For evolutionære biologer er hvaleører et mærkeligt og fascinerende gåte. At studere dem, når de udvikler sig i livmoderen, kan hjælpe os med at forstå, hvordan de udviklede sig. Men at indsamle hvalfostre i dag er ude af spørgsmål, fordi jagt på hvaler er ulovligt, og forskere er nødt til at stole på strandinger, som ikke ofte viser gravide kvinder.
Relateret indhold
- De tidligste balehval suges bogstaveligt
- Hvad en død blåhval kan lære os om livet i havet og om os selv
- Sådan reddede to laser-cowboys dagen
- Bag kulisserne med kurator Nick Pyenson: En ny fossilhval
Så da den Smithsonian-forsker Maya Yamato for første gang fik at vide om en samling af 56 hvalfostre, der er konserveret i alkohol på National Museum of Natural History, trundede hun dem ud til museets CT-scanningslaboratorium. "Vi kommer aldrig til at få denne type materiale igen, " siger Yamato, "Da de er så værdifulde og sjældne, er det ikke ønskeligt at dissekere dem."
Yamato, en postdoktor, der arbejder med kurator for fossile havpattedyr, Nicholas Pyenson, ønskede at få et bedre kig på, hvordan ører udviklede sig hos hvalfostre. Samlingen indeholder nogle 100 år gamle eksemplarer, hvoraf de fleste går tilbage til en periode i det tidlige og midten af det 20. århundrede, da de kommercielle hvalfangstoperationer trivedes. I 1986 blev jagten på hvaler forbudt af Den Internationale Hvalfangstkommission, og selv om nogle af eksemplerne i samlingen kommer fra bifangster og strandinger, er mange forbundet med hvalfangsten i en tidligere æra.
”De er unikke, fordi der er arter, som ingen nogensinde vil være i stand til at samle igen, ” siger Pyenson. "I nogle tilfælde kan hverken omstændighederne, under hvilke de blev opsamlet, ikke replikeres, eller så er organismerne ikke der i naturen."
Fordi dissektion af nogen af prøverne eller udførelse af nogen form for invasiv undersøgelse ikke var en mulighed, brugte Yamato den ikke-invasive CT-teknologi til at inspicere de meget sarte egenskaber inde i hvalens kranier. Resultaterne af Yamatos arbejde vises i en ny undersøgelse i dag i tidsskriftet PLOS ONE . Det, Yamato fandt, hjælper med at bekræfte, hvad fossilregistret siger om, hvordan hvaler lavede det dramatiske skift fra land til hav, og hvordan hvalfamilier fortsatte med at udvikle forskellige fysiske egenskaber for at imødekomme forskellige livsstiler i deres undervandsmiljø.
Maya Yamato (til højre) og en kollega dissekerer hovedet på en afdød strandet finnhval i Chesapeake-bugten for at undersøge blødt væv forbundet med ørerne. (Virginia Aquarium's Stranding Response Program) Cetaceans har udviklet sig til to adskilte grupper: dem med tænder og dem med baleen - en bristet sigte-lignende struktur lavet af keratin. Tandhvaler som spermhvaler, orkaer og delfiner jager og fanger bytte i deres tandede kæber, men balehvaler som pukkelrygger, blues og buehval hvalpe vand og filtrere det gennem deres balle for at fange små fisk og krill.
Ikke kun fodrer de på helt forskellige måder, men de to grupper af hvaler hører også anderledes. Grupperne behandler lyd på de ekstreme modsatte ender af frekvensskalaen til pattedyrshørelse. Balehvaler bruger ultra-lavfrekvente lyde til at kommunikere over lange afstande. De hører og vokaliserer ved hjælp af frekvenser, der er lavere end dem, der bruges af ethvert landpattedyr, endda elefanter.
Tandhvaler på den anden side hører og producerer lyde i frekvenser, der er højere end den lille brune flagermus, det højeste tonedyr. Tandhvaler er afhængige af denne evne til ekkolokering til at navigere og finde bytte.
Ved hjælp af CT-scanninger af fosterhvalsamlingen var Yamato og Pyenson i stand til at spore udviklingen af disse to meget forskellige hvaler. ”Hvis Smithsonian ikke havde en CT-scanner, og den ikke havde den største marine pattedyrssamling i verden, ville denne undersøgelse sandsynligvis ikke have fundet sted, ” sagde Yamato.
Hun og Pyenson er de første forskere, der identificerer den udviklende ”akustiske tragt” i ørerne på et føtalprøve. Hvalører er helt indre. De er afhængige af fedtvæv, der er forbundet med den kegleformede akustiske tragt, som kun findes i hvaler. Præcis hvordan de fungerer, er endnu ikke fuldt ud forstået. I alle tandhvaler er den akustiske tragt fremadvendt, men i nogle baldhvaler er tragten orienteret mod siden af hovedet.
Forskningsteamet blev den første gruppe forskere, der identificerede og afbildede in situ udviklingen af et specifikt område af øret, der udelukkende findes i hvaler kendt som ”den akustiske tragt” (ovenfor: lyserød kegle), en struktur, der antages at være en kritisk komponent for bedre at forstå, hvordan baleen (bunden) og tandhvalerne (toppen) hører i deres vandmiljøer. (Yamato M, Pyenson ND (2015)) De tidlige stadier af øreudvikling hos fostre er parallelle med den evolutionære divergens af hvaler fra deres landbaserede forfædre. Og endnu vigtigere er afvigelsen mellem de to grupper fra hinanden. Den akustiske tragt udvikler sig på samme måde i første omgang i alle hvaler. Senere, efterhånden som fostrene i de to grupper udvikler sig, ændrer det orientering og form i hjernen og efterligner den evolutionære proces.
”Vi vil være i stand til at spore alle strukturer inde i øret.” Siger Yamato. ”I tidlige fostre ser vi de typiske pattedyrstrukturer. De ligner mere alle andre pattedyr - landpattedyr. Med denne ikke-invasive metode til undersøgelse af disse sjældne eksemplarer er vi i stand til at se, hvordan disse typiske ingredienser til landpattedyr omorganiseres til at danne ørerne på moderne hvaler. ”
Denne form for information er svært at få. Gamle fostre bevarer sig ikke godt i fossilprotokollen. Pyenson siger, at der kun er et kendt fossiliseret eksemplar af en ufødt hval. Så at undersøge disse historiske prøver, der omfattede 15 forskellige arter af både tand- og balehval, var som at åbne en skattekiste af data. Nu, hvor scanningerne er tilgængelige for det videnskabelige samfund, er andre forskere allerede begyndt at bruge dem til at studere andre funktioner i hvaludvikling.
”Hvordan vi vokser, især i utero, fortæller os meget om, hvordan vi har udviklet os, ” siger Pyenson. ”Så at se på fosterdata kan give os en masse svar med hensyn til, hvordan et dyr udvikler sig.”
”Denne form for undersøgelse hjælper med at illustrere den utrolige mangfoldighed og tilpasning af livet på Jorden, ” tilføjer Yamato. ”Selvom vi alle stammer fra den samme stamfar, har vi forskellige strategier til at håndtere meget forskellige miljøer.”
