De ogen van zoogdieren onthullen een donker verleden

gedurende meer dan 100 miljoen jaar domineerden dinosaurussen het daglicht, met warmte van de zon waardoor ze konden gedijen. De nacht zou daarom kleine, meestal insectenetende zoogdieren de beste kans hebben gegeven om te jagen zonder de volgende maaltijd van een dinosaurus te worden.

vroege zoogdieren, die in de schaduw van de dinosauriërs ontstonden, zouden voornamelijk nachtdieren hebben geleefd., Zoogdieren ontwikkelden scherpe reuk-en gehoorzin en, ten koste van een bepaald vermogen om in kleur en met een hogere resolutie te zien, ontwikkelden hun ogen aanpassingen die hun zicht in het donker verbeterden: Grotere pupillen die meer licht in het oog toelaten; grotere aantallen staafcellen, de fotoreceptoren die nodig zijn om in zwak licht te zien; en een reflecterende laag weefsel genaamd de tapetum lucidum, die de lichtabsorptie door het netvlies verhoogt.,door het bestuderen van de ogen en genen van moderne dieren, en door te gluren in het fossielenbestand, zijn wetenschappers begonnen te achterhalen hoe lang zoogdieren beperkt waren tot de nacht en hoe deze periode de visuele systemen van de hedendaagse zoogdieren vormde. Dergelijk werk is ook het aanbod inzicht in waarom de menselijke ogen soms wankelen., Hoewel de details nog steeds ter discussie staan, kan het begrijpen van de evolutie van het zicht van zoogdieren tijdens een lange periode van nachtelijkheid wetenschappers ook helpen om te voorspellen hoe moderne zoogdieren zich zouden kunnen aanpassen als de toenemende lichtvervuiling en menselijke activiteit sommige dagdieren dwingt om de nacht terug te winnen.”What we have with mammals today is a radiation of organisms that evolved the quintessential features of their sensory systems in a nighturnal setting,” says Christopher Kirk, a biological antropoloog at the University of Texas at Austin., “Honderd miljoen jaar nachtelijkheid — ik heb het eerder gezegd En Ik zal het nogmaals zeggen-het heeft gevolgen.in zijn monografie uit 1942, the Vertebrate Eye and its Adaptive Radiation, stelde Gordon Walls, een bioloog aan de toenmalige Wayne University in Detroit, Michigan, dat er een langere periode van nachtleven was geweest tijdens de vroege evolutie van zoogdieren, om te verklaren waarom de ogen van zoogdieren neigen te verschillen van die van andere gewervelde dieren. Het idee werd bekend als de ‘nachtelijke bottleneck’ hypothese.,

veel zoogdierkwaliteiten kunnen worden verklaard door een geschiedenis van nachtelijkheid. Naast het hebben van grote hoornvliezen en pupillen om de hoeveelheid licht die het oog kan binnenkomen te maximaliseren, hebben de ogen van zoogdieren minder afstand tussen de lens en het netvlies dan de ogen van veel gewervelde dieren, wat de lens helpt om een helder beeld op het netvlies te projecteren bij zwak licht. Er zijn ook minder soorten photoreceptorcel voor het ontdekken van kleuren (bekend als kegelcellen)., En de ogen van de meeste zoogdieren — hoewel met name niet die van mensen of bepaalde andere primaten — missen een fovea, een gebied van het netvlies rijk aan kegelcellen dat scherp en gedetailleerd zicht biedt aan vissen, vogels en reptielen die overdag jagen. “De meeste zoogdierogen zijn niet zo goed als voor vogels of hagedissen, of zelfs voor rifvissen”, zegt Lars Schmitz, evolutionair bioloog aan het Claremont McKenna College in Californië.

in het afgelopen decennium hebben onderzoekers nieuwe instrumenten en benaderingen gebruikt om gegevens te verzamelen om de nachtelijke bottleneckhypothese te ondersteunen., In 2012 analyseerden Kirk en zijn collega ‘ s de oogmorfologie van 266 soorten zoogdieren uit 23 orden1. Ze vonden dat er weinig variatie in vorm was, ongeacht of de soort actief was gedurende de dag, de nacht of beide. Dat onderscheidde zoogdieren van vogels en hagedissen, waarvan de oogvormen meer verschillen tussen nachtdieren en dagdieren soorten. De ogen van zoogdieren leken op die van nachtelijke vogels en hagedissen, met uitzondering van mensen en nauw verwante apen en apen., Kirk suggereert dat dit komt omdat sommige zoogdieren’ ogen zijn waarschijnlijk begonnen met ‘re-evolueren’ functies nuttig voor het dagelijks leven nadat ze verlaten van een nachtelijke levensstijl.

