ציפורים הן בין הקבוצות המגוונות ביותר של בעלי חיים על פני כדור הארץ, עם למעלה מ-10,000 מינים חיים ותיעוד מאובנים עשיר. אבל איך הן רכשו את היכולת לעוף, הישג שרק שתי קבוצות אחרות של בעלי חוליות השיגו?
ביולוגים אבולוציוניים מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס שילבו את ממצאי טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) - טכניקת דימות ברפואה גרעינית - של יונים יחד עם מחקרי מאובני דינוזאורים כדי להשיב על שאלה מתמשכת בביולוגיה: כיצד התפתח מוחן של הציפורים כך שהן יוכלו לעוף? התשובה לשאלה זו לדבריהם היא צמיחה אדפטיבית בגודל המוח הקטן - אזור בחלק האחורי, מתחת למוח הגדול ומאחורי גזע המוח, אשר מעורב בין היתר בתכנון, ויסות ולמידה של תנועות מוטוריות - בקרב חולייתנים מאובנים.
3 צפייה בגלריה
סריקה בה ניתן לראות את המוח הקטן (בתכלת) של נקר (למעלה) לעומת המוח הקטן של דינוזאור ממשפחת הטרודוניים
(צילום: Amy Balanoff)
"תעופת חולייתנים היא אירוע נדיר בהיסטוריה האבולוציונית. רק שלוש קבוצות של חולייתנים התפתחו לעופות: פטרוזאורים שנכחדו (אימת השמיים בתקופת המזוזואיקון, שהסתיימה לפני 66 מיליון שנה), עטלפים וציפורים", אמרה ד"ר איימי באלנוף מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס.
שלושת המינים אינם קשורים קשר הדוק על העץ האבולוציוני, כך שהגורם או מספר הגורמים שאפשרו לשלושתם לעוף, נותרו לא ברורים. מלבד ההתאמות הפיזיות כלפי חוץ לתעופה, כמו למשל כנפיים ארוכות וסוגים מסוימים של נוצות, ד"ר באלנוף ועמיתיה רצו לחקור את התכונות שיצרו מוח שיאפשר תעופה.
לשם כך, ד"ר באלנוף עבדה בשיתוף פעולה עם מהנדסים ביו-רפואיים מאוניברסיטת סטוני ברוק בניו יורק, על מנת להשוות את פעילות המוח של יונים מודרניות לפני ואחרי מעוף. במחקר שממצאיו פורסמו בכתב העת Proceedings of the Royal Society B ביצעו החוקרים טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (המשמשת גם להתבוננות בתהליכים מטבוליים בגוף האדם), כדי להשוות את הפעילות ב-26 אזורים במוח כאשר היונים היו במנוחה או בתעופה שנמשכה 10 דקות.
סריקות PET משתמשות בתרכובת הדומה לגלוקוז, אחריה ניתן לעקוב למקום שבו היא נספגת בתאי המוח, מה שמצביע על פעילות והוצאת אנרגיה מוגברות. מבין 26 האזורים, באזור אחד - המוח הקטן - היו עליות מובהקות סטטיסטית ברמות הפעילות בין מנוחה לתעופה בכל שמונת היונים שנבדקו. החוקרים זיהו גם פעילות מוחית מוגברת במה שנקרא מסלולי זרימה אופטיים - רשת של תאי מוח המחברים את הרשתית בעין למוח הקטן - אשר מעבדים תנועה על פני שדה הראייה.
לדברי ד"ר באלנוף, הממצאים לגבי עלייה בפעילות במוח הקטן ובנתיבי הזרימה האופטיים לא היו בהכרח מפתיעים, מפני שהאזורים הוערכו כבעלי תפקיד משמעותי בתעופה. מה שהיה חדש במחקר הנוכחי הוא הקשר בין ממצאי המוח הקטן של מוחות המאפשרים תעופה בקרב ציפורים מודרניות לתיעוד המאובנים שהראה כיצד המוח של דינוזאורים דמויי ציפורים החל לפתח תנאים מוחיים שאפשרו תעופה.
לשם כך, השתמשו החוקרים במסד נתונים דיגיטלי של החלל הפנימי של גולגולות דינוזאורים (אנדוקסט), שדומה למוח כשהוא מלא. הם זיהו ועקבו אחר עלייה ניכרת בנפח המוח הקטן של כמה מהמינים המוקדמים ביותר של מנירפטורים - דינוזאורים מקבוצת הטטנורים שנחשבים לקרובים ביותר לעופות המודרניים וצורתם דומה מעט אליהם - אשר הקדימו דינוזאורים מכונפים דוגמת הארכאופטריקס.
החוקרים ציינו כי המחקר שביצעו כלל מעוף פשוט, כלומר ללא מכשולים ועם נתיב טיסה תעופה קל יחסית, מה שאומר שאזורי מוח אחרים עשויים להיות פעילים יותר במהלך תמרוני תעופה מורכבים. כעת, הם שמו לעצמם למטרה לדייק את האזורים במוח הקטן המאפשרים למוח להיות מוכן לתעופה, לרבות הקשרים העצביים בין המבנים השונים. "הודות לסט רחב של כלים וטכנולוגיה שיש ברשותנו, נוכל לא רק להשיג הבנה טובה יותר של ההיסטוריה האבולוציונית בכל הנוגע להתפתחות המוח, אלא גם לקשר את ממצאי המחקר שלנו למחקר בסיסי על אופן פעולת המוח", סיכם ד"ר גבריאל בוור מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס.
