Deze gestreepte uil deelt een aanpassing met andere uilensoorten waardoor hij zijn kop 270 graden kan roteren zonder de bloedvaten in de nek te beschadigen. Foto via Flickr-gebruiker The Rocketeer
Ooit afgevraagd hoe uilen hun kop bijna helemaal rond kunnen draaien?
Ze hebben een complex, adaptief netwerk van beschermende bloedvaten waardoor de structuren in onze nek er niet uitzien - een netwerk dat onderzoekers nu voor het eerst hebben ontleed, in kaart gebracht en geïllustreerd.
“Tot nu toe hebben specialisten in hersenscores zoals ik die te maken hebben met menselijk letsel veroorzaakt door trauma aan slagaders in hoofd en nek altijd verbaasd waarom snelle, draaiende hoofdbewegingen geen duizenden uilen dood op de bosbodem lieten liggen na een beroerte, "Zei Dr. Philippe Gailloud, een interventionele neuroradioloog bij Johns Hopkins en een senior onderzoeker in de studie, in een verklaring. Een poster met deze bevindingen won de eerste plaats in de 2012 International Science and Engineering Visualization Challenge, kondigde het tijdschrift Science gisteren aan.
De halsslagaders en wervelslagaders in de nek van de meeste dieren, inclusief uilen en mensen, zijn delicate en fragiele structuren. Ze zijn zeer gevoelig voor kleine tranen en stukjes voering van het vat. Bij mensen kunnen dergelijke verwondingen vaak voorkomen: whiplash opgelopen bij een auto-ongeluk, een heen en weer schokkende achtbaanrit of zelfs een fout in de chiropractie. Maar ze zijn ook gevaarlijk. Bloedvat tranen veroorzaakt door plotselinge draaiende bewegingen produceren stolsels die kunnen afbreken, soms een embolie of beroerte veroorzaken die fataal kan zijn.
Uilen daarentegen kunnen hun nek tot 270 graden in beide richtingen draaien zonder de bloedvaten onder hun hoofd te beschadigen, en ze kunnen het doen zonder de bloedtoevoer naar hun hersenen af te snijden.
Onderzoekers Philippe Gailloud (rechts) en Fabian de Kok-Mercado (links) onderzoeken de bot- en vaatstructuur van een uil die stierf aan natuurlijke oorzaken. Foto met dank aan Johns Hopkins
Met behulp van medische illustaties, CT-scans en angiografie, die röntgenfoto's van de binnenkant van bloedvaten produceert, bestudeerden onderzoekers de botstructuur en vasculaire structuur in de hoofden en nek van een dozijn sneeuw-, versperde en grote gehoornde uilen na hun dood door natuurlijke oorzaken. Alle drie de soorten zijn inheems in Noord- en Zuid-Amerika, hun leefgebieden die zich uitstrekken van Tierra del Fuego, het zuidelijkste puntje van het Zuid-Amerikaanse vasteland, tot de Arctische toendra van Alaska en Canada.
Toen onderzoekers kleurstof in de slagaders van de uilen injecteerden om de bloedstroom na te bootsen en vervolgens de hoofden van de vogels handmatig draaiden, zagen ze mechanismen in het spel die sterk contrasteerden met het vermogen van mensen om te draaien. Bloedvaten aan de basis van de uilenhoofden, net onder het kaakbot, bleven uitzetten naarmate er meer van de kleurstof naar binnen stroomde. Uiteindelijk verzamelde de vloeistof zich in kleine reservoirs. Onze slagaders worden meestal kleiner tijdens rotaties van de kop en ballon niet op dezelfde manier.
Kleurstof wordt geïnjecteerd in de bloedvaten van overleden uilen in kleine reservoirs terwijl hun hoofden handmatig worden gedraaid, een functie die een ononderbroken bloedtoevoer naar de hersenen mogelijk maakt. Afbeelding afkomstig van Johns Hopkins
Onderzoekers geloven dat deze functie cruciaal is om de topzware gevleugelde wezens te ondersteunen. Terwijl ze hun hoofden heen en weer draaien, laten de reservoirs van de uilen de vogels toe bloed te verzamelen om de functie van hun ogen en hersenen te behouden, die beide relatief groot zijn in vergelijking met de grootte van hun hoofden. Dit onderling verbonden vasculaire netwerk helpt de onderbreking van de bloedstroom te minimaliseren.
Maar het head-on-a-swivel-vermogen van deze stille jagers bleef complexer, vonden onderzoekers. In de nek van uilen loopt een van de belangrijkste slagaders die de hersenen voeden door benige gaten in de wervels van de vogels. Deze holle holtes, bekend als de dwarse foraminae, waren tien keer groter in diameter dan de slagader erdoorheen. De onderzoekers zeggen dat de ruime extra ruimte meerdere luchtzakken creëert die de ader dempen en veilig kunnen reizen tijdens draaiende bewegingen.
“Bij mensen omhelst de wervelslagader echt de holle holtes in de nek. Maar dit is niet het geval bij uilen, waarvan de structuren speciaal zijn aangepast om grotere slagaderflexibiliteit en beweging mogelijk te maken, "zei hoofdonderzoeker Fabian de Kok-Mercado in de verklaring. De Kok-Mercado is een medisch illustrator aan het Howard Hughes Medical Institute in Maryland.
Deze aanpassing verscheen in 12 van de 14 wervels in de nek van de uilen. De wervelslagaders kwamen hoger in hun nek dan bij andere vogels, geïntroduceerd bij de 12e wervels (wanneer geteld vanaf de top) in plaats van de 14e, waardoor de vaten meer slap zijn en ruimte om te ademen. Kleine bloedvatverbindingen tussen de halsslagader en wervelslagaders, anastomosen genaamd, laten het bloed ononderbroken naar de hersenen stromen, zelfs wanneer de nek van uilen in de meest extreme wendingen werden gedraaid.
"Onze diepgaande studie van uilanatomie lost een van de vele interessante neurovasculaire medische mysteries op van hoe uilen zich hebben aangepast om extreme rotaties van het hoofd aan te kunnen, " zei de Kok-Mercado.
Het team bestudeert vervolgens de anatomie van de havik om erachter te komen of andere vogelsoorten de adaptieve kenmerken van uilen hebben om ver naar links en rechts te kijken.
