For evolusjonsbiologer er hvaleører en merkelig og fascinerende gåte. Å studere dem når de utvikler seg i livmoren kan hjelpe oss å forstå hvordan de utviklet seg. Men å samle hvalfostre i dag er uaktuelt fordi jakt på hvaler er ulovlig, og forskere må stole på strandinger, som ikke ofte viser gravide kvinner.
Relatert innhold
- De tidligste balehvalene ble bokstavelig sugd
- Hva en død blåhval kan lære oss om livet i havet, og om oss selv
- Hvordan to laser-cowboyer reddet dagen
- Bak kulissene med kurator Nick Pyenson: A New Fossil Whale
Så da den Smithsonian-forskeren Maya Yamato første gang fikk vite om en samling av 56 hvalfostre bevart i alkohol på National Museum of Natural History, trillet hun dem bort til museets CT-skanningslaboratorium. "Vi kommer aldri til å skaffe denne typen materiale igjen, " sier Yamato, "siden de er så verdifulle og sjeldne, er det ikke ønskelig å dissekere dem."
Yamato, en postdoktor som arbeidet med kurator for fossile sjøpattedyr, Nicholas Pyenson, ønsket å få et bedre blikk på hvordan ører utviklet seg hos hvalfostre. Samlingen inneholder noen 100 år gamle eksemplarer, med de fleste som dateres tilbake til en periode på begynnelsen og midten av 1900-tallet, da kommersiell hvalfangstoperasjon trivdes. I 1986 ble jakten på hvaler forbudt av Den internasjonale hvalfangstkommisjonen, og selv om noen av eksemplene i samlingen kommer fra bifangst og stranding, er mange assosiert med hvalfangsten i en tidligere epoke.
"De er unike fordi det er arter som ingen noen gang vil kunne samle igjen, " sier Pyenson. "I noen tilfeller kan ikke omstendighetene de ble samlet inn replikeres, eller ikke er organismer der i naturen."
Fordi å dissekere noen av prøvene eller utføre noen form for invasiv undersøkelse ikke var et alternativ, brukte Yamato den ikke-invasive CT-teknologien for å inspisere de veldig delikate egenskapene i hvalenes hodeskaller. Resultatene fra Yamatos arbeid vises i en ny studie i dag i tidsskriftet PLOS ONE . Det Yamato fant hjelper til med å bekrefte hva fossilprotokollen sier om hvordan hvaler gjorde det dramatiske skiftet fra land til sjø, og hvordan hvalfamiliene fortsatte å utvikle divergerende fysiske egenskaper for å imøtekomme forskjellige livsstiler i deres undervannsmiljø.
Maya Yamato (til høyre) og en kollega dissekerer hodet til en avdød strandet finnhval i Chesapeake Bay for å undersøke bløtvev forbundet med ørene. (Virginia Aquarium's Stranding Response Program) Cetaceans har utviklet seg til to forskjellige grupper: de med tenner og de med baleen - en bustete silliknende struktur laget av keratin. Tannhval som spermhval, orkaer og delfiner jakter og fanger byttedyr i tannkjevlene, men balehvaler som knølhval, blåhval og buehval, siler vann og filtrerer det gjennom balen for å felle små fisk og krill.
Ikke bare fôrer de på helt forskjellige måter, men de to hvalgruppene hører også annerledes. Gruppene behandler lyd på de ekstreme motsatte ender av frekvensskalaen for pattedyrhørsel. Balehval bruker lyder med lav lavfrekvens for å kommunisere over lange avstander. De hører og vokaliserer ved å bruke frekvenser som er lavere enn de som brukes av noen pattedyr, til og med elefanter.
Tannhval, derimot, hører og produserer lyder i frekvenser som er høyere enn den lille brune flaggermusen, det høyeste pattedyret. Tannhval er avhengige av den evnen til ekkolokering å navigere og finne byttedyr.
Ved hjelp av CT-skanninger av fosterhvalsamlingen, var Yamato og Pyenson i stand til å spore utviklingen av disse to veldig forskjellige hvalartene. "Hvis Smithsonian ikke hadde en CT-skanner, og den ikke hadde den største marine pattedyrsamlingen i verden, ville sannsynligvis ikke denne studien skjedd, " sa Yamato.
Hun og Pyenson er de første forskerne som identifiserte den utviklende “akustiske trakten” i ørene på et fosterprøve. Hvalører er helt indre. De er avhengige av fettvev assosiert med den kjegleformede akustiske trakten, som bare finnes i hvaler. Nøyaktig hvordan de fungerer er ennå ikke fullstendig forstått. I alle hvalhvaler er den akustiske trakten fremover, men i noen hvalhaler er trakten orientert mot hodet.
Forskerteamet ble den første gruppen av forskere som identifiserte og avbildet in situ utviklingen av et spesifikt område av øret som bare finnes i hvaler kjent som "akustisk trakt" (over: rosa kjegle), en struktur som antas å være en kritisk komponent for å bedre forstå hvordan baleen (bunnen) og tannhvalene (toppen) hører i vannmiljøene sine. (Yamato M, Pyenson ND (2015)) De tidlige stadiene av øreutvikling hos fostrene er parallelle med den evolusjonære divergensen til hvaler fra deres landbaserte forfedre. Og, enda viktigere, avviket mellom de to gruppene fra hverandre. Den akustiske trakten utvikler seg på samme måte til å begynne med i alle hvaler. Senere, etter hvert som fosterene til de to gruppene utvikler seg, endrer det orientering og form i hjernen og etterligner den evolusjonsprosessen.
"Vi ønsker å kunne spore opp alle strukturer i øret." Sier Yamato. ”Hos tidlige foster ser vi de typiske pattedyrstrukturene. De ligner mer på alle andre pattedyr - landpattedyr. Med denne ikke-invasive metoden for å studere disse sjeldne eksemplene, er vi i stand til å se hvordan de typiske landpattedyringrediensene omorganiseres for å danne ørene til moderne hvaler. ”
Denne typen informasjon er vanskelig å få. Gamle fostre bevarer ikke godt i fossilprotokollen. Pyenson sier at det bare er ett kjent fossilisert eksemplar av en ufødt hval. Så å undersøke disse historiske eksemplene som inkluderte 15 forskjellige arter av både tann- og balehval var som å åpne en skattkiste med data. Nå som skanningene er tilgjengelige for det vitenskapelige samfunnet, begynner andre forskere allerede å bruke dem til å studere andre funksjoner i hvalutviklingen.
"Hvordan vi vokser, spesielt i livmoren, forteller oss mye om hvordan vi har utviklet oss, " sier Pyenson. "Så å se på fosterdata kan gi oss mange svar når det gjelder hvordan et dyr utvikler seg."
"Denne typen studier hjelper til med å illustrere det utrolige mangfoldet og tilpasningen til livet på jorden, " legger Yamato til. "Selv om vi alle stammet fra samme stamfar, har vi forskjellige strategier for å håndtere veldig forskjellige miljøer."
