postawę wymarłych gatunków zwierząt, w tym dinozaurów, wyniki badań pozwalają badaczom na bardziej dogłębne zrozumienie przystosowań kości. „Dzięki temu możemy lepiej scharakteryzować cechy adaptacyjne układu motorycznego istniejących zwierząt, ale także wykorzystać te informacje na przykład w medycynie”, zauważa badaczka. Zespół opracował również inspirowane naturą i paleontologią rozwiązania oparte na strukturach kości ciężkich zwierząt, które pozwolą nam budować bardziej wytrzymałe kolumny przy użyciu mniejszej ilości materiału.

Słowa kluczowe

GRAVIBONE, kość, słoń, zwierzęta roślinożerne, skamielina, kość korowa, kończyny, struktury, inspiracja naturą, bestie

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania