Duke-studenten Peishu Li ’19 minns första gången han såg en panda-baby födas, i en video för en klass som undervisades av biologiprofessor Kathleen Smith. ”Det verkade bara som ett gelébönor som kom ut ur en automat”, säger Li.
Rot, blinda och hjälplösa jättepandor föds i rosa färg och väger vanligtvis omkring 100 gram vid födseln, vilket motsvarar en smörstång. Deras mödrar är 900 gånger större än så.
Denna ovanliga storleksskillnad har gjort forskarna förbryllade i åratal. Med några få undantag bland djur som ekorrar och känguruer är inga andra däggdjurs nyfödda barn så små i förhållande till sina mödrar. Ingen vet varför, men en ny studie av ben från 10 arter av björnar och andra djur visar att några av de nuvarande teorierna inte håller.
Li och Smith publicerade sina resultat denna månad i Journal of Anatomy.
Babypandaskelett är svåra att få tag på, men forskarna kunde studera de bevarade kvarlevorna av babypandabarn som föddes vid Smithsonian’s National Zoo i Washington, D.C.
National Zoos första pandapar, Ling-Ling och Hsing-Hsing, fick fem fullvuxna ungar på 1980-talet, men ingen av dem överlevde länge efter födelsen.
Forskarna tog mikro-CT-scanningar av två av dessa ungar, tillsammans med nyfödda grizzlies, sengångare, isbjörnar, hundar, en räv och andra närbesläktade djur från Smithsonian National Museum of Natural History och North Carolina State College of Veterinary Medicine.
De använde skanningarna för att skapa digitala 3D-modeller av varje babys beniga inre vid födseln.
När en djurunge växer och utvecklas i livmodern gör även dess ben och tänder det. Forskarna undersökte graden av förbening, eller hur mycket skelettet har bildats vid födseln. De tittade på om tänderna hade börjat förkalkas eller bryta ut, och graden av sammansmältning mellan de benplattor som utgör skallen.
Pandan kan vara ett extremt exempel, men alla björnar har oproportionerligt små bebisar, säger Li. En nyfödd isbjörns födelsevikt som en bråkdel av mammas är mindre än 1:400, eller mindre än en halv procent av hennes kroppsmassa. För de allra flesta däggdjursungar, inklusive människor, ligger genomsnittet närmare 1:26.
En decennier gammal idé kopplar låga födelsevikter hos björnar till det faktum att graviditeten för vissa arter överlappar med vinterdvalan. Gravida honor äter och dricker inte under denna tid och förlitar sig främst på sina fettreserver för att överleva, men bryter också ner muskler för att förse fostret med protein.
Tanken är att honor energimässigt sett bara har råd att ge sina barn näring på detta sätt under en viss tid innan denna vävnadsnedbrytning hotar deras hälsa. Genom att förkorta dräktigheten och föda små, omogna ungar skulle björnarna förlägga en större del av sin tillväxt utanför livmodern, där ungarna kan leva på moderns fettrika mjölk i stället för att tära på hennes muskler.
De som förespråkar teorin medger att inte alla björnar – inklusive pandor – går i dvala under vintern. Men tanken är att en liten födelsevikt är ”inlåst” i björnens släktträd, vilket hindrar släktingar som inte sover i vinterdvala från att utveckla större bebisar.
”Det är verkligen en tilltalande hypotes”, säger Smith.
Men forskningen från Duke-teamet visar att det här scenariot är osannolikt. Forskarna fann inga signifikanta skillnader i bentillväxt mellan björnar som går i dvala och deras motsvarigheter som är aktiva året runt och inte fastar under dräktigheten.
I själva verket fann forskarna, trots att de är små, att de flesta björnskelett är lika mogna vid födseln som sina nära kusiner från djuret.
Pandabjörnen är det enda undantaget från denna regel, visar resultaten. Till och med hos en fullgången pandabarn ser benen ut som hos en beaglevalp som föds flera veckor för tidigt.
”Det skulle vara som ett 28 veckor gammalt mänskligt foster” i början av den tredje trimestern, säger Smith.
Andra faktorer kan ha fått pandabarn att bli mindre med tiden – en del forskare skyller på deras diet som enbart består av bambu – men det finns få uppgifter om detta, säger Li. Forskarna säger att pandabjörnens embryonala utseende troligen har att göra med en egenhet hos pandadräktigheten.
Alla björnar upplever vad som kallas ”fördröjd implantation”. Efter att ägget befruktats går det framtida fostret in i ett tillstånd av suspenderad animation och svävar i livmodern i flera månader innan det implanteras i livmoderväggen för att återuppta sin utveckling och göra sig redo för födseln.
Men medan andra björnar bär graviditeten i två månader efter implantationen, är jättepandan klar på en månad.
”De är i princip underkokt”, säger Li, som nu är doktorand vid University of Chicago.
Forskarna säger att de bara tittade på skelett i den här studien, och det kan vara så att andra organ som hjärnan berättar en annan historia. Men den nya studien tyder på att pandabarn följer samma bana som andra släktingar till däggdjur – deras ben mognar i samma ordning och i liknande takt – men med en förkortad tidtabell.
”Utvecklingen är helt enkelt förkortad”, säger Smith.
Vetenskapsmännen söker fortfarande efter en fullständig förklaring till varför pandans märkliga storleksskillnad utvecklats under geologisk tid, och hur.
”Vi behöver verkligen mer information om deras ekologi och reproduktion i det vilda”, sade Smith, och vi kanske inte har så mycket tid på oss med tanke på deras risk för utrotning. Men den här studien för dem ett steg närmare ett svar.
Denna forskning stöddes av ett bidrag från Shared Material Instrumentation Facility Undergraduate User Program, Duke Department of Biology och Undergraduate Research Office vid Duke.
CITATION: ”Comparative Skeletal Anatomy of Neonatal Ursids and the Extreme Altriciality of the Giant Panda”, Peishu Li och Kathleen K. Smith. Journal of Anatomy, 2 december 2019. DOI: 10.1111/joa.13127
