October 6, 2022

Mamalia dan burung saat ini menikmati banyak keuntungan karena mampu menghasilkan panas tubuh mereka sendiri. Hewan berdarah panas memiliki tingkat metabolisme tinggi yang memungkinkan mereka untuk lebih aktif daripada makhluk yang bergantung pada lingkungan mereka untuk kehangatan. Mereka dapat melakukan perjalanan lebih cepat, melakukan migrasi panjang, dan menghuni medan yang dingin.

Sekarang, sebuah laporan yang diterbitkan hari ini di Alam memberikan cahaya baru pada teka-teki lama tentang kapan mamalia mengembangkan sifat vital ini. Untuk membantu mengungkap misteri metabolisme, kelompok ahli paleontologi menemukan bagian anatomi yang mengejutkan: telinga bagian dalam—bentuknya dipengaruhi oleh suhu tubuh hewan. Tim memeriksa telinga bagian dalam dari fosil dan spesies modern, dan memperkirakan bahwa berdarah panas, atau endotermi, muncul dalam kelompok tersebut sekitar 233 juta tahun yang lalu selama Periode Trias Akhir, sebelum mamalia sejati pertama berevolusi.

“Ketika mamalia dan nenek moyang mereka menjadi endotermik telah menjadi salah satu misteri besar paleontologi yang belum terpecahkan untuk waktu yang sangat lama; itu adalah ciri khas mamalia dan terbungkus dalam banyak aspek fisiologi dan biologi kita,” kata Kenneth D. Angielczyk, kurator fosil mamalia di Field Museum of Natural History di Chicago. “Kami telah dapat menunjukkan dengan tepat kapan endotermi gaya mamalia berevolusi jauh lebih tepat dan lebih akurat daripada apa yang mungkin terjadi sebelumnya.”

Perkiraan sebelumnya kapan endotermik muncul sangat bervariasi dan didasarkan pada bukti fosil untuk ciri-ciri yang terlihat pada banyak hewan berdarah panas seperti pertumbuhan cepat atau aktivitas malam hari. Namun, sifat-sifat ini tidak selalu merupakan “indikator eksklusif” endotermi, kata Angielczyk. Misalnya, kemampuan untuk mempertahankan suhu inti tubuh dapat memungkinkan hewan untuk tetap aktif di malam hari, saat berjemur di bawah sinar matahari bukanlah pilihan, tetapi ada juga banyak reptil dan amfibi nokturnal yang ditemukan di iklim panas.

See also  Pickup Maverick Ford kini hadir dalam versi off-road

“Kami percaya bahwa adaptasi spesifik pada telinga bagian dalam mamalia, yaitu bagian dari telinga yang disebut sistem saluran setengah lingkaran, memberikan jawaban yang lebih meyakinkan,” kata Ricardo Araújo, ahli paleontologi di Institut Plasma dan Fusi Nuklir Universitas Lisbon di Portugal dan rekan penulis lain dari temuan tersebut.

[Related: Were dinosaurs warm-blooded or cold-blooded? Maybe both.]

Kanal setengah lingkaran adalah serangkaian tabung melingkar berisi cairan yang membantu hewan melacak gerakan dan lokasi spasial kepalanya, yang sangat penting untuk navigasi, keseimbangan, dan koordinasi motorik. Cairan di saluran ini menjadi lebih encer pada suhu tubuh yang lebih hangat. Ini berarti bahwa, untuk mempertahankan gerakan dan keseimbangan yang teratur, saluran setengah lingkaran pada hewan bertubuh hangat harus memiliki bentuk dan ukuran spesifik yang berbeda untuk cairan yang lebih encer dan encer itu daripada hewan dengan suhu tubuh yang lebih dingin dan cairan telinga bagian dalam yang lebih kental.

“Penyetelan sistem telinga bagian dalam perlu dioptimalkan dengan sangat baik sesuai dengan suhu di mana sistem akan terpapar,” kata Araújo. “Jika kamu perlu lari [from a predator] dan sistem telinga bagian dalam Anda tidak tahu di mana kepala Anda berada, maka Anda akan mati, Anda akan dimakan.”

Kanal yang disetel dengan baik untuk suhu hangat menunjukkan bahwa pemilik hewan mereka dapat menciptakan panas internalnya sendiri. Dengan melihat bentuk dan ukuran relatif dari telinga bagian dalam, para peneliti mengatakan, adalah mungkin untuk memprediksi apakah seekor hewan berdarah panas atau dingin.

