October 6, 2022

Artikel ini awalnya ditampilkan di Majalah Hakai, publikasi online tentang ilmu pengetahuan dan masyarakat dalam ekosistem pesisir. Baca lebih banyak cerita seperti ini di hakaimagazine.com.

Hampir tidak mungkin untuk mengetahui bagaimana perilaku hewan yang sudah punah; tidak ada Jurassic Park di mana kita bisa menyaksikan mereka berburu atau kawin atau menghindari pemangsa. Tetapi teknik yang berkembang memberi para peneliti sandi fisiologis untuk mendekripsi perilaku spesies yang punah dengan merekonstruksi dan menganalisis protein hewan yang punah. Necromancy molekuler ini dapat membantu mereka memahami sifat-sifat yang tidak tersimpan dalam catatan fosil.

Dalam contoh terbaru dari teknik ini dalam tindakan, para ilmuwan yang dipimpin oleh Sarah Dungan, yang menyelesaikan pekerjaan saat menjadi mahasiswa pascasarjana di University of Toronto (U of T) di Ontario, telah menghidupkan kembali pigmen visual dari beberapa nenek moyang cetacea yang paling awal. . Pekerjaan tersebut telah memberi Dungan dan rekan-rekannya pandangan baru tentang bagaimana proto-cetacea akan hidup segera setelah titik evolusi penting: waktu sekitar 55 hingga 35 juta tahun yang lalu ketika hewan yang akhirnya menjadi paus dan lumba-lumba meninggalkan daratan mereka. gaya hidup untuk kembali ke laut.

Ketertarikan Dungan dengan evolusi paus dimulai ketika dia berusia delapan tahun. Sebagai seorang anak, dia suka menghabiskan waktu di air dan belajar tentang biologi kelautan. Ayahnya memberi tahu dia secara sepintas bahwa nenek moyang paus modern pernah hidup di darat. Gagasan bahwa seekor binatang dapat berubah dari hidup sepenuhnya di luar air menjadi tidak dapat hidup di luarnya melekat padanya. Mempelajari transisi evolusioner yang dilakukan paus modern—dari laut ke darat dan kembali lagi—”benar-benar mengejutkan saya,” katanya. “Makalah adalah akhir dari sebuah cerita yang dimulai ketika saya masih sangat muda.”

See also  Bagaimana fusi nuklir dapat menggunakan lebih sedikit energi

Pada tahun 2003, para peneliti di U of T memelopori teknik untuk merakit protein visual purba hewan yang telah punah. Mereka telah menerapkan teknik di seluruh dunia hewan, belajar lebih banyak tentang bagaimana spesies yang punah melihat dunia. Tetapi mempelajari cetacea yang telah punah sangat menarik karena transisi darat ke laut mengubah alam visual hewan.

Dalam studi ini, para peneliti membandingkan rhodopsin, pigmen visual yang bertanggung jawab untuk penglihatan cahaya redup, dari hewan yang mengakhiri transisi darat-ke-laut. Mereka fokus pada cetacea pertama, yang hidup 35 juta tahun yang lalu dan mungkin berenang menggunakan otot yang kuat di ekornya, dan whippomorph pertama (salah satu dari sekelompok hewan yang mencakup cetacea dan kuda nil), yang hidup 55 juta tahun yang lalu.

Para ilmuwan belum menemukan fosil untuk dua spesies yang punah itu. Dalam hal ini, mereka bahkan tidak bisa mengatakan dengan tepat spesies apa mereka. Tetapi teknik Dungan dapat menyimpulkan urutan protein purba bahkan tanpa informasi ini. Pendekatan ini mengikuti remah roti evolusioner yang tertinggal dalam protein hewan modern untuk mencari tahu seperti apa bentuk purba itu, bahkan tanpa tulang spesies itu sendiri. Dengan membandingkan protein yang diduga dari whippomorph pertama dan cetacean pertama, para ilmuwan dapat mengumpulkan perbedaan halus dalam penglihatan mereka. Perbedaan penglihatan ini dapat mencerminkan perbedaan perilaku hewan.

