Voor evolutionaire biologen zijn walvisoren een vreemd en fascinerend raadsel. Door ze te bestuderen terwijl ze zich in de baarmoeder ontwikkelen, kunnen we beter begrijpen hoe ze zich ontwikkelden. Maar vandaag het verzamelen van walvisfoetussen is uitgesloten, omdat jacht op walvissen illegaal is, en wetenschappers moeten vertrouwen op strandingen, die niet vaak zwangere vrouwen opduiken.
gerelateerde inhoud
- De vroegste baleinwalvissen zijn letterlijk gezogen
- Wat een Dead Blue Whale ons kan leren over het leven in de oceaan en over onszelf
- Hoe twee lasercowboys de dag hebben gered
- Achter de schermen met curator Nick Pyenson: A New Fossil Whale
Toen Smithsonian onderzoekster Maya Yamato voor het eerst hoorde van een verzameling van 56 walvisfoetussen die in alcohol waren bewaard in het National Museum of Natural History, bracht ze ze naar het CT-scanlaboratorium van het museum. "We zullen dit soort materiaal nooit meer krijgen, " zegt Yamato, "Omdat ze zo waardevol en zeldzaam zijn, is het niet wenselijk om ze te ontleden."
Yamato, een postdoctorale collega die werkte met curator van fossiele zeezoogdieren, Nicholas Pyenson, wilde een beter beeld krijgen van hoe oren zich ontwikkelden in walvisfoetussen. De collectie bevat enkele 100-jarige exemplaren, waarvan de meeste dateren uit een periode in het begin en het midden van de 20e eeuw, toen de commerciële walvisjacht bloeide. In 1986 werd de jacht op walvissen verboden door de International Whaling Commission, en hoewel sommige exemplaren in de collectie afkomstig zijn van bijvangsten en strandingen, worden veel ervan geassocieerd met de walvisjacht in een vroeger tijdperk.
"Ze zijn uniek omdat er soorten zijn die niemand ooit meer zal kunnen verzamelen, " zegt Pyenson. "In sommige gevallen kunnen de omstandigheden waaronder ze zijn verzameld niet worden gerepliceerd of zijn de organismen niet in het wild aanwezig."
Omdat het ontleden van een van de monsters of het uitvoeren van enig soort invasief onderzoek geen optie was, gebruikte Yamato de niet-invasieve CT-technologie om de zeer delicate kenmerken in de schedels van de walvis te inspecteren. De resultaten van Yamato's werk verschijnen vandaag in een nieuw onderzoek in het tijdschrift PLOS ONE . Wat Yamato heeft gevonden, helpt om te bevestigen wat het fossielenbestand zegt over hoe walvissen de dramatische verschuiving van land naar zee hebben gemaakt en hoe walvisfamilies uiteenlopende fysieke kenmerken bleven ontwikkelen om tegemoet te komen aan verschillende levensstijlen in hun onderwateromgeving.
Maya Yamato (rechts) en een collega ontleden het hoofd van een overleden gestrande vinvis in de Chesapeake Bay om het zachte weefsel van de oren te onderzoeken. (Stranding Response-programma van Virginia Aquarium) Walvisachtigen zijn geëvolueerd in twee verschillende groepen: die met tanden en die met baleen - een borstelige zeefachtige structuur gemaakt van keratine. Getande walvissen zoals potvissen, orka's en dolfijnen jagen en vangen prooi in hun toothy kaken, maar baleinwalvissen zoals bultruggen, blues en Groenlandse walvissen slikken water en filteren het door hun baleen om kleine vissen en krill te vangen.
Ze voeden zich niet alleen op compleet verschillende manieren, maar de twee groepen walvissen horen ook anders. De groepen verwerken geluid aan de uiterste tegenovergestelde uiteinden van de frequentieschaal voor het gehoor van zoogdieren. Baleinwalvissen gebruiken ultra-lage frequentie geluiden om over lange afstanden te communiceren. Ze horen en vocaliseren met behulp van frequenties lager dan die welke worden gebruikt door een landzoogdier, zelfs olifanten.