onderzoekers ontwikkelen een duidelijker beeld van wanneer deze periode van nachtelijkheid plaatsvond en hoe lang deze duurde. In 2017 suggereerde een groep in de Verenigde Staten dat de voorouders van zoogdieren dagdieren waren., Ze gebruikten fossiel bewijs om aan te tonen dat, ongeveer 385 miljoen jaar geleden (net voordat gewervelde dieren uit het water kwamen op land2), de ogen van gewervelde dieren verdrievoudigd in grootte en verplaatst van de zijkanten naar de toppen van hun hoofd. Door deze aanpassingen konden vroege gewervelde dieren veel verder zien en jagen met hun ogen boven het water, zoals krokodillen dat doen. Dit zou het meest voordelig zijn geweest in sterk licht, zegt Roi Maor, een zoogdier ecoloog aan de Universiteit van Tel Aviv in Israël en University College London — suggereert dat vroege gewervelde dieren actief waren in de dag.,

Er moet iets veranderd zijn voor zoogdieren om nachtelijk gedrag aan te nemen. Eind 2017 presenteerde een groep onderzoekers, waaronder Maor, bewijs voor wat dat zou kunnen zijn. Het team gebruikte gegevens over patronen van dagelijkse activiteit voor 2.415 levende zoogdiersoorten om twee potentiële stambomen te reconstrueren-één over 166 miljoen jaar zoogdiersevolutie en de andere 218 miljoen jaar3., De boom met de kortere tijdlijn suggereerde dat zoogdieren overdag een nis begonnen te bezetten nadat het bewind van niet-vogelachtige dinosaurussen werd beëindigd door het Krijt/Paleogeen uitsterven, veroorzaakt toen een asteroïde de Yucatán penninsula insloeg in wat nu Mexico is, ongeveer 66 miljoen jaar geleden. Die studie was de eerste die de activiteit van zoogdieren vaststelde aan een expliciete tijdlijn, zegt Maor, en ondersteunt de hypothese dat vroege zoogdieren tot nachtelijke levensstijlen werden gedreven door de dominantie van de daglichturen van de dinosaurussen.,

het Krijt / Paleogeen uitsterven “was het beste wat er gebeurde voor zoogdieren”, zegt Kirk. “Zonder dit 10 kilometer brede stuk rots dat in de Yucatán botst, wie weet hoe zoogdieren er vandaag de dag uit zouden zien-waarschijnlijk nog steeds gewoon een stelletje kleine feeks-achtige dingen die proberen geen diner te worden.”

grijze zone

niet alle gegevens ondersteunen deze versie van de nachtelijke bottleneck hypothese. Sommige onderzoek, bijvoorbeeld, hints dat er misschien meer overlap tussen de wakende uren van zoogdieren en dinosaurussen dan de hypothese suggereert.,

Er zijn bijvoorbeeld aanwijzingen dat vroege zoogdieren varianten van genen hadden die lichtgevoelige eiwitten, opsins genaamd, coderen, die zijn afgestemd op kleurenzicht. In 2012 werd dit bewijs gebruikt om te suggereren dat de activiteit van zoogdieren niet beperkt was tot de uren van donkerte4. De combinatie van opsins bij dergelijke zoogdieren leek op die bij moderne slangen die actief zijn in zwak licht. Zoogdieren zouden daarom eerder door schemering hebben gejaagd dan volledig nachtelijk zijn geworden.

sommige dinosaurussen waren waarschijnlijk ook buiten en rond nadat de zon onderging, zegt Schmitz., Samen met Ryosuke Motani, een paleobioloog aan de Universiteit van Californië, Davis, bestudeerde hij de fossielen van 33 archosaurs, een groep die dinosaurussen en vliegende reptielen omvat die bekend staan als pterosaurs. Het paar richtte hun analyse op de oogkassen (banen) en sclerale rings5 van de dieren, die botten zijn die de ogen van veel gewervelde dieren omringen.

ze begonnen met het vergelijken van de grootte van sclerale ringen met hun overeenkomstige banen in meer dan 150 moderne dieren, en het correleren van de resulterende verhoudingen met de activiteitenpatronen van de dieren., Ze gebruikten deze informatie om de activiteit van dinosaurussen af te leiden uit de grootte van hun ogen, waardoor ze suggereerden dat bepaalde dinosaurussen daadwerkelijk in het donker rondslingerden. “De meeste dinosaurussen waren overdag actief en de meeste zoogdieren ’s nachts”, zegt Schmitz. “Maar het is waarschijnlijk niet duidelijk.”Zo’ n overlapping zou de opkomst van een bijna 1 meter lang dinosaurus-etend zoogdier ongeveer 130 miljoen jaar geleden kunnen verklaren.

