Genom att utföra detaljerade dissektioner och motsvarande undersökningar av embryologisk utveckling, forskare vid Midwestern University, ledd av Margaret Hall, Ph.D. och Jeffrey Plochocki, Ph.D., visa att musklerna som styr de unika perinealstrukturerna hos däggdjur följer ett förvånansvärt gammalt mönster.

Däggdjurs perineal struktur härledd från septation av cloaca är en viktig evolutionär innovation som möjliggör otaliga anatomiska konfigurationer, olika reproduktionsstrategier, och exakt utsöndringskontroll endast tillgänglig för däggdjur. Forskarna blev förvånade över att upptäcka att trots perineums strukturella komplexitet, musklerna i däggdjurets perineum visar en återuppkomst av ett enkelt mönster av kroppsväggskiktning som går tillbaka för mer än 360 miljoner år sedan - under tetrapodernas ursprung, de första ryggradsdjur som rör sig ur vattnet till land. Basala ryggradsdjur, som fisk, organisera sin kroppsvägg i två muskulösa lager som är viktiga för simning. Dock, med övergången från vatten till land, kroppsväggen hos de flesta tetrapoder expanderade till fyra muskellager för att stabilisera sina stammar mot gravitationen och underlätta de mer komplexa rörelserna i lemmarna under terrestrisk rörelse. Fostervatten, ryggradsdjur som kan föröka sig på land och bort från vatten, har fyra muskellager i bröstkorgen och buken, men behåller fortfarande de ursprungliga två muskelskikten i bäckenet och perineum. Däggdjur, som andra fostervatten, har fyra muskellager i bröstkorgs- och bukväggen. Till skillnad från andra fostervatten, däggdjur förlängde de fyra muskelskikten till perineum. Detta gör att däggdjur kan styra sina nyligen härledda strukturer associerade med de yttre könsorganen och anus.

Vad definierar placentaldäggdjur som en grupp?

Däggdjur är en mycket framgångsrik grupp ryggradsdjur som traditionellt definieras av närvaron av hår, förmågan att producera mjölk med bröstkörtlar, och specialiserad hörsel förstärkt av dedikerade mellanöronsben. Bland däggdjur, Placentalia, gruppen som inkluderar människor, är den enda gruppen av ryggradsdjur som har utvecklat den specialiserade sviten av perineale egenskaper som inkluderar erektilvävnad i penis och klitoris, urinröret, den distala ändtarmen, anus, liksom de frivilliga muskler som styr dessa strukturer. De flesta ryggradsdjur har bara en enda öppning som tjänar både reproduktion och utsöndring som kallas cloaca. Cloaca kräver relativt enkel muskelkontroll, vilket förmodligen är anledningen till att de flesta ryggradsdjur bara har två perineala muskellager. Separation av cloaca i distinkta och mer komplexa perineale strukturer krävde att däggdjur utvecklade motsvarande mer komplexa och exakta mekanismer för muskulär kontroll för dessa strukturer.

Forskare använder ofta embryologisk utveckling för att hitta viktiga ledtrådar om hur evolutionära processer kan ha inträffat. Moderna däggdjur utvecklar en cloaca embryologiskt, som sedan delar sig i en urogenital halva- som fortsätter att bilda urinröret och erektilvävnaderna i penis och klitoris, och en anorektal halva- som utvecklas till den distala ändtarmen och analkanalen. Författarna upptäckte bevis för omstrukturering av kroppens väggmuskelskikt under fosterutveckling som stöder cloacal separation i distinkta strukturer och behålls i vuxen ålder.

Den här studien, genomförs av ett team vid Midwestern University, är första gången som de fyra seriellt homologa stamkroppens vägglager i däggdjurets perineum definieras. Dessa muskelskikt stöder en unik perineal struktur hos däggdjur som härrör från separation av cloaca, en viktig evolutionär innovation som möjliggör mångfaldiga reproduktionsstrategier och exakt utsöndringskontroll som endast är tillgänglig för däggdjur.