i mer än 100 miljoner år dominerade dinosaurierna dagsljuset, med värme från solen som gjorde det möjligt för dem att trivas. Natten kan därför ha gett små, mestadels insektsätande däggdjur den bästa möjligheten att jaga utan att bli en Dinosaurs nästa måltid.
tidiga däggdjur, som uppstod i dinosauriernas skugga, tros ha levt huvudsakligen nattliga liv., Däggdjur utvecklade skarpa sinnen av lukt och hörsel och på bekostnad av viss förmåga att se i färg och med högre upplösning utvecklade deras ögon anpassningar som förbättrade deras syn i mörkret: större elever som tillåter mer ljus att komma in i ögat; större antal stångceller, de fotoreceptorer som krävs för att se i svagt ljus; och ett reflekterande skikt av vävnad som kallas tapetum lucidum, vilket ökar ljusabsorptionen av näthinnan.,
genom att studera moderna djurs ögon och gener, samt kika in i fossilregistret, har forskare börjat pussla ihop hur länge däggdjur var begränsade till natten och hur denna period formade de visuella systemen hos dagens däggdjur. Sådant arbete är också erbjudanden inblick i varför mänskliga ögon ibland vacklar., Även om detaljerna kvarstår för debatt, kan förstå utvecklingen av däggdjursvision under en längre period av nocturnalitet också hjälpa forskare att förutsäga hur moderna däggdjur kan anpassa sig, eftersom ökad ljusförorening och mänsklig aktivitet driver några dygnsdjur för att återta natten.
”vad vi har med däggdjur idag är en strålning av organismer som utvecklade de väsentliga egenskaperna hos deras sensoriska system i en nattlig miljö”, säger Christopher Kirk, en biologisk antropolog vid University of Texas i Austin., ”Hundra miljoner år av nocturnalitet-jag har sagt det tidigare och jag säger det igen — det har konsekvenser.”
födelsen av en hypotes
i hans 1942 monografi, ryggradsdjur ögat och dess Adaptiv strålning, Gordon Walls, en biolog vid dåvarande Wayne University i Detroit, Michigan, föreslog att det hade varit en långvarig period av nattliga levande under den tidiga utvecklingen av däggdjur, för att förklara varför däggdjur ögon tenderar att skilja sig från andra ryggradsdjur. Idén blev känd som ”nattliga flaskhals” hypotes.,
många däggdjur kan förklaras av en historia av nocturnalitet. Förutom att ha stora hornhinnor och elever för att maximera mängden ljus som kan komma in i ögat, har däggdjurens ögon mindre avstånd mellan linsen och näthinnan än många ryggkotornas ögon, vilket hjälper linsen att projicera en ljus bild på näthinnan i svagt ljus. Det finns också färre typer av fotoreceptorcell för att upptäcka färger (känd som konceller)., Och de flesta däggdjurs ögon — även om det inte är människor eller vissa andra primater-saknar fovea, ett område av näthinnan rik på konceller som ger skarp och detaljerad syn till fisk, fåglar och reptiler som jagar under dagen. ”De flesta däggdjursögon är inte upp till snus som de är för fåglar eller ödlor, eller till och med revfiskar”, säger Lars Schmitz, en evolutionär biolog på Claremont McKenna College i Kalifornien.
under det senaste decenniet har forskare använt nya verktyg och metoder för att samla in data för att hjälpa till att stärka den nattliga flaskhalshypotesen., År 2012 analyserade Kirk och hans kollegor ögonmorfologierna för 266 arter av däggdjur från 23 order1. De fann att det fanns liten variation i form, oavsett om arten var aktiv under dagen, natten eller båda. Att skilja däggdjur från fåglar och ödlor, vars ögonformer skiljer sig mer mellan nattliga och dygnliga arter. Däggdjur ögon tenderade att likna nattliga fåglar och ödlor, med undantag för människor och närbesläktade apor och apor., Kirk föreslår att detta beror på att vissa däggdjurs ögon sannolikt kommer att ha börjat ”återutveckla” funktioner som är användbara för dagligt boende efter att de övergav en nattlig livsstil.
forskare utvecklar en tydligare uppfattning om när denna period av nocturnalitet inträffade och hur länge det varade. År 2017 föreslog en grupp i USA att förfäderna till däggdjur var dagliga., De använde fossila bevis för att visa att för omkring 385 miljoner år sedan (precis innan ryggradsdjur kom ut ur vattnet på land2) tredubblades vertebraternas ögon i storlek och flyttade från sidorna till toppen av huvudet. Dessa anpassningar gjorde det möjligt för tidiga ryggradsdjur att se mycket längre och att jaga med ögonen som kikar över vattnet, som krokodiler gör. Detta skulle ha varit mest fördelaktigt i starkt ljus, säger Roi Maor, en däggdjursekolog vid Tel Aviv University i Israel och University College London — vilket tyder på att tidiga ryggradsdjur var aktiva på dagen.,
något måste ha förändrats för däggdjur att anta nattliga beteende. I slutet av 2017 presenterade en grupp forskare inklusive Maor bevis för vad det kan vara. Teamet använde data om mönster av daglig aktivitet för 2 415 levande arter av däggdjur för att rekonstruera två potentiella familjeträd-en som spänner över 166 miljoner år av däggdjursevolutionär historia och de andra 218 miljoner åren3., Trädet med kortare tidslinje föreslog att däggdjur började ockupera en dagtid nisch efter regeringstiden av icke-flygande dinosaurier avslutades med Krita/Palaeogene utrotning, som utlöses när en asteroid som slog Yucatán penninsula i vad som nu är Mexiko, omkring 66 miljoner år sedan. Den studien var den första som pekade på däggdjursaktivitetsmönster till en explicit tidslinje, säger Maor, och stöder hypotesen att tidiga däggdjur drevs till nattliga livsstilar av dinosauriernas dominans av dagsljus timmar.,
krita / Palaeogene utrotning ”var det bästa som hände för däggdjur”, säger Kirk. ”Utan denna 10 kilometer breda bit av sten som slår in i Yucatán, vem vet hur däggdjur skulle se ut idag-förmodligen fortfarande bara en massa små shrewliknande saker som försöker att inte bli middag.”
