• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Andra
    Hur hajar och andra djur utvecklade elmottagningen för att hitta sitt byte

    Dagens hajar är kända för att använda elektroreception för att hitta sitt byte. Kredit:Shutterstock/solarseven

    Många varelser kan använda elektriska fält för att kommunicera, känna rovdjur eller bedöva sitt byte med kraftfulla elektriska stötar, men hur denna förmåga kom till var ett mysterium.

    Vårt nya papper, publicerades i veckan i tidningen Paleontologi , beskriver hur denna elektriska mottagning kan ha utvecklats hos de tidigaste ryggdjuren.

    Det avslöjar också hur helt nya typer av sensoriska organ fanns i de gamla släktingarna till hajar och benfiskar, de utdöda placodermfiskarna.

    Vad är elektromottagning och hur fungerar det?

    Hajar är affischbarnet för elmottagning. Vissa arter är så känsliga för elektriska fält att de kan upptäcka laddningen från ett enda ficklampbatteri anslutet till elektroderna 16, 000 km från varandra. Stora vita hajar är kända för att reagera på laddningar på en miljonedel av en volt i vatten.

    Elektroreceptorerna (kända som ampullae av Lorenzini) är geléfyllda rör som öppnas på ytan av hajarnas hud. Inuti, varje rör slutar i en glödlampa som kallas ampullen. Om du tar bort huden från en haj, hundratals av dessa lökar kan ses.

    Observera de många små porerna på nosen på denna tigerhaj. Dessa är elektroreceptorer som kallas 'ampullae of Lorenzini'. Upphovsman:Shutterstock/Matt

    Gelén i röret är mycket ledande, vilket gör att den elektriska potentialen vid poröppningen kan överföras till ampullen vid rörets bas. Spänningsskillnader över membranet som foder varje ampulla gör att nerver aktiveras, sänder signaler till hjärnan.

    Elektroreceptorer används oftast för att fånga byten, genom detektion av elektriska fält som genereras av bytet. Till exempel, detta gör att hajar kan hitta byten gömd i sanden.

    Vissa fiskar har också utvecklat komplex elektrokommunikation, genom vilka de kommunicerar genom detektering av elektriska signaler som produceras av andra fiskar.

    Även om det är mest känt från hajar, elektromottagning är också känd i flera oklara grupper av fiskar, inklusive lungfiskar, coelacanths, de bisarra chimaeriderna, och de gamla käklösa lamprejerna.

    Faktiskt, elektroreception är överraskande utbredd hos ryggradsdjur, vilket fick oss att söka efter dess närvaro hos förfäderna till levande fisk genom att studera gamla fossiler.

    En förklaring av elmottagning.

    Fossila bevis för elmottagning

    Högupplösta CT-skanningar gjorde det möjligt för oss att "digitalt dissekera" välbevarade fossiler och avslöja sensoriska system bevarade inuti benen. Ett av de mest kända sensoriska systemen hos fossila fiskar är sidledningssystemet, som detekterar tryckförändringar i vatten. Fiskar använder detta system för att ändra riktning som en grupp utan att krascha in i varandra när de simmar i ett stim.

    Men kring några sidostödssystem i vissa fossila fiskar fanns ytterligare en serie små hål. CT -skanningar visade att deras inre struktur liknade elektroreceptorer hos levande fiskar, och positionen för porerna matchar fördelningen av elektroreceptorer i levande lungfiskar.

    Ett komplext system av förgreningsrör (nedan) tycks ha levererat nerver till elektroreceptorerna.

    Dessa gamla elektroreceptorsystem verkar ha varit särskilt genomarbetade i fossil lungfisk. Lungfisk är en uråldrig grupp, som fortfarande överlever i Australien, Afrika och Sydamerika. Exceptionellt bevarade 400 miljoner år gamla fossila lungfiskar från Australien hade nosar som var täckta av en tät uppsättning av dessa elektroreceptorer.

    Elektroreceptorsystem avslöjades i den fossila lungfisken Speonesydrion.

    Andra fossiler från samma tidsperiod visar att elektroreceptorsystem kan ha varit ganska olika. Till exempel, en annan gammal fisk, relaterad till de kallfina fiskarna Ligulalepis , har en serie stora gropar som vidgas vid basen, som kan representera kluster av elektroreceptorer.

    Det verkar nu som under den tidiga utvecklingen av ryggradsdjur, elektroreceptorsystem var olika och gick igenom en period av experiment.

    Några av dessa tidiga experiment var framgångsrika och kvarstår idag. Till exempel, coelacanth ( Latimeria ) är en unik lobfinnad fisk som är närmare släkt med landdjur än de flesta andra fiskar. Den har ett specialiserat elektroreceptororgan som kallas rostralorganet sjunkit i hjärnan. Detta används för att upptäcka byten som gömmer sig i små sprickor när coelacanten utför sitt karakteristiska "headstand".

    Nya okända sensoriska system

    Våra studier avslöjade också tidigare okända sensoriska system hos placodermfiskarna, en utdöd grupp som dominerade ekosystem mellan cirka 420 miljoner och 360 miljoner år sedan. Dessa sensoriska system verkar vara helt unika, även om de inte liknar elektroreceptorer.

    Digital modell av skallen av den fossila fisken Ligulalepis. Benet görs transparent för att avslöja de sensoriska systemen inuti. Upphovsman:Benedict King, Författare tillhandahålls

    Dessa inkluderar stora gropar på kindens undersida, som vi har döpt till "Youngs apparat" till ära för den australiensiska placodermforskaren Dr. Gavin Young, som först illustrerade dem i detalj från 3D-fossiler som hittades nära Burrinjuck Dam.

    Även om vi inte kan bekräfta vad de användes till, det faktum att dessa gropar visar en nervpassage genom benet tyder på att de kan ha inrymt något slags ovanligt sensoriskt system.

    Ju mer vi studerar de gamla käftiga placodermerna, ju mer vi upptäcker om dem som helt enkelt inte matchar förutsägelserna från de tidiga forskarna som trodde att de var väsentligen hajliknande.

    Nyligen upptäckte vi att de äldsta medlemmarna i gruppen hade käkar och kindben som liknar tidiga benfiskar (osteichthyans). Placoderms avslöjade också ursprunget till ryggradsdjurets ansikte, hur könsorgan först utvecklades och när ryggradsdjurssammanhang uppstod.

    Den högra kinden på en placodermfisk, visar tidigare okända sensoriska system. Ovan, benet och under, intern struktur från CT -skanningar. Upphovsman:Benedict King, Författare tillhandahålls

    Den oväntade upptäckten av nya typer av sensoriska system sänder också en evolutionär signal om att de inte är hajliknande och faktiskt väldigt distinkta i hur de kände sin omgivning.

    Vår studie av dessa fascinerande fiskar fortsätter när mer fantastiska 3D-placodermfossil hittas från australiensiska platser, och framställd med användning av ditigal- och CT -tomografiska metoder. Arbete pågår här i Australien som snart kommer att avslöja ny information om anatomin hos dessa fiskar som aldrig tidigare föreställts.

    Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com