Η ενδοθερμία σε πτηνά και θηλαστικά προκλήθηκε από μια πρώιμη διακοπή της ανάπτυξης;
Οποιοσδήποτε οργανισμός πεθαίνει εάν η θερμοκρασία του σώματός του εγκαταλείψει το ζωτικό εύρος. Επομένως, ο έλεγχος της θερμοκρασίας του σώματος (ή η ύπαρξη ευρείας ζωτικής περιοχής θερμοκρασίας) είναι απαραίτητος για κάθε οργανισμό.
Η θερμοκρασία του σώματος των εκτόθερμων (ψυχρόαιμων) ερπετών (σαύρες, φίδια, χελώνες και κροκόδειλοι) επηρεάζεται κυρίως από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Στα ερπετά, η θερμορύθμιση είναι σε μεγάλο βαθμό ένας συμπεριφορικός χειρισμός της εισροής θερμότητας από το περιβάλλον, κυρίως από τον ήλιο, ή την αποφυγή του.
Τα ενδόθερμα (θερμόαιμα) πτηνά και θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν εσωτερική μεταβολική παραγωγή θερμότητας και κατακράτηση θερμότητας. Είναι αρκετά υψηλό ώστε να επιτρέπει σταθερές θερμοκρασίες σώματος πάνω από τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Ένα σημαντικό ποσό ενέργειας που κερδίζουν οι ενδόθερμες από τα τρόφιμα μετατρέπεται σε θερμότητα. Αυτή η ενέργεια δεν είναι πλέον διαθέσιμη για άλλες ζωτικές λειτουργίες και «χάνεται». Έτσι, σε σύγκριση με εξώθερμα ερπετά παρόμοιου μεγέθους, τα ενδόθερμα πτηνά και τα θηλαστικά έχουν πολύ μεγαλύτερη ζήτηση ενέργειας.
Υποτίθεται ότι τα ενδόθερμα πουλιά και τα θηλαστικά προήλθαν από εξώθερμα είδη που μοιάζουν με ερπετά. Η απόκτηση της ενδοθερμίας ήταν ένα αξιοσημείωτο γεγονός στην εξελικτική ιστορία των θηλαστικών και των πτηνών. Η Ενδοθερμία είχε συμβάλει σημαντικά στην εξελικτική επιτυχία των θηλαστικών και των πτηνών καθώς τους επέτρεψε να κατακτήσουν ολόκληρη την υδρόγειο. Ωστόσο, το μεγάλο ερώτημα παραμένει:Πώς θα μπορούσε να εξελιχθεί ένας τόσο δαπανηρός μεταβολισμός;
Η εξήγησή μας είναι ότι η ενδοθερμία ξεκίνησε σε ένα εξώθερμο ζώο που μοιάζει με ερπετό από μεταλλάξεις σε γονίδια που έλεγχαν την ανάπτυξη του σώματος. Οι μεταλλάξεις προκάλεσαν ότι η ανάπτυξη σταματά πολύ νωρίτερα στη ζωή σε αυτό το πρωτο-ενδόθερμο ζώο παρά στον πρόγονό του. Κατά συνέπεια, το μέγεθος και η εμφάνιση του ζώου μοιάζει με αυτό του νεαρού εκτόθερμου προγόνου (π.χ. το κρανίο, οι αναλογίες σώματος). Ωστόσο, η όρεξη και η ενεργειακή του πρόσληψη, και ως εκ τούτου ο μεταβολικός ρυθμός, οι παράμετροι του ιστορικού ζωής, όπως η μάζα/μέγεθος σώματος κατά την εκκόλαψη ή τη γέννηση, η ηλικία και το μέγεθος στο οποίο επιτυγχάνεται η σεξουαλική ωριμότητα και ο ρυθμός ανάπτυξης κατά την πρώιμη οντογένεση εξακολουθούν να διατηρούνται από την έκτοθερμη. πρόγονος.
