肋骨首先是为了运动而进化的,然后又为了呼吸而进化

2020-08-24 152爬行类

肋骨首先是为了运动而进化的,然后又为了呼吸而进化。当早期的四足动物从水过渡到着陆时,他们呼吸空气的方式经历了一场进化革命。鱼用头上的肌肉将水泵过g。最早的陆生动物也采用了类似的技术-现代青蛙仍然使用头和喉将空气压入肺部。然后,脊椎动物进化发生了另一次重大转变,使呼吸从头部转移到了躯干。在爬行动物和哺乳动物中,肋骨伸展开来,在胸部形成了一个呼吸的空间。但是是什么导致了转变呢?

肋骨首先是为了运动而进化的,然后又为了呼吸而进化

5月12日发表在《科学报告》上的一项新研究提出了一个新的假设-中间步骤是由运动驱动的。

当蜥蜴走路时,它们步履蹒跚地并排弯曲。肋骨和椎骨对于这项运动至关重要,但是直到现在还不清楚。研究人员使用XROMM(CT扫描和X射线视频的结合)捕获了蜥蜴肋骨和椎骨的3D运动。他们记录了三只稀树草原监控蜥蜴和三只阿根廷黑白特格斯在跑步机上缓慢行走。所得图像显示,当脊柱弯曲时,两个物种中的每个肋骨都围绕其椎骨关节旋转,在身体的一侧向前扭转,在另一侧向后扭转,每步一次。力学遵循与爬行动物吸气和呼气时几乎相同的模式。

第一作者罗伯特·西埃里(Robert Cieri)说:“这真是令人兴奋,因为我们以前没有关于肋骨呼吸如何演变的合理假设,”他在犹他大学期间进行了这项研究。仍然隶属。 “我们建议这些肋骨运动首先开始促进运动,然后被选择呼吸。”

作品还包括布朗大学的约翰·卡帕诺和伊丽莎白·布雷纳德,以及美国大学的本科塞缪尔​​·哈奇。

蜥蜴为什么过马路?屏住呼吸

爬行动物,鸟类和哺乳动物都被认为是羊膜动物,它们使用肋骨抽吸,肋骨和椎骨通过扩张和收缩来控制呼吸。肋骨围绕椎肋关节旋转使肋骨和椎骨相交,从而促进了运动。早期的羊膜祖先很可能首先使用了这些肋骨运动来增强其侧向起伏,侧向躯干运动有助于推动蜥蜴向前。在运动过程中,每个肢体都有两个阶段:第一阶段是推进,这是脚踩在地面上。第二个是挥杆动作,即脚在空中。这项新的研究发现,在手臂的推进阶段,身体同一侧的肋骨向头部旋转,而在摆动阶段,它们向尾巴旋转。这模仿了科学家先前发现的肋骨吸气和呼气-但这次是同时在两侧。

早期的四足动物使用了爬行,起伏的运动,但可能仍具有头部驱动的呼吸系统。作者提出,在运动过程中,肋骨运动和增加的肋关节活动性会演变,从而增加步幅,保持胸廓稳定,或者由于肋骨运动的被动结果而导致动物弯曲时无法聚在一起。在某个时候,早期的羊膜动物发展了同时在两侧表达这些肋骨运动的能力,从而允许躯干的扩张和收缩,从而支持吸气和呼气。

肋骨首先是为了运动而进化的,然后又为了呼吸而进化。共同作者布雷纳德说:“吸气呼吸是允许羊膜动物在陆地上多样化的关键创新之一。我们很惊讶地为从运动研究中发现的线索感到惊讶和兴奋。”

引用

University of Utah. "Ribs evolved for movement first, then co-opted for breathing: First study on role of ribs in locomotion reveal same mechanics as in aspiration breathing in lizards." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 May 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200519153506.htm.

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