250 Milyon Yıllık Keşif İşitmenin Evrimi Baştan Yazıyor
Gelişmiş biyomekanik modelleme, erken memeli atalarının 250 milyon yıl önce havadan gelen sesleri duyabilmek için muhtemelen bir kulak zarı kullandığını gösteriyor.
Hassas işitmenin ortaya çıkışı, memeli evriminde önemli bir dönüm noktası oldu. Kulak zarı ve birkaç küçük kemikten oluşan memeli orta kulağı, farklı ses seviyelerinde geniş bir ses yelpazesini algılamayı mümkün kılıyor. Bu yetenek, çoğu gece aktif olan erken memeli atalarına, dinozorlarla birlikte yaşadıkları dönemde önemli bir avantaj sağladı.
Chicago Üniversitesi’ndeki paleontologların yeni bulguları, bu işitme biçiminin bilim insanlarının bir zamanlar inandığından çok daha önce ortaya çıktığını gösteriyor. Yaklaşık 250 milyon yıl önce yaşamış bir memeli öncüsü olan Thrinaxodon liorhinus’un kafatası ve çenesinin ayrıntılı BT taramalarını kullanan araştırmacılar, farklı basınç ve frekanslardaki ses dalgalarının anatomisiyle nasıl etkileşime gireceğini modellemek için mühendislik teknikleri uyguladılar.
Sonuçlar, bu hayvanın muhtemelen havadan gelen sesleri algılayabilen bir kulak zarına sahip olduğunu ve bu durumun erken memelilerde bu tür işitmenin ortaya çıkışı için önceki tahminlerden yaklaşık 50 milyon yıl daha erken olduğunu gösteriyor.
Simülasyonlar, Thrinaxodon’un (üstte) kulak zarına uygulanan ses dalgalarının, kemik iletimi yoluyla (altta) duyabildiğinden çok daha etkili bir şekilde duymasını sağlayacağını gösterdi. Kaynak: April I. Neander, Alec Wilken
“Neredeyse bir yüzyıldır bilim insanları bu hayvanların nasıl duyabildiğini anlamaya çalışıyor. Bu fikirler, memeli evrimi üzerinde çalışan paleontologların hayal gücünü cezbetmiş durumda, ancak şimdiye kadar çok güçlü biyomekanik testlerimiz yoktu,” diyor bu hafta PNAS’ta yayınlanan çalışmayı yöneten yüksek lisans öğrencisi Alec Wilken. “Şimdi, hesaplamalı biyomekanikteki ilerlemelerimizle, anatominin bu hayvanın nasıl duyabildiğiyle ilgili ne anlama geldiği konusunda akıllıca şeyler söylemeye başlayabiliriz.”
50 yıllık bir hipotezin test edilmesi
Thrinaxodon, erken Triyas döneminden kalma ve memeli özelliklerine doğru erken adımlar gösteren sinodontlar adı verilen bir gruba aitti. Bunlar arasında özelleşmiş dişler, gelişmiş solunum ve metabolizmayı destekleyen damak ve diyaframdaki değişiklikler ve muhtemelen sıcakkanlılık ve kürk yer alıyordu.
Thrinaxodon da dahil olmak üzere bu erken sinodontlarda, kulak kemikleri (çekiç, örs, üzengi) hala çeneye bağlıydı. Daha sonraki memelilerde bu kemikler ayrılarak ayrı bir orta kulak oluşturdu; bu değişim, modern memeli işitmesinin belirleyici bir özelliği olarak kabul edilir.
Trias dönemine ait memeli atası Thrinaxodon’un çenesi ve ona bağlı orta kulak kemiklerinin 3 boyutlu modelleri, kulak zarı ile memelilere benzer işitme yeteneğine geçişin daha önce düşünüldüğünden çok daha erken bir dönemde evrimleştiğini gösteriyor. (Kaynak: Alex Boersma/PNAS)
Yaklaşık elli yıl önce, Illinois Üniversitesi Chicago’da paleontolog olan Edgar Allin, Thrinaxodon gibi sinodontların, çene kemiğinin kavisli bir kısmına gerilmiş ve kulak zarının erken bir versiyonu olarak işlev gören bir zara sahip olabileceğini öne sürdü.
