Gwiazdonos amerykański to jedna z „najdziwniejszych nowości ewolucji”

Naukowcy dokładnie przyjrzeli się jednemu z najciekawszych narządów w świecie zwierząt, jakim jest 22-mackowy pysk gwiazdonosa amerykańskiego.

Ten gatunek owadożernego ssaka z rodziny kretowatych – Gwiazdonos amerykański (Condylura cristata) ma jeden z „najdziwniejszych” pysków w królestwie zwierząt. Teraz naukowcy odkryli fascynujące spostrzeżenia na temat tej niezwykłej części ciała. Ten kret o gwiaździstym nosie to wysoce wyspecjalizowany ssak półwodny występujący na rozległym obszarze wschodniej Ameryki Północnej, w tym części Kanady i Stanów Zjednoczonych. Zamieszkuje podmokłe obszary nizinne, mierzy około 13-13 cm (5 cali) i słynie z bardzo dziwnego pyska z 22 mackami (wypustkami) służącymi mu jako narząd dotyku i chwytania.

Rzucający się w oczy 22-mackowy pysk gwiazdonosa należy do „najdziwniejszych” nowości ewolucyjnych na naszej planecie – powiedzieli Newsweekowi Glenn Tattersall i Kevin Campbell. Tattersall jest profesorem nauk biologicznych na Uniwersytecie Brock w Ontario w Kanadzie, a Campbell profesorem fizjologii środowiskowej i ewolucyjnej na Uniwersytecie Manitoba w Winnipeg w Kanadzie.

Tattersall i Campbell badali to niezwykłe stworzenie i opublikowali w tym miesiącu badanie na ten temat w Journal of Experimental Biology.

Nos powierzchownie przypomina dłoń z mięsistymi i ruchomymi wyrostkami przypominającymi palce, zwanymi „promieniami nosowymi”. Ale jak stwierdzili naukowcy, w przeciwieństwie do trąby słonia, nie służą do chwytania zdobyczy.

Zamiast tego promienie działają podobnie jak oko, więc drapieżnik może szybko zbadać swoje, głównie podziemne, środowisko w poszukiwaniu zdobyczy bezkręgowców. Krety są praktycznie ślepe i potrafią wykryć tylko niewyraźne światło w ciemności.

Wysoce wyspecjalizowany nos tego gatunku „ewoluował, aby szybko wykrywać i konsumować setki drobnych ofiar dziennie, otwierając w ten sposób nową niszę ekologiczną dla tego gatunku, która jest niedostępna dla innych gatunków kretów” – powiedzieli Tattersall i Campbell.

Jego zachowania łowieckie są ułatwione dzięki unikalnym przydatkom nosowym, które są niezwykle wrażliwe na dotyk. Rozstawiony nos jest mniej więcej wielkości czubka palca. Ale ta mała przestrzeń zawiera od około 25.000 do 30.000 maleńkich, kopulastych narządów zmysłów, które pokrywają powierzchnię każdego promienia nosowego.

Te receptory dotykowe – znane jako narządy Eimera – występują tylko u kretów, ale są szczególnie powszechne u tego gatunku. W przypadku tego. konkretnego kreta gwiaździstego narządy mają ponad 100.000 wrażliwych na dotyk zakończeń nerwowych.

Podsumowując, oznacza to, że nos zwierzęcia jest najbardziej wrażliwym na dotyk organem wśród kręgowców. Dla porównania, cała ludzka dłoń ma tylko około 17.000 receptorów dotykowych.

Ten ssak wielkości chomika słynie z dziwnego pyska z 22 mackami

„Tak więc macki są używane przede wszystkim do wykrywania lub rozróżniania (głównie) małych ofiar, których krety szukają w glebie i pod wodą” – powiedział Campbell.

„Gwiazdonosy amerykańskie są również znane z rzadkiej zdolności wąchania pod wodą. Robią to poprzez szybkie wydychanie i wdychanie bąbelków, co umożliwia wykrycie chemicznych substancji zapachowych na przedmiotach. To prawie na pewno pomaga im nie tylko potwierdzić z jakim przedmiotem mają do czynienia, ale także do oceny, czy są one jadalne”.

Zdaniem naukowców szybkość poszukiwań gwiazdonosa jest również „zdumiewająca”. Ta umiejętność czyni je jednymi z najszybszych zbieraczy w królestwie zwierząt.

„Poprzednie badania wykazały, że intrygujący narząd zwierzecia jest w stanie wykonać do 13 wyszukiwań na sekundę i zlokalizować, zidentyfikować, a następnie połknąć poszczególne ofiary w ciągu zaledwie 120 milisekund” – stwierdzili naukowcy. „Dla porównania, nam ludziom, potrzeba około 200 milisekund, aby zarejestrować zmianę świateł sygnalizacyjnych na ulicy i zacząć zdejmować stopę z pedału hamulca”.

Gatunek ten jest również niezwykły wśród kretów, ponieważ występuje znacznie bardziej na północy niż inne gatunki. Ponadto jest to tylko jeden z trzech gatunków kretów, który jest półwodny.

„Co ciekawe, gatunek ten często zmaga się z żerowaniem w temperaturach poniżej 0 °C przez ponad sześć miesięcy w roku” – powiedział Campbell. „Ponieważ wiele lądowych ofiar zapada w stan hibernacji zimą, krety również spędzają dużo czasu na żerowaniu w wodzie o temperaturze bliskiej zeru stopni w tym sezonie”.

