Zoogdieren zijn in veel opzichten uniek. We zijn warmbloedig en wendbaar in vergelijking met onze reptielachtige verwanten.

Maar een nieuwe studie gefinancierd door de National Science Foundation (NSF) en geleid door de Harvard University-onderzoekers Stephanie Pierce en Katrina Jones, suggereert dat we op nog een manier uniek zijn:de samenstelling van onze stekels. De onderzoekers beschrijven hun bevinding in een paper dat deze week in het tijdschrift is gepubliceerd Wetenschap .

"De ruggengraat is eigenlijk als een reeks kralen aan een touwtje, waarbij elke kraal een enkel bot voorstelt - een wervel, " zei Pier, conservator paleontologie van gewervelde dieren aan Harvard. "Bij de meeste vierpotige dieren, zoals hagedissen, de wervels zien er allemaal hetzelfde uit en werken hetzelfde.

"Maar de ruggengraat van zoogdieren is anders. De verschillende delen of regio's van de wervelkolom, zoals de nek, thorax en onderrug - nemen heel verschillende vormen aan. Ze functioneren afzonderlijk en kunnen zich dus aanpassen aan verschillende manieren van leven, zoals rennen, vliegen, graven en klimmen."

Hoewel de ruggengraat van zoogdieren gespecialiseerd is, de regio's die eraan ten grondslag liggen werden verondersteld oud te zijn, daterend uit de vroegste landdieren.

Zoogdieren maakten optimaal gebruik van de bestaande anatomische blauwdruk, of zo geloofden wetenschappers. Echter, de nieuwe studie daagt dit idee uit door naar het fossielenbestand te kijken.

"Er zijn tegenwoordig geen dieren meer die de overgang vastleggen van een 'hagedisachtige' voorouder naar een zoogdier, " zei Jones, hoofdauteur van de studie. "Om dat te doen, we moeten in het fossielenarchief duiken en kijken naar de uitgestorven voorlopers van zoogdieren, de niet-zoogdier synapsiden."

Deze oude voorouders hebben de sleutel tot het begrijpen van de oorsprong van zoogdierspecifieke kenmerken, inclusief de wervelkolom.

Maar fossielen bestuderen is niet eenvoudig. "Fossielen zijn schaars en het vinden van uitgestorven dieren met alle meer dan 25 wervels op hun plaats is ongelooflijk zeldzaam, ' zei Jones.

Om dit probleem aan te pakken, de onderzoekers kamden museumcollecties over de hele wereld uit om de best bewaarde fossielen van dieren te bestuderen die zo'n 320 miljoen jaar geleden leefden.

"Kijkend naar het oude verleden, een vroege verandering in de wervelkolom van zoogdieren was een belangrijke eerste stap in hun evolutie, " zei Dena Smit, een programmadirecteur in de afdeling Aardwetenschappen van NSF, die het onderzoek financierde. "Door veranderingen in de wervelkolom in de loop van de tijd konden zoogdieren zich ontwikkelen tot de talloze soorten die we tegenwoordig kennen."

Pierce en Jones, samen met co-auteur Ken Angielczyk van het Field Museum in Chicago, tientallen fossiele stekels onderzocht, evenals meer dan 1, 000 wervels van levende dieren, inclusief muizen, alligators, hagedissen en amfibieën.

Ze wilden weten of de wervelgebieden van zoogdieren zo oud waren als eerder werd gedacht, of als zoogdieren iets unieks aan het doen waren.

"Als wervelgebieden door evolutie onveranderd waren gebleven, zoals verondersteld, we zouden dezelfde regio's verwachten in de niet-zoogdiersynapsiden die we tegenwoordig bij zoogdieren zien, ' zei Pierce.

Maar dat lijkt niet het geval te zijn. Toen de onderzoekers de positionering en vorm van de wervels vergeleken, ze vonden iets verrassends. De wervelkolom had nieuwe gebieden gekregen tijdens de evolutie van zoogdieren.

"De vroegste niet-zoogdiersynapsiden hadden minder gebieden dan levende zoogdieren, " zei Jones.

Ongeveer 250 miljoen jaar geleden, een nieuwe regio evolueerde nabij de schouders en voorpoten. Dramatische veranderingen begonnen ook te verschijnen in de voorpoten van dieren die bekend staan ​​​​als niet-zoogdiertherapsiden.

Deze gelijktijdige ontwikkelingen, de wetenschappers geloven, gebeurde waarschijnlijk in combinatie met veranderingen in hoe wezens liepen en renden.

"Er lijkt een soort van overspraak te zijn tijdens de ontwikkeling tussen de weefsels die de wervels vormen en het schouderblad, "Zei Pierce. "We denken dat deze interactie resulteerde in de toevoeging van een regio nabij de schouder toen de voorpoten van onze voorouders evolueerden om nieuwe vormen en functies aan te nemen."

Later, een gebied ontstond nabij het bekken. "Het is deze laatste regio, het ribloze lumbale gebied, die zich het meest lijkt aan te passen aan verschillende omgevingen, ' zei Pierce.

De laatste stap bij het opbouwen van de ruggengraat van zoogdieren kan verband houden met veranderingen in Hox-genen, belangrijk voor wervelkolomregio's in een vroeg stadium van hun ontwikkeling.

"We hebben verbanden kunnen leggen tussen veranderingen in de skeletten van uitgestorven dieren en ideeën in de moderne ontwikkelingsbiologie en genetica, Jones zei. "Deze gecombineerde aanpak helpt ons te begrijpen wat een zoogdier tot een zoogdier maakt."