Bu fikirden önce, çoğu araştırmacı erken sinodontların sesi esas olarak kemik iletimi yoluyla veya alt çeneyi yere dayayarak titreşimleri algıladıkları “çene dinlemesi” yoluyla algıladığını düşünüyordu. Önerilen kulak zarı ilgi çekici olsa da, bilim insanları bunun havadan duymayı gerçekten destekleyip destekleyemeyeceğini test etmenin net bir yolundan yoksundu.
Fosilleri mühendislik problemine dönüştürmek
BT taraması gibi modern görüntüleme araçları, paleontoloji alanında devrim yaratarak, bilim insanlarının yalnızca fiziksel örnekleri inceleyerek mümkün olmayan zengin bir bilgi birikiminin kilidini açmalarına olanak sağladı. Wilken ve danışmanları, Organizma Biyolojisi ve Anatomi Profesörleri Zhe-Xi Luo (PhD) ve Callum Ross (PhD), Kaliforniya Üniversitesi Berkeley Paleontoloji Müzesi’nden bilinen bir Thrinaxodon örneğini alıp UChicago’nun PaleoCT Laboratuvarı’nda taradılar.
Ortaya çıkan 3 boyutlu model, onlara kafatası ve çene kemiklerinin son derece ayrıntılı bir rekonstrüksiyonunu sağladı; bu sayede potansiyel bir kulak zarının nasıl işlev görebileceğini belirlemek için ihtiyaç duydukları tüm boyutlara, şekillere, açılara ve eğrilere sahip oldular.
Zhe-Xi Luo (solda) Thrinaxodon’un fosil örneğini tutarken, Alec Wilken (sağda) karşılaştırma için modern bir opossumun iç kulağının 3 boyutlu yazıcıda basılmış modelini tutuyor. Fotoğraf: Matt Wood
Daha sonra, bir sistemi farklı fiziksel özelliklere sahip daha küçük parçalara ayıran bir yaklaşım olan sonlu eleman analizini gerçekleştirmek için Strand7 adlı bir yazılım aracı kullandılar.
Bu tür araçlar genellikle köprüler, uçaklar ve binalardaki gerilimleri tahmin etmek veya motorlardaki ısı dağılımını analiz etmek gibi karmaşık mühendislik problemlerinde kullanılır. Ekip, yazılımı kullanarak, yaşayan hayvanlardan elde edilen kemiklerin, bağların, kasların ve derinin kalınlığı, yoğunluğu ve esnekliği hakkındaki bilinen özelliklerden oluşan bir kütüphaneyi kullanarak, Thrinaxodon’un anatomisinin farklı ses basınçlarına ve frekanslarına nasıl tepki vereceğini simüle etti.
Erken dönemde havadan işitme kanıtı
Sonuçlar açık ve netti: Çene kemiğindeki bir kıvrıma sıkışmış kulak zarı sayesinde Thrinaxodon, kemik iletiminden çok daha etkili bir şekilde duyabiliyordu. Kulak zarının boyutu ve şekli, kulak kemiklerini hareket ettirecek ve işitme sinirlerini uyaracak ve ses frekanslarını algılayacak kadar basınç oluşturacak doğru titreşimleri üretiyordu. Çene yoluyla dinlemeye hala kısmen ihtiyaç duyuyor olsa da, kulak zarı zaten işitmesinin büyük bir kısmından sorumluydu.
Luo, “Fosilden elde ettiğimiz BT modelini kullanarak, mevcut hayvanların malzeme özelliklerini alıp Thrinaxodon’umuzun canlanmış gibi davranmasını sağlayabiliriz,” dedi. “Bu daha önce mümkün olmamıştı ve bu yazılım simülasyonu bize ses yoluyla titreşimin esasen bu hayvanın duyma biçimi olduğunu gösterdi.”
Wilken, yeni teknolojinin eski bir soruyu mühendislik problemine dönüştürerek cevaplamalarına olanak sağladığını söyledi. “Bu yüzden bu, üzerinde çalışılması çok ilginç bir problem,” dedi. “Yüksek kavramlı bir problemi ele aldık – yani, ‘250 milyon yıllık bir fosilde kulak kemikleri nasıl kıpırdıyor?’ – ve bu gelişmiş araçları kullanarak basit bir hipotezi test ettik. Ve Thrinaxodon’da kulak zarının kendi başına gayet iyi çalıştığı ortaya çıktı.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Mavi Morfo Kelebeği Sayesinde İşitme Cihazlarına Bağımlılık Yakında Sona Erebilir