Pattedyr og fugle producerer deres egen kropsvarme og kontrollerer deres kropstemperaturer. Denne proces kaldes endotermi, så pattedyrene er varmblodede (endoterme) dyr.
Denne egenskab er muligvis én af grundene til, at pattedyr har tendens til at dominere næsten alle globale økosystemer.
Varmblodede dyr er mere aktive, både om dagen og natten, end deres koldblodede modstykker, og de formerer sig hurtigere.
Men indtil nu har man ikke vidst præcist, hvornår endotermi-processen opstod på pattedyrenes stamtræ.
Det ændrer vores nye studie, publiceret i Nature, på.
Stort, uløst mysterie
En kombination af to forskeres intuition, fossiler fra Sydafrikas Karoo-region og banebrydende teknologi har leveret svaret:
Endotermi-processen udviklede sig hos pattedyrenes forfædre for omkring 233 millioner år siden i den sene Trias-periode.
Oprindelsen af pattedyrenes endotermi har været ét af palæontologiens store, uløste mysterier.
Mange forskellige tilgange er blevet brugt til at forsøge at finde frem til svaret, men de har ofte leveret vage eller modstridende resultater.
Vi synes, at vores metode er meget lovende, fordi den er valideret ved hjælp af et meget stort antal nulevende arter.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Definerende egenskaber
Vores resultater indikerer, at endotermi-processen udviklede sig, på et tidspunkt hvor mange andre egenskaber i pattedyrenes krop også faldt på plads.
At pattedyrene er varmblodede, er afgørende for, at pattedyrene netop er, hvad de er i dag.
Endotermi-processen var sandsynligvis startpunktet for pattedyrenes evolution:
- Erhvervelsen af en isolerende pels
- Udviklingen af en større hjerne, forsynet med varmere blod
- En hurtigere reproduktionshastighed
- Et mere aktivt liv
Det er alle definerende egenskaber, der udviklede sig som følge af, at pattedyrene er varmblodede.
\ Læs mere
Dukkede op omkring 33 millioner år før pattedyrenes oprindelse
Indtil nu havde de fleste forskere ment, at overgangen til endotermi var en gradvis, langsom proces, som fandt sted over titusinder af år, og som begyndte tæt på Perm-Trias-grænsen (grænsen mellem Perm og Trias for 248 mio. år siden, som markerer den mest omfattende masseuddøen i Jordens historie, red.)
Men det er også blevet foreslået, at overgangen fandt sted tættere på pattedyrenes oprindelse, for omkring 200 millioner år siden.
Vores resultater indikerer derimod, at endotermi-processen dukkede op hos pattedyrenes forfædre omkring 33 millioner år før pattedyrenes oprindelse.
Tidsfæstelsen stemmer overens med de seneste resultater om, at mange af de egenskaber, der normalt forbindes med 'pattedyr', som knurhår og pels, også udviklede sig tidligere end hidtil antaget.
Ifølge vores resultater udviklede endotermien sig på mindre end en million år, hvilket er meget hurtigt fra et geologisk perspektiv.
Vi foreslår, at processen blev udløst af nye pattedyrlignende metaboliske stier og oprindelsen af pels.
Forskeres intuition
Vores studie begyndte med forskerne Romain David og Ricardo Miguel Nóbrega Araújos teori om det indre øre. (Begge er medforfattere af denne artikel og det nylige studie, red.)
Det indre øre er mere end et høreorgan: Her bor også balanceorganet, og de tre buegange i det indre øre, som er et system, der styrer balance hos de fleste pattedyr og til at opfatte rumlig orientering.
De tre buegange i det indre øre består af tre væskefyldte knogleringe, der er ligger vinkelret i forhold til hinanden.
Ligesom i øresneglen er det væskebevægelser, der påvirker en række sansetråde.
Sansetrådene giver information om bevægelser af hovedet og om hovedets orientering i rummet. Beskeden sendes med balancenerven op til hjernen.
Ændrede sig i takt med udviklingen af en højere kropstemperatur
Viskositeten af væsken (kaldet endolymfen) er afgørende for balanceorganets evne til effektivt at detektere hovedrotation og hjælpe balancen.
På samme måde, som en klat smør bevæger sig fra fast til flydende på en varm pande, eller honning bliver tykkere, når det er koldt, ændres endolymfens viskositet i takt med kropstemperaturen.
Det betyder, at endolymfens viskositet normalt vil ændre sig ved udviklingen af en højere kropstemperatur.
Men kroppen er nødt til at tilpasse sig, fordi ændret viskositet vil forhindre buegangene i at fungere optimalt.
Hos pattedyr tilpasser buegangene sig en højere kropstemperatur ved at ændre deres geometri. Forskerne indså, at denne ændring i buegangenes form ville være let at spore gennem geologisk tid ved hjælp af fossiler.
De ræsonnerede, at man ved at udpege de arter, hvor ændringen af geometri fandt sted, ville finde en nøjagtig guide til, hvornår endotermi-processen udviklede sig.
De havde brug for fossiler for at teste deres hypotese – og det var hér, Sydafrikas overflod af fossiler fra Karoo-regionen kom ind.
Rekonstruktion og undersøgelse
Den tørre Karoo-region er en skattekiste af fossiler, mange af dem af pattedyrenes tidlige forfædre.
Disse fossiler, som er et ubrudt arkiv over livets udvikling i løbet af en periode på næsten 100 millioner år, dokumenterer transformationen fra krybdyrlignende dyr (Therapsider) til pattedyr i udsøgte detaljer.
Ved hjælp af banebrydende CT-skanningsteknikker og 3D-modellering var vi i stand til at rekonstruere det indre øre hos mange pattedyrs forfædre fra den sydafrikanske Karoo-region og andre steder i verden.
Derfra kunne vi nøjagtigt udpege, hvilke arter der havde en indre øreanatomi i overensstemmelse med en varmere kropstemperatur, og hvilke der ikke havde.
En ting, vi skulle tage i højde for, var Karoo-regionens geografiske position på det tidspunkt, hvor disse dyr levede. Regionen lå dengang tættere på Sydpolen end i dag som følge af kontinentaldrift.
Det betyder, at den varmere kropstemperatur, som det indre øres geometri indikerer, ikke kan skyldes et generelt varmere klima.
Da det sydafrikanske klima i gennemsnit var koldere, kan ændringen i det indre øres væskeviskositet kun være forårsaget af en generelt varmere kropstemperatur hos pattedyrenes forfædre.
En spændende tid
Det er en spændende tid for vores felt.
Indtil nu har forskerne kun haft adgang til egenskaber ved skeletter, der ikke entydigt korrelerer med at være varmblodede, når de skulle rekonstruere udviklingen af endotermi-processen.
Hvert forsøg var et skud i tågen for at få præcise resultater. Det ændrer det indre øre, som denne forskning viser.
Vi mener, at det kan være nøglen til større viden om pattedyrenes forfædre i fremtiden.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Kilder
- Julien Benoits profil (ResearchGate)
- Kenneth D. Angielczyks profil (University of Chicago)
- Ricardo Miguel Nóbrega Araújos profil (Universidade de Lisboa)
- Romain Davids profil (ResearchGate)
- Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy, DOI https://doi.org/10.1038/s41586-022-04963-z