Tandwalvissen daarentegen horen en produceren geluiden in frequenties hoger dan de kleine bruine vleermuis, het landdier met de hoogste pitching. Getande walvissen vertrouwen op dat vermogen voor echolocatie om te navigeren en prooien te vinden.
Met behulp van de CT-scans van de foetale walviscollectie konden Yamato en Pyenson de ontwikkeling van deze twee zeer verschillende soorten walvissen volgen. "Als het Smithsonian geen CT-scanner had en niet de grootste verzameling zeezoogdieren ter wereld had, zou dit onderzoek waarschijnlijk niet zijn gebeurd, " zei Yamato.
Zij en Pyenson zijn de eerste wetenschappers die de zich ontwikkelende 'akoestische trechter' in de oren van een foetaal exemplaar identificeren. Walvisoren zijn volledig intern. Ze vertrouwen op vetweefsel geassocieerd met de kegelvormige akoestische trechter, die alleen wordt gevonden in walvissen. Precies hoe ze werken is nog niet volledig begrepen. Bij alle tandwalvissen is de akoestische trechter naar voren gericht, maar bij sommige baleinwalvissen is de trechter naar de zijkant van het hoofd gericht.
Het onderzoeksteam werd de eerste groep wetenschappers die in situ de ontwikkeling van een specifiek gebied van het oor identificeerde en afbeeldde dat uitsluitend voorkomt bij walvissen die bekend staan als de "akoestische trechter" (hierboven: roze kegel), een structuur waarvan wordt gedacht dat deze een kritieke component is om beter te begrijpen hoe baleinen (onderkant) en tandwalvissen (bovenkant) horen in hun aquatische omgevingen. (Yamato M, Pyenson ND (2015)) De vroege stadia van oorontwikkeling bij de foetussen lopen parallel met de evolutionaire divergentie van walvisachtigen van hun voorouders op het land. En, nog belangrijker, de divergentie van de twee groepen van elkaar. De akoestische trechter ontwikkelt zich in eerste instantie op dezelfde manier in alle walvisachtigen. Later, terwijl de foetussen van de twee groepen zich ontwikkelen, verandert het de oriëntatie en vorm in de hersenen, wat het evolutieproces nabootst.
"We willen alle structuren in het oor kunnen achterhalen." Zegt Yamato. “In vroege foetussen zien we de typische zoogdierstructuren. Ze lijken meer op alle andere zoogdieren - op landzoogdieren. Met deze niet-invasieve methode om deze zeldzame exemplaren te bestuderen, kunnen we observeren hoe die typische ingrediënten voor landzoogdieren worden herschikt om de oren van moderne walvissen te vormen. "
Dit soort informatie is moeilijk te krijgen. Oude foetussen bewaren niet goed in het fossielenbestand. Pyenson zegt dat er slechts één bekend gefossiliseerd exemplaar van een ongeboren walvis is. Dus het onderzoeken van deze historische exemplaren met 15 verschillende soorten zowel getande als baleinwalvissen was als het openen van een schat aan gegevens. Nu de scans beschikbaar zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap, beginnen andere wetenschappers ze al te gebruiken om andere kenmerken van walvisontwikkeling te bestuderen.
"Hoe we groeien, vooral in de baarmoeder, vertelt ons veel over hoe we zijn geëvolueerd", zegt Pyenson. "Dus kijken naar foetale gegevens kan ons veel antwoorden geven in termen van hoe een dier zich ontwikkelt."
"Dit soort onderzoek helpt de ongelooflijke diversiteit en aanpassing van het leven op aarde te illustreren, " voegt Yamato toe. "Hoewel we allemaal afstammen van dezelfde voorouder, hebben we verschillende strategieën voor het omgaan met zeer verschillende omgevingen."