Er is ook bewijs dat, in plaats van zoogdieren die zich terugtrekken in de nacht, het misschien hun voorouders waren die dat deden, zegt Schmitz., In 2014 analyseerde hij samen met Kenneth Angielczyk, een paleobioloog aan het Field Museum of Natural History in Chicago, Illinois, de banen en sclerale ringen van 24 soorten niet-zoogdiersynapsiden — zoogdierachtige reptielen die aan echte zoogdieren voorafgingen. Door de vorm van de ogen te extrapoleren uit de afmetingen van de fossielen, vond het paar aanwijzingen voor nachtelijkheid die meer dan 300 miljoen jaar geleden voorkwam — meer dan 100 miljoen jaar voor de opkomst van zoogdieren6. “Misschien zijn ze de nachtelijke fase nog eerder ingegaan dan we dachten”, zegt Schmitz.,maar Kirk en een aantal andere onderzoekers, waaronder Margaret Hall, een evolutionair bioloog en anatoom aan de Midwestern University in Glendale, Arizona, hebben zich afgevraagd of de afmetingen van banen en sclerale ringen in moderne dieren voldoende informatie bieden om het gedrag van gefossiliseerde wezens te reconstrueren. Hall en Kirk suggereren dat het voorspellen van hoe dieren zien kennis vereist van de grootte van het hoornvlies en de diameter van de oogbol, metingen die onzeker zijn voor lang uitgestorven dieren., “Het verhaal dat we onszelf en elkaar vertellen — dat dinosaurussen zoogdieren op de een of andere manier in een nachtelijke niche dwongen — kan waar zijn,” zegt Hall. “Het is de meest waarschijnlijke gewoon-zodat verhaal dat we kunnen bedenken. Maar er is geen manier om het te weten.”

terugkeer naar duisternis

sommige onderzoekers denken dat de nachtelijke bottleneck de oorzaak kan zijn van sommige problemen die de ogen van de mens beïnvloeden. Bijvoorbeeld, terwijl zoogdieren zich aanpassen aan het nachtleven, lijken ze het mechanisme te hebben verloren waardoor moderne hagedissen en vogels in hun lenzen knijpen om zich te concentreren., Dit maakt mensen kwetsbaarder voor presbyopie, of langzichtigheid, als ze ouder worden. Op dezelfde manier heeft leeftijdsgebonden maculadegeneratie, waarbij een klein deel van het netvlies degradeert, wat resulteert in het verlies van het centrale gezichtsvermogen, zo ‘ n ernstig effect vanwege de manier waarop mensen en andere primaten een scherp zicht kregen: door kegelcellen in de fovea te proppen. Die structuur is waarschijnlijk ontstaan als een aanpassing aan de ontwikkeling van een netwerk van bloedvaten over de basis van het netvlies na de nachtelijke bottleneck., Om te voorkomen dat dit netwerk interfereert met het zicht van hoge scherpte, werden kegelcellen gedwongen om een klein-en daardoor kwetsbaar — gebied te bezetten, zegt Kirk. “Als je vraagt waarom we ons zorgen moeten maken over deze ziekteprocessen, gaat veel ervan terug naar verloren functionaliteit in de bottleneck en alles wat er is gebeurd om dat te compenseren,” zegt hij.

Dit proces van compensatie biedt een glimp van hoe dieren zich kunnen aanpassen aan het leven in omgevingen die helderder en dichter bevolkt worden door mensen. In een meta-analyse van 2018 onderzochten onderzoekers in de Verenigde Staten 76 studies naar de activiteit van 62 soorten zoogdieren op 6 continents7. Zoogdieren die leefden in gebieden met een hoge mate van menselijke verstoring (of in rustigere gebieden in tijden van verhoogde menselijke activiteit, zoals jachtseizoen) waren 36% meer nachtdieren dan de zoogdieren die relatief ongestoord leefden.,

Kaitlyn Gaynor, een natuur-ecoloog aan de Universiteit van Californië-Berkeley, die aan de meta-analyse werkte, zegt dat het moeilijk is voor onderzoekers om elke ecologische consequentie te voorspellen van dieren die van niche veranderen. In de Santa Cruz Mountains van Californië, coyotes wonen in de buurt van populaire wandelgebieden zijn meer nachtdieren geworden en, op zijn beurt, hun dieet is nu meer kans om dieren die ‘ s nachts actief zijn. Dat zal gevolgen hebben voor hun nieuwe prooi, evenals voor de nachtelijke roofdieren, waaronder Vossen, waarmee ze nu concurreren., En het is onduidelijk hoe succesvol andere dagdieren zullen zijn in het communiceren, voeden en vermijden van predatie na het overschakelen naar nachtelijkheid.

naarmate het niveau van menselijke activiteit blijft stijgen, kunnen mensen een verdere nachtelijke bottleneck forceren. “Zoogdieren genieten van het zonlicht sinds de dinosaurussen uitgestorven zijn, maar nu drijven we ze terug naar de nacht,” zegt Gaynor. “We zijn een alomtegenwoordige, angstaanjagende kracht op de planeet — net als de dinosaurussen waren.”