Perbedaan ukuran antara telinga bagian dalam (berwarna abu-abu) dari mamalia berdarah panas (di sebelah kiri) dan sinapsida berdarah dingin sebelumnya (di sebelah kanan). Telinga bagian dalam dibandingkan untuk hewan dengan ukuran tubuh yang sama.

Romain David dan Ricardo Araújo

Berbekal informasi ini, tim peneliti berusaha menyelidiki asal usul endotermi pada mamalia dengan memeriksa CT scan telinga bagian dalam pada fosil dan tengkorak modern. Analisis tersebut mencakup 341 spesies, termasuk 234 mamalia modern, reptil, burung, dan amfibi, serta 64 spesies prasejarah yang termasuk kerabat dekat mamalia awal.

Tim mengamati bahwa nenek moyang mamalia paling kuno memiliki kanal setengah lingkaran yang panjang dan tebal, mirip dengan reptil dan amfibi modern berdarah dingin. Sebaliknya, mamalia berdarah panas modern memiliki kanal yang jauh lebih tipis yang relatif lebih kecil dari ukuran tubuhnya.

Ketika tim menggunakan pengukuran telinga bagian dalam ini untuk menghitung suhu tubuh hewan, mereka menemukan bahwa perkiraan mereka untuk spesies modern sangat mirip dengan data suhu tubuh yang dipublikasikan. Berdasarkan perkiraan suhu tubuh mereka untuk hewan yang punah, tim menyimpulkan bahwa transisi ke berdarah panas terjadi selama periode 1 juta tahun, sebelum mamalia sejati pertama muncul sekitar 200 juta tahun yang lalu. “Tempo evolusi endotermi sangat cepat, secara geologis,” kata Araújo.

Berdarah panas muncul selama episode pluvial Carnian—periode ketidakstabilan iklim yang ditandai dengan suhu panas dan hujan lebat. Mampu mempertahankan suhu tubuh yang stabil mungkin telah membantu nenek moyang mamalia mengatasi gejolak di lingkungan mereka, kata Angielczyk.

Penulis penelitian menduga bahwa munculnya endotermi pada mamalia terkait dengan perubahan genetik yang menghasilkan proses fisiologis yang memungkinkan hewan menjadi “pabrik yang terus memompa panas,” dan evolusi bulu untuk menjaga agar panas yang berharga itu tidak menghilang ke dalam tubuh. udara di sekitarnya, jelas Araújo.

[Related: The secret to these bats’ hunting prowess is deep within their ears]

Teknik baru ini lebih akurat untuk menilai kelompok hewan daripada memprediksi suhu tubuh pada spesies individu. Secara definitif mengidentifikasi spesies tertentu yang berdarah dingin atau panas akan memberikan garis waktu yang lebih tepat, Angielczyk mengakui. Untuk penelitian masa depan, ia dan timnya berencana untuk memperluas teknik mereka ke makhluk yang lebih punah. “Akan menarik untuk melakukan lebih banyak pengambilan sampel, terutama di sekitar asal-usul mamalia,” kata Angielczyk, dan “untuk menerapkan pendekatan ini pada hewan lain dalam catatan fosil.”

Roger Seymour, seorang ahli fisiologi evolusioner di University of Adelaide di Australia yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, mengatakan bahwa para ilmuwan telah memperdebatkan bagaimana mamalia menjadi berdarah panas setidaknya selama 60 tahun. Hasil baru dapat membantu memajukan percakapan.

“Jumlah pekerjaan yang terlibat dalam mendapatkan data dan menganalisisnya sangat besar,” kata Seymour dalam email. “Dataset ini sangat berharga.”

Seymour dan timnya sebelumnya telah mengusulkan bahwa tingkat metabolisme yang tinggi berkembang bahkan pada nenek moyang bersama burung dan mamalia hampir 300 juta tahun yang lalu. Lebih banyak bukti akan diperlukan, katanya, untuk menunjukkan bahwa perubahan anatomi pada saluran setengah lingkaran yang dilaporkan dalam makalah baru bertepatan dengan munculnya endotermi besar, daripada terjadi setelahnya.

Menghubungkan struktur telinga bagian dalam dengan endotermi adalah “pembuka mata,” kata Seymour. “Makalah ini jelas merupakan pendekatan baru untuk pertanyaan tentang asal usul endotermi dalam garis keturunan mamalia.”