Nieizolowane wyrostki, takie jak ludzkie palce, szybko tracą swoją zwinność i wrażliwość na dotyk w zimnej wodzie. Ponieważ woda przewodzi ciepło prawie 30 razy szybciej niż powietrze, próba utrzymania ciepła w nosie stanowiłaby ogromne wyzwanie dla tego małego ssaka. Ta zagadka jest źródłem pomysłu na najnowsze badanie Tattersalla i Campbella.

„Jako biolodzy termiczni oboje chcieliśmy zbadać ten potencjalny konflikt termiczno-sensoryczny od ponad dekady” – powiedzieli naukowcy. „Krótko mówiąc, są tylko dwie możliwości: albo kret podgrzewa swoją gwiazdę – przy ekstremalnym koszcie energetycznym – jako wymóg utrzymania wysokiej czułości, albo pozwala gwieździe ostygnąć i ma pewne oczywiste obejście czułości, gdy jest zimno”.

Na szczęście Tattersall i Campbell mogli zbadać te możliwości latem 2022 roku, pomagając jednocześnie sfilmować zwierzę do filmu dokumentalnego o dzikiej przyrodzie.

„Nasze cele były naprawdę bardzo proste: określić pośrednio, czy są jakieś oczywiste zmiany w przepływie krwi do promieni nosowych, gdy są one wystawione na działanie wysokich i niskich temperatur” – powiedzieli.

W tym celu naukowcy zbadali trzy schwytane gwiazdonosy amerykańskie za pomocą kamery obrazowej o wysokiej rozdzielczości. Kamera termowizyjna została wykorzystana do obliczenia przepływu krwi przez nos pod wpływem zmian temperatury powierzchni narządu zwierzęcia.

Naukowcy umieścili krety w komorze obserwacyjnej, w której utrzymywano temperaturę zimną, ciepłą lub pokojową. Ponieważ te krety szukają pożywienia w wodzie i na lądzie, dno komory zawierało również zimną (około 2 stopni Celsjusza lub 36 stopni Fahrenheita) lub ciepłą (około 30 do 32 stopni Celsjusza) wodę.

Naukowcy powiedzieli, że kamera termowizyjna obracała się w sposób ciągły i była w stanie mierzyć temperaturę powierzchni ciała kretów podczas prób eksperymentalnych.

„Założenie jest dość proste” – powiedział Tattersall. „Ponieważ promienie nosowe są nagie i mięsiste, jeśli płynie do nich krew, wydawałyby się cieplejsze niż temperatura wody lub powietrza. Natomiast niskie temperatury powierzchni wskazują na niski przepływ krwi lub bardzo skuteczną i rozległą izolację – na przykład futro wygląda fajnie na obrazach termicznych, ponieważ ciepło jest uwięzione pod spodem i nie przedostaje się”.

Kluczowym odkryciem duetu było to, że mięsiste macki nie muszą być utrzymywane w cieple, aby gwiazdonos amerykański mógł skutecznie wyczuć ofiarę. Zamiast tego macki nie różniły się zbytnio temperaturą od temperatury ziemi, powietrza lub wody, w których grzebały krety.

„Wcześniejsze prace na wielu innych zwierzętach zawsze sugerowały, że istnieje związek między narządami zmysłów a ukrwieniem. Bardzo często zakładano, że te narządy zmysłów ssaków wymagają wysokiego poziomu przepływu krwi do funkcjonowania” – powiedział Tattersall.

„Implikacje stojące za naszymi odkryciami są prawdopodobnie związane z faktem, że gwiazdonos amerykański spędza większość swojego życia na poszukiwaniu pożywienia w zimnej wodzie i w wilgotnej glebie. Duża ilość ciepłej krwi płynącej do promieni nosowych kosztowałaby ich dużo energii marnowanej na utratę ciepła”.

Co ciekawe, dane anatomiczne z lat 60. wykazały, że promienie nosowe mają więcej niż wystarczającą liczbę naczyń krwionośnych

„Tak więc fakt, że rzadko widzimy, jak promienie się nagrzewają, sugeruje, że przez większość czasu zwierzeta celowo ograniczają one przepływ krwi do promieni” – stwierdzili naukowcy.

Tattersall i Campbell stwierdzili, że wyraźna ekspansja receptorów dotykowych w nosie kreta w trakcie jego ewolucji nastąpiła kosztem receptorów termicznych. Oznacza to, że nos jest mniej zdolny do odróżnienia ciepła od zimna w stosunku do powierzchni skóry nosa u ludzi.

„Z drugiej strony zminimalizowałoby to niechęć do zimna – tj. nos prawdopodobnie nie odczuwa drętwienia ani bólu, tak jak my, gdy wkładamy ręce do lodowatej wody” – stwierdzili naukowcy.

„Fakt, że nie obserwujemy nagrzewanie się mięsistych macek sugeruje, że ten gatunek mógł wyewoluować tę zdolność jako szczególnie skuteczny sposób na zachowanie ciepła ciała. Rodzi to jednak nowe pytania, takie jak: W jaki sposób jego czułe na dotyk receptory są zdolne do skutecznego działania zarówno w wysokich, jak i niskich temperaturach?”

źródło: Journal of Experimental Biology | Newsweek (Aristos Gieorgiou, 24.02.2023)