“Hanya banyak yang bisa Anda pelajari dari bukti fosil,” kata Dungan. “Tapi mata adalah jendela antara organisme dan lingkungannya.”

Menggunakan pohon evolusi dan struktur rhodopsin yang diketahui dari cetacea modern, Dungan dan timnya membangun model untuk memprediksi varian hewan purba. Mereka membuat pigmen visual di laboratorium dengan memodifikasi sel mamalia yang dikultur secara genetik dan menguji cahaya yang paling sensitif bagi mereka. Para ilmuwan menemukan bahwa dibandingkan dengan whippomorph kuno, cetacea yang punah kemungkinan lebih sensitif terhadap panjang gelombang cahaya biru. Cahaya biru menembus lebih dalam ke dalam air daripada merah, sehingga penghuni laut dalam modern, termasuk ikan dan cetacea, memiliki penglihatan yang peka terhadap biru. Temuan itu menunjukkan cetacea yang telah punah itu nyaman berada di laut dalam.

See also  Saksikan ular yang memakai celana robot berjalan seperti kadal

Para ilmuwan juga menemukan bahwa rhodopsin versi cetacea purba beradaptasi dengan cepat di kegelapan. Mata cetacea modern dengan cepat menyesuaikan diri dengan cahaya redup, membantu mereka bergerak di antara permukaan terang tempat mereka bernafas dan kedalaman gelap tempat mereka makan. Temuan ini adalah “apa yang benar-benar menyegel kesepakatan,” kata Dungan.

Berdasarkan temuan mereka, para ilmuwan berpikir cetacea awal mungkin menyelam ke zona senja laut, antara 200 dan 1.000 meter. Penglihatan sangat penting selama penyelaman. Cetacea purba tidak bisa melakukan ekolokasi seperti lumba-lumba, jadi mereka lebih mengandalkan penglihatan.

Temuan ini mengejutkan, kata Lorian Schweikert, seorang ahli saraf di University of North Carolina Wilmington yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Dia pikir cetacea pertama akan tinggal di dekat permukaan. “Dimulai dari bawah sekarang kita di sini,” candanya, mengacu pada lagu hit Drake.

Schweikert mengatakan bahwa mempelajari fisiologi mata adalah cara yang dapat diandalkan untuk menyimpulkan ekologi hewan karena protein visual tidak banyak berubah dari waktu ke waktu. Perubahan langka hampir selalu berkorelasi dengan perubahan lingkungan.

Kesimpulan paling penting dari pekerjaan Dungan dan rekan-rekannya, kata Schweikert, adalah bahwa hal itu lebih memperjelas urutan di mana perilaku menyelam ekstrim cetacea berevolusi. Penelitian rhodopsin dibangun di atas karya sebelumnya yang melukiskan gambaran serupa. Dalam studi sebelumnya, para peneliti merekonstruksi mioglobin purba dan menunjukkan bahwa cetacea awal “mengisi” suplai oksigen otot mereka saat mereka menahan napas—bukti lebih lanjut bahwa mereka adalah penyelam yang cakap. Studi lain, kali ini pada penguin purba, menunjukkan bahwa ketika burung memiliki transisi mereka sendiri ke kehidupan laut, hemoglobin mereka mengembangkan mekanisme untuk mengelola oksigen secara lebih efisien.

See also  Kumbang ini menyimpan bakteri menguntungkan di kantong yang bagus

Dungan dan rekan-rekannya sekarang menyalurkan papan Ouija molekuler mereka untuk membangkitkan rhodopsin dari mamalia, kelelawar, dan archosaurs paling awal. Ini akan membantu mereka memahami bagaimana nokturnal, menggali, dan terbang berevolusi.

Pendekatannya “sangat menyenangkan,” kata Schweikert. “Anda mencoba melihat ke masa lalu untuk memahami bagaimana hewan ini berevolusi. Saya suka bahwa kita dapat melihat visi untuk memecahkan beberapa masalah ini.”