Előfizetés a lapra

A rekeszizom sokkal idősebb, mint gondoltuk

evolúció, evolúcióbiológia, Kitaibel, Kitaibel 2017, rekeszizom

2017/01/20

A rekeszizom eredete kevéssé ismert, dacára annak, hogy milyen perdöntő szerepet kapott a szárazföldi gerincesek evolúciója során. Most kutatók egy csoportja kihasználta a felkínálkozó lehetőséget, és elemezte az emlősszerű hüllők (Synapsidák) egyik legöregebb csoportjának paleobiológiáját és légzőszervrendszerét. Ez a csoport a Caseidae család, amely a perm elején jelent meg, és nagyjából a perm közepére (300–250 millió évvel ezelőtt) tűnt el az élet színpadáról.

E hüllők egyik legmegkapóbb jellegzetessége a testükhöz képest aránytalanul kis fejük. A csontszövettan, a funkcionális anatómia, valamint a fiziológiai modellezés nyújtotta lehetőségek ötvözésével a kutatók megalkottak egy olyan forgatókönyvet, amelyben ezeknek az állatoknak a légzését egy afféle „kiegészítő keringető struktúra” támogatta. Lássuk, mi volt ez!

A rekeszizom (diafragma) és a hozzá kapcsolódó tüdő az emlősök respiratorikus rendszerének helyettesíthetetlen elemei. Döntő szerepük volt az emlősök mint melegvérű állatok sikerében. Mindkét szerv megelőzi az emlősök felemelkedésének korát, s noha evolúciós eredetük az emlősszerű hüllőkben vitatott, a diafragma izommentes válaszfal-komponense kialakulásának mindenképp meg kellett előznie a bronchioalveoláris tüdő kialakulását. Ez a következőképpen értendő: az emlősök tüdeje bonyolult járatrendszerrel tagolt, melynek végén apró, zsákszerű „légzsákok”, az alveolusok találhatók. Utóbbiak nem fejlődtek volna ki, ha nincs egy olyan képlet, amely a tüdőlebenyeket elszeparálja a zsigerektől egy negatív nyomású, testüregen belüli „fülkében”, a voltaképpeni mellüregben. Ennek hiányában a tüdők összeomlanának a nagy felületi feszültség miatt. De mikor alakult ki az izmos diafragma?

A (Lambertz és mtsai)

A szóban forgó kutatás egy főleg német kutatókból álló, Markus Lambertz, a Bonni Egyetem zoológusa által vezetett kutatócsoport munkája. Eredményeiket az Annals of the New York Academy of Sciences folyóirat hasábjain mutatták be az érdeklődő nagyközönségnek. „Az evolúció már előrukkolt néhány furcsa élőlénnyel. Ilyenek a caseidák is.” – mondta velősen Lambertz. A caseidák hordószerű törzse hamar felkeltette a kutató figyelmét, s felmerült benne a kérdés: hogyan lélegezhettek ezek az állatok? Csontvázmaradványaikon jól megfigyelhetők azok a különleges ízesülések, amelyek korlátozták a bordák mozgásképességét, ily módon limitálva a belégzést. A számítások szerint az így kapott légzőszervrendszer nem volt túl hatékony, de elegendő volt egy lassan mozgó, legelésző állat számára. Ez jól illik a caseidákról eddig kialakult képbe, minthogy ezek a növényevő állatok az első, 1910-es leírásuk óta úgy vannak számontartva, mint a paleozoikum egyfajta „tehenei”.

A kutatócsoport egy tagja, Christen Shelton érdekes felfedezést tett. „A csontok struktúrája nagyon meglepett. Szivacsszerű volt, ahogy arra például egy idősödő állat esetén számítanánk” – mondta a most Fokvárosban munkálkodó kutató. Ám a fiatal állatok ugyanezt a csontszerkezetet mutatták, amiből az következett, hogy vízi életmódot folytattak. A ceteknek is ilyen, „csontritkulásra hasonlító” csontszövetük van. „A hordószerű törzs és a rövid nyak hirtelen értelmet nyert. A lapátszerű végtagok az úszást szolgálták. Ezek a lények sokkal inkább voltak a paleozoikum tengeri tehenei” – mondta Lambertz.

A Cotylorhynchus romeri rekonstrukciója vízi környezetben

(Lambertz és mtsai nyomán)

Az olyan állatok, melyek életük jelentős hányadát élik a vízben, bizonyos időközönként kénytelenek a felszínre jönni, hogy vegyenek egy mély levegőt. „Az akvatikus gerincesek a mesterei annak, hogy gyorsan megtöltsék a tüdejüket levegővel” – magyarázta Steven Perry professzor. Ugyanakkor a caseidák tüdőmozgási kapacitása nem volt elég a vízi életmódhoz való teljes adaptációhoz.

Kellett lennie egy „kiegészító motor”-nak, amely segítette a bordák által szabályozott légzést. A gerincesek esetében több ilyen struktúráról is tudunk, és a caseid emlősszerű hüllők esetében a szerzők gyakorlatilag az összeset ki tudták zárni, kivéve a rekeszizmot – és valóban: a Caseidae családba tartozó hüllők legközelebbi, ma is élő leszármazottai az emlősök. A kutatók eredményei szerint már a caseidák és az emlősök legkorábbi közös őseinek is volt diafragmája több mint 300 millió évvel ezelőtt. Ez a rekeszizom kialakulását mintegy 50 millió évvel korábbra datálja, mint azt eddig gondoltuk. A hatékony légzőszervrendszer kialakulása összefonódott a melegvérűséggel.

Fosszilis rekeszizmot valószínűleg soha nem fognak találni, minthogy a lágy szövetek csak egészen különleges körülmények között fosszilizálódnak. Minden, amit a tudomány erről az egykor forradalmi evolúciós újdonság kialakulásáról tud, az jobbára becsléseken alapul. „Még mindig nem tudunk valami sokat ezekről az állatokról” – tette hozzá Lambertz. – „Hosszú út vezetett az emlősök kialakulásáig, de az bizonyos, hogy a rekeszizom egy fordulópont volt ebben a folyamatban.”

SZABÓ MÁRTON

2016/49