Παραδόξως, ένα ζώο που παρουσιάζει όλα αυτά τα χαρακτηριστικά τα μοιράζεται ήδη με πρόσφατα ενδόθερμα πτηνά και θηλαστικά. Επομένως, μια πρώιμη διακοπή της ανάπτυξης κατά την οντογένεση θα μπορούσε να διαδραματίσει βασικό ρόλο στην εξέλιξη της ενδοθερμίας. Προκάλεσε διακύμανση σε αυτά τα χαρακτηριστικά των προγονικών εξώθερμων, που υπόκεινταν στη φυσική επιλογή στο παρελθόν και οδήγησε σε πολλές προσαρμογές που συνδέονται με την ενδοθερμία στα σημερινά πτηνά και θηλαστικά.
Δύο, μη αποκλειόμενοι μεταξύ τους, μηχανισμοί θα μπορούσαν να εξηγήσουν πώς αυτή η αλλαγή στην ανάπτυξη και τον μεταβολισμό θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί από έναν έκτοθερμο μεταβολισμό.
Πρώτον, οι απόγονοι θα μπορούσαν να είχαν διατηρήσει την ενεργειακή πρόσληψη και τον μεταβολισμό του εκτόθερμου προγόνου κατά την ανάπτυξη. Η μεταβολισμένη ενέργεια, την οποία ο εκτόθερμος πρόγονος αποθήκευσε σε νέο ιστό και έτσι χρησιμοποιήθηκε για ανάπτυξη, τώρα διαχέεται με τη θερμότητα. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα υψηλότερο μεταβολικό ρυθμό από τον αναμενόμενο από τη σωματική του μάζα για ένα ζώο παρόμοιου μεγέθους με ερπετό. Η θερμότητα που διαχέεται θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να επιτευχθεί υψηλότερη θερμοκρασία σώματος. Ένα καλό ανάλογο για αυτόν τον μηχανισμό μπορεί να είναι ένα αυτοκίνητο που λειτουργεί στο ρελαντί αντί να χρησιμοποιεί το καύσιμο για οδήγηση.
Ο δεύτερος μηχανισμός θα μπορούσε να είναι ότι το μέγεθος των σωματικών κυττάρων μειώθηκε στο πρωτό-ενδόθερμο ζώο αλλά όχι (τόσο πολύ) ο αριθμός των κυττάρων. Το μέγεθος του σώματός του, με τη σειρά του, θα μειωνόταν, ενώ ο μεταβολικός ρυθμός και η παραγωγή θερμότητας θα αυξάνονταν σε σύγκριση με τη μάζα του σώματός του. Αυτό συμβαίνει επειδή το πρωτό-ενδόθερμο ζώο έχει περισσότερα κύτταρα και επομένως (ίσως μεγαλύτερα) μιτοχόνδρια (δομή μέσα σε ένα κύτταρο που παράγει ενέργεια για το κύτταρο) σε μια δεδομένη μονάδα όγκου σώματος από τον πρόγονό του.
Επίσης, το σύστημα αγγείωσης των ιστών του θα μπορούσε να γίνει πιο περίπλοκο ανά μονάδα όγκου σώματος. Το τελευταίο οφείλεται στο ότι το μέγεθος των σωματικών κυττάρων μειώθηκε στο πρωτό-ενδόθερμο ζώο αλλά όχι (τόσο πολύ) ο αριθμός των κυττάρων. Ένα καλό ανάλογο για αυτόν τον μηχανισμό μπορεί να είναι ένας επεξεργαστής ενός υπολογιστή. Όταν προστίθενται επιπλέον τρανζίστορ στην CPU, γίνεται πιο περίπλοκη όσον αφορά τις μονάδες και τη διασύνδεση (και ταχύτερη), αλλά και περισσότερη θερμότητα παράγεται κατά τη διάρκεια της εργασίας.
Ωστόσο, αυτή τη στιγμή οι εξεταζόμενοι μηχανισμοί είναι εικαστικοί και πρέπει να δοκιμαστούν σε περαιτέρω μελέτες. Ωστόσο, πιστεύουμε ότι η υπόθεσή μας και οι δοκιμές στους προτεινόμενους μηχανισμούς θα συμβάλουν στην καλύτερη κατανόηση των φυσιολογικών διεργασιών εντός των ενδόθερμων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Ήταν η ενδοθερμία σε αμνιώτες που προκλήθηκε από μια πρώιμη διακοπή της ανάπτυξης κατά τη διάρκεια της οντογένεσης, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό The Science of Nature. Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν ο Jan Werner και η Eva Maria Griebeler από το Johannes Gutenberg-Universität Mainz.
