Новые ключи от костей проверяют старую теорию
Рожденные розовые, слепые и беспомощные гигантские панды обычно весят около 100 граммов при рождении, что эквивалентно масленке. Их матери в 900 раз массивнее этого.
Эта необычная разница в размерах оставила исследователей озадаченными на долгие годы. За некоторыми исключениями среди животных, таких как ехидны и кенгуру, никакие другие новорожденные млекопитающие не являются настолько маленькими по сравнению с их матерями. Никто не знает почему, но исследование Университета Дьюка о костях 10 видов медведей и других животных показывает, что некоторые из существующих теорий не выдерживают критики.
Профессор биологии герцога Кэтлин Смит и ее бывший ученик Пейшу Ли опубликовали свои выводы в этом месяце в Журнал анатомии.
Трудно найти скелеты детенышей панды, но исследователи смогли изучить сохранившиеся останки маленьких панд, родившихся в Смитсоновском национальном зоопарке в Вашингтоне, округ Колумбия.
У первой пары панд Национального зоопарка, Лин-Лин и Син-Син, в 1980-х было пять доношенных детенышей, но ни один из них не выжил после рождения.
Исследователи взяли микро-КТ двух этих детенышей, вместе с новорожденными гризли, ленивцами, белыми медведями, собаками, лисами и другими близкородственными животными из Смитсоновского национального музея естественной истории и Ветеринарного колледжа штата Северная Каролина. Медицина.
Они использовали сканы для создания трехмерных цифровых моделей костного интерьера каждого ребенка при рождении.
Когда зверь растет и развивается внутри матки, его кости и зубы тоже растут. Исследователи изучили степень окостенения или сколько скелета сформировалось к моменту рождения. Они смотрели на то, начали ли зубы прокаливаться или прорезываться, и степень слияния между костными пластинками, из которых состоит череп.
Ли Панда может быть крайним примером, но все медведи имеют непропорционально маленьких детей, сказал Ли. Вес новорожденного белого медведя, как доля мамы, составляет менее 1: 400, или менее половины процента ее массы тела. Для подавляющего большинства маленьких млекопитающих, включая людей, среднее значение ближе к 1:26.
Одна давняя идея связывает низкий вес при рождении у медведей с тем фактом, что у некоторых видов беременность пересекается с зимней спячкой. Беременные женщины не едят и не пьют в течение этого времени, полагаясь в основном на свои жировые запасы, чтобы выжить, но также разрушают мышцы, чтобы поставлять белок плоду.
Мысль заключается в том, что энергетически женщины могут позволить себе кормить своих детей только так долго, пока этот разрыв тканей не угрожает их здоровью. Если прервать беременность и родить маленьких, незрелых детей, медведи перенесут большую часть своего роста за пределы матки, где дети смогут жить на богатом жирами молоке матери вместо того, чтобы истощать ее мышцы.
Сторонники теории признают, что не все медведи, включая панд, зимуют. Но идея заключается в том, что маленький вес при рождении «привязан» к генеалогическому древу медведя, что не позволяет родственникам, не находящимся в спячке, развить более крупных детей.
«Это, безусловно, привлекательная гипотеза». сказал Смит.
Но исследования команды Герцога показывают, что этот сценарий маловероятен. Исследователи не обнаружили каких-либо существенных различий в росте костей между зимующими медведями и их коллегами, которые остаются активными круглый год и не постятся во время беременности.
На самом деле, несмотря на то, что они маленькие, исследователи обнаружили, что большинство скелетов медведей при рождении так же зрелы, как и их близкие родственники.
Результаты показывают, что панда. единственное исключение из этого правила. Даже у доношенной панды кости выглядят очень похоже на кости щенка бигля, доставленного на несколько недель раньше срока.
«Это было бы как 28-недельный человеческий плод» в начале третьего триместра, сказал Смит.
По словам Ли, другие факторы могут подтолкнуть младенцев панды к меньшим размерам с течением времени, и некоторые исследователи обвиняют их в диете, содержащей только бамбук, но данных недостаточно. Исследователи говорят, что внешность эмбриона панды, вероятно, связана с причудой беременности панды.
Все медведи испытывают то, что называется «отложенной имплантацией». После того, как яйцеклетка оплодотворена, будущий плод входит в состояние приостановленной анимации, плавающее в матке в течение нескольких месяцев перед имплантацией в стенку матки, чтобы возобновить его развитие и подготовиться к рождению.
Но в то время как другие медведи рождаются в течение двух месяцев после имплантации, гигантские панды готовятся через месяц.
«Они в основном недоварены», сказал Ли, теперь доктор философии. студент Чикагского университета.
Исследователи говорят, что в этом исследовании они смотрели только на скелеты, и, возможно, другие органы, такие как мозг, рассказывают другую историю. Но новое исследование предполагает, что панды младенца следуют той же траектории, что и другие родственники млекопитающих, их кости созревают в той же последовательности и с той же скоростью, но в усеченном графике.
«Развитие просто прервано». сказал Смит.
Ученые все еще ищут полное объяснение того, почему специфическая разница в размерах панды развивалась в течение геологического времени, и как.
«Нам действительно нужно больше информации об их экологии и размножении в дикой природе». сказал Смит, и у нас может не быть много времени, учитывая их риск вымирания. Но это исследование приближает их на один шаг к ответу.
Это исследование было поддержано грантом на Программу для пользователей бакалавриата по материалам для совместного использования материалов, Департаментом биологии Герцога и Исследовательским отделом бакалавриата в Герцоге.