gråzon
inte alla bevis stöder dock denna version av den nattliga flaskhalshypotesen. Viss forskning tyder till exempel på att det kan ha varit mer överlappning mellan de vakna timmarna av däggdjur och dinosaurier än hypotesen antyder.,
det finns till exempel bevis för att tidiga däggdjur hade varianter av gener som kodar för ljuskänsliga proteiner som kallas opsiner, vilka är inställda för färgseende. Under 2012 användes detta bevis för att däggdjurs aktivitet kanske inte hade begränsats till mörka timmar4. Kombinationen av opsiner i sådana däggdjur liknade det i moderna ormar som är aktiva i svagt ljus. Däggdjur kan därför ha jagat av twilight i stället för att bli helt nattliga.
vissa dinosaurier var förmodligen också ute och om efter solen gick ner, säger Schmitz., Tillsammans med Ryosuke Motani, en palaeobiolog vid University of California, Davis, studerade han fossil av 33 archosaurs, en grupp som innehåller dinosaurier och flygande reptiler som kallas pterosaurs. Paret fokuserade sin analys på djurens ögonuttag (banor) och sklerala ringar5, som är ben som omger ögonen på många ryggradsdjur.
de började genom att jämföra storleken på sklerala ringar med deras motsvarande banor i mer än 150 moderna djur och korrelera de resulterande förhållandena med djurens aktivitetsmönster., De använde sedan denna information för att dra slutsatsen av dinosauriernas aktivitet från deras ögon, vilket ledde dem att föreslå att vissa dinosaurier faktiskt prowled mörkret. ”De flesta dinosaurier var aktiva under dagen och de flesta däggdjur var aktiva under natten”, säger Schmitz. ”Men det är förmodligen inte klart.”En sådan överlappning kan bidra till att förklara uppkomsten av ett nästan 1 meter långt dinosaurieätande däggdjur för omkring 130 miljoner år sedan.
det finns också bevis för att det, snarare än däggdjur som återvänder till natten, kunde ha varit deras förfäder som gjorde det, säger Schmitz., I 2014, Han och Kenneth Angielczyk, en palaeobiolog på Field Museum of Natural History i Chicago, Illinois, analyserade banor och sklerala ringar av 24 arter av icke-däggdjur synapser — däggdjur-liknande reptiler som föregick sanna däggdjur. Genom att extrapolera ögonformen från fossilernas dimensioner fann paret bevis på nocturnalitet som inträffade för mer än 300 miljoner år sedan – mer än 100 miljoner år före uppkomsten av mammals6. ”De kan ha gått in i nattfasen ännu tidigare än vi trodde,” säger Schmitz.,
men Kirk och flera andra forskare, inklusive Margaret Hall, en evolutionär biolog och anatomist vid Midwestern University i Glendale, Arizona, har ifrågasatt om storleken på banor och sklerala ringar i moderna djur ger tillräckligt med information för att rekonstruera beteendet hos fossiliserade varelser. Hall och Kirk föreslår att förutsäga hur djur ser kräver kunskap om hornhinnans storlek och ögonbollens diameter, mätningar som är osäkra för långutdöda djur., ”Historien vi alla berätta för oss själva och varandra – att på något sätt dinosaurier tvingade däggdjur i en nattlig nisch-kan vara sant,” Hall säger. ”Det är den mest sannolika just-så historien vi kan komma med. Men det finns inget sätt att veta.”
återgå till mörkret
vissa forskare tror att den nattliga flaskhalsen kan vara roten till några av de problem som påverkar mänskliga ögon. Till exempel, när man anpassar sig till nattliga levande, verkar däggdjur ha förlorat mekanismen genom vilken moderna ödlor och fåglar klämmer sina linser för att fokusera., Detta gör människor mer sårbara för presbyopi eller långsynthet, när de åldras. På samma sätt har åldersrelaterad makuladegenerering, där en liten region av näthinnan försämras, vilket resulterar i förlust av central vision, en sådan allvarlig effekt på grund av hur människor och andra primater förvärvade synskärpa: genom att klämma konceller i fovea. Denna struktur uppstod förmodligen som en anpassning till utvecklingen av ett nätverk av blodkärl över näthinnans botten efter den nattliga flaskhalsen., För att undvika detta nätverk som stör synskärpa, var konceller tvungna att uppta ett litet och därför sårbart område, säger Kirk. ”När du frågar varför vi måste oroa oss för dessa sjukdomsprocesser i första hand, går mycket av det tillbaka till förlorad funktionalitet i flaskhalsen och allt som hände för att kompensera för det”, säger han.
moderna däggdjur som den europeiska bävern (Castorfiber) är ofta aktiva på natten i stadsområden.,Credit: Geslin Laurent
den kompensationsprocessen ger en glimt av hur djur kan anpassa sig till livet i miljöer som blir ljusare och tätare befolkade av människor. I en metaanalys 2018 undersökte forskare i USA 76 studier av aktiviteten hos 62 arter av däggdjur på 6 kontinenter7. Däggdjur som bodde i områden med hög mänsklig störning (eller i