Rivaling utvecklingen av fjädrar i dinosaurier, en av de mest extraordinära omvandlingarna i livets historia var utvecklingen av baleen-rader av flexibla hårliknande plattor som blåvalar, knölar och andra marina däggdjur använder för att filtrera relativt litet byte från havsvattenmassor. Den ovanliga strukturen gör det möjligt för världens största varelser att konsumera flera ton mat varje dag, utan att någonsin tugga eller bita. Nu har Smithsonian-forskare upptäckt en viktig mellanlänk i utvecklingen av denna innovativa utfodringsstrategi: en gammal val som varken hade tänder eller baleen.
i November. 29 nummer av tidskriften Current Biology, forskare vid Smithsonian National Museum of Natural History och kollegor beskriver för första gången Maiabalaena nesbittae, en val som levde för cirka 33 miljoner år sedan. Med hjälp av nya metoder för att analysera för länge sedan upptäckta fossiler inrymda i Smithsonian ’ s national collection, laget, som inkluderar forskare vid George Mason University, Texas A&M University och Burke Museum of Natural History and Culture i Seattle (en Smithsonian Affiliate), har bestämt att denna tandlösa, 15-fots val sannolikt inte hade någon baleen, vilket visar ett överraskande mellanliggande steg mellan baleenvalarna som lever idag och deras tandade förfäder.
”När vi pratar om valutveckling tenderar läroböcker att fokusera på de tidiga stadierna, när valar gick från land till hav”, säger Nicholas Pyenson, National Museum of Natural History kurator för fossila marina däggdjur. ”Maiabalaena visar att den andra fasen av valutvecklingen är lika viktig för evolutionen över stora skalor. För första gången kan vi nu fastställa ursprunget för filtermatning, vilket är en av de viktigaste innovationerna i valhistoria.”
När valar först utvecklades använde de tänder för att tugga maten, precis som deras landlevande förfäder. När tiden gick fortsatte många ättlingar till dessa tidiga Valar att tugga maten och ärvde detta drag från sina föregångare. Men när oceanerna runt dem förändrades och djur utvecklades uppstod helt nya utfodringsstrategier, inklusive baleen-filtermatning, säger National Museum of Natural History predoctoral fellow Carlos Mauricio Peredo, huvudförfattare till studien som analyserade Maiabalaena-fossilerna.
valar var de första däggdjur som utvecklade baleen, och inget annat däggdjur använder någon anatomisk struktur som till och med Liknar den för att konsumera sitt byte. Men frustrerande, baleen, vars kemiska sammansättning är mer som hår eller naglar än ben, bevarar inte bra. Det finns sällan i fossilregistret, lämnar paleontologer utan direkta bevis på dess förflutna eller ursprung. Istället, forskare har varit tvungna att förlita sig på slutsatser från fossiler och studier av fostervalutveckling i livmodern för att pussla ihop ledtrådar om hur baleen utvecklades.
som ett resultat har det inte varit klart om tidiga baleenvalar, när de utvecklades, behöll sina förfäders tänder tills ett filtermatningssystem hade etablerats. Ett tidigt första antagande, sade Peredo, var att havslevande däggdjur måste ha behövt tänder eller baleen att äta-men flera levande valar motsäger den tanken. Spermhvalar har tänder i underkäken, men ingen på toppen, så de kan inte bita eller tugga. Narwhals enda tänder är deras långa tänder, som de inte använder för utfodring. Och vissa arter av näbbvalar, trots att de klassificeras som tandvalar, har inga tänder alls.på grund av sin ålder, sade Peredo, misstänkte paleontologer att Maiabalaena kan hålla viktiga ledtrådar om baleens utveckling. Fossilen kommer från en period av massiv geologisk förändring under den andra stora fasen av valutvecklingen, runt den tid då Eocene-epoken övergick till Oligocenen. Med kontinenter som skiftade och separerade virvlade havsströmmarna runt Antarktis för första gången och kylde vattnet avsevärt. Fossilregistret indikerar att valarnas utfodringsstilar divergerade snabbt under denna tidsram, med en grupp som ledde till dagens filtermatande valar och den andra som ledde till ekolokerande.följaktligen hade Maiabalaena fått mycket granskning sedan dess upptäckt i Oregon på 1970-talet, men bergmatrisen och materialet som fossilen samlades i dolde fortfarande många av dess egenskaper. Det var inte förrän Peredo slutligen rengjorde fossilen och sedan undersökte den med toppmodern CT-skanningsteknik som dess mest slående funktioner blev tydliga. Maiabalaenas brist på tänder var lätt uppenbar från det bevarade benet, men CT-skanningarna, som avslöjade fossilens inre anatomi, berättade för forskarna något nytt: Maiabalaenas överkäke var tunn och smal, vilket gjorde den till en otillräcklig yta för att hänga baleen.
”en levande baleenval har ett stort, brett tak i munnen, och det är också förtjockat för att skapa fästplatser för baleen”, sa Peredo. ”Maiabalaena gör det inte. Vi kan ganska slutgiltigt säga att denna fossila Art inte hade tänder, och det är mer troligt än inte att det inte heller hade baleen.”
medan Maiabalaena inte skulle ha kunnat tugga eller filtrera foder, indikerar muskelfästen på benen i halsen att det sannolikt hade starka kinder och en infällbar tunga. Dessa egenskaper skulle ha gjort det möjligt att suga vatten i munnen, tar upp fisk och små bläckfisk i processen. Förmågan att suga mat skulle ha gjort tänder, vars utveckling kräver mycket energi att växa, onödigt. Förlusten av tänder verkar då ha satt det evolutionära stadiet för baleen, som forskarna uppskattar uppstod cirka 5 till 7 miljoner år senare.
Peredo och Pyenson ser att man studerar valutveckling som nyckeln till att förstå deras överlevnad i dagens snabbt föränderliga hav. Liksom uppkomsten av baleen är tandförlust hos valar bevis på anpassningsförmåga, vilket tyder på att valar kanske kan anpassa sig till utmaningar som ställs i havet idag. Fortfarande, Peredo varnar, evolutionära förändringar kan vara långsamma för de största valarna, som har lång livslängd och tar lång tid att reproducera.
”Med tanke på omfattningen och graden av förändringar i havet idag vet vi inte exakt vad det kommer att innebära för alla olika arter av filtermatande valar”, sa han. ”Vi vet att de har förändrats tidigare. Det handlar bara om huruvida de kan hålla jämna steg med vad oceanerna gör—och vi förändrar oceanerna ganska snabbt just nu.”
# # #
anmärkning till redaktörer: Multimedia, inklusive foton, kan hittas via Dropbox här (lösenord: baleen).