Student Peishu Li ’19 pamięta, jak po raz pierwszy zobaczył rodzącą się pandę, na filmie wideo dla klasy prowadzonej przez profesor biologii Kathleen Smith. „To wyglądało jak żelki wyskakujące z automatu,” powiedział Li.
Urodzone różowe, ślepe i bezbronne, pandy olbrzymie zazwyczaj ważą około 100 gramów przy urodzeniu — równowartość kija masła. Ich matki są 900 razy bardziej masywne niż to.
Ta niezwykła różnica wielkości pozostawiła naukowców zdziwionych przez lata. Z kilkoma wyjątkami wśród zwierząt, takich jak echidny i kangury, żadne inne ssaki noworodki są tak małe w stosunku do swoich matek. Nikt nie wie dlaczego, ale nowe badania kości w całej 10 gatunków niedźwiedzi i innych zwierząt stwierdza, że niektóre z obecnych teorii nie trzymać się.
Li i Smith opublikował swoje ustalenia w tym miesiącu w Journal of Anatomy.
Szkielety dzieci pandy są trudne do zdobycia, ale naukowcy byli w stanie zbadać zachowane szczątki dzieci pand urodzonych w Smithsonian’s National Zoo w Waszyngtonie, D.C.
Pierwsza para pand w National Zoo, Ling-Ling i Hsing-Hsing, miała pięć pełnoletnich młodych w latach 80-tych, ale żadne z nich nie przeżyło długo po urodzeniu.
Badacze zrobili mikro-CT skany dwóch z tych młodych, wraz z nowonarodzonymi grizzlies, niedźwiedziami leniwcami, niedźwiedziami polarnymi, psami, lisem i innymi blisko spokrewnionymi zwierzętami z Smithsonian National Museum of Natural History i North Carolina State College of Veterinary Medicine.
Użyli oni skanów do stworzenia trójwymiarowych cyfrowych modeli kościstego wnętrza każdego dziecka w momencie narodzin.
Jak dziecko zwierzęcia rośnie i rozwija się w łonie matki, jego kości i zęby również. Naukowcy zbadali stopień kostnienia, czyli jak bardzo szkielet uformował się do czasu narodzin. Patrzyli na to, czy zęby zaczęły się zwapnić lub erupcji, a stopień fuzji między płytami kostnymi, które tworzą czaszkę.
Panda może być skrajnym przykładem, ale wszystkie niedźwiedzie mają nieproporcjonalnie małe dzieci, Li powiedział. Noworodka niedźwiedzia polarnego wagi urodzeniowej jako ułamek mamy jest mniej niż 1:400, lub mniej niż pół jednego procenta jej masy ciała. Dla większości ssaków dziecka, w tym ludzi, średnia jest bliżej 1:26.
Jeden dekad pomysł łączy niskie birthweights w niedźwiedzie do faktu, że dla niektórych gatunków, ciąża nakłada się z hibernacji zimowej. Ciężarne samice nie jeść lub pić w tym czasie, opierając się głównie na ich rezerw tłuszczu, aby przetrwać, ale także łamanie mięśni do dostarczania białka do fetus.
Myślenie jest to, że energetycznie, samice mogą sobie pozwolić tylko do odżywiania ich dzieci w ten sposób na tak długo, zanim ten rozkład tkanki zagraża ich zdrowiu. Tnąc ciążę krótko i rodząc małe, niedojrzałe dzieci, niedźwiedzie przesunęłyby więcej swojego wzrostu na zewnątrz łona, gdzie dzieci mogą żyć z bogatego w tłuszcz mleka matki zamiast uszczuplać jej muskulaturę.
Zwolennicy teorii przyznają, że nie wszystkie niedźwiedzie – w tym pandy – hibernują podczas zimy. Ale pomysł jest taki, że mała waga urodzeniowa jest „zablokowana” w drzewie genealogicznym niedźwiedzia, uniemożliwiając niehibernującym krewnym ewolucję większych dzieci.
„To z pewnością pociągająca hipoteza”, powiedział Smith.
Ale badania zespołu Duke’a pokazują, że ten scenariusz jest mało prawdopodobny. Naukowcy nie znaleźli żadnych znaczących różnic we wzroście kości pomiędzy hibernującymi niedźwiedziami a ich odpowiednikami, które pozostają aktywne przez cały rok i nie są w ciąży.
W rzeczywistości, pomimo tego, że są małe, naukowcy odkryli, że większość szkieletów niedźwiedzi jest tak samo dojrzała w momencie narodzin jak ich bliscy zwierzęcy kuzyni.
Niedźwiedź panda jest jednym wyjątkiem od tej reguły, pokazują wyniki. Nawet w pełnym wymiarze czasu dziecko pandy, kości wyglądają jak te szczeniaka beagle dostarczonego kilka tygodni przedwcześnie.
„To byłoby jak 28-tygodniowy ludzki płód” na początku trzeciego trymestru, Smith said.
Inne czynniki mogły popchnąć dzieci pandy w kierunku mniejszych rozmiarów z czasem — niektórzy badacze winią ich dietę opartą wyłącznie na bambusie — ale dane są skąpe, powiedział Li. Badacze twierdzą, że embrionalny wygląd niedźwiedzia pandy prawdopodobnie ma związek z dziwactwem ciąży pandy.
Wszystkie niedźwiedzie doświadczają tego, co nazywa się „opóźnioną implantacją”. Po zapłodnieniu jaja, przyszły płód wchodzi w stan zawieszonej animacji, unosząc się w łonie matki przez kilka miesięcy przed zagnieżdżeniem się w ścianie macicy, aby wznowić swój rozwój i przygotować się do narodzin.
Ale podczas gdy inne niedźwiedzie rozwijają się przez dwa miesiące po zagnieżdżeniu, pandy olbrzymie robią to w miesiąc.
„Są one w zasadzie niedogotowane”, powiedział Li, obecnie doktorant na Uniwersytecie w Chicago.
Badacze twierdzą, że w tym badaniu patrzyli tylko na szkielety i może być tak, że inne organy, takie jak mózg, opowiadają inną historię. Ale nowe badania sugerują, że dzieci pand podążają tą samą trajektorią, co inni krewni ssaków – ich kości dojrzewają w tej samej kolejności i w podobnym tempie – ale na skróconym harmonogramie.
„Rozwój jest po prostu skrócony”, powiedział Smith.
Naukowcy wciąż szukają pełnego wyjaśnienia, dlaczego osobliwa różnica wielkości pandy ewoluowała w czasie geologicznym i w jaki sposób.
„Naprawdę potrzebujemy więcej informacji o ich ekologii i reprodukcji na wolności”, powiedział Smith, i możemy nie mieć dużo czasu, biorąc pod uwagę ich ryzyko wyginięcia. Ale to badanie przybliża ich o krok do odpowiedzi.
Badania te były wspierane przez Shared Material Instrumentation Facility Undergraduate User Program grant, Duke Department of Biology, and the Undergraduate Research Office at Duke.
CYTAT: „Comparative Skeletal Anatomy of Neonatal Ursids and the Extreme Altriciality of the Giant Panda,” Peishu Li and Kathleen K. Smith. Journal of Anatomy, Dec. 2, 2019. DOI: 10.1111/joa.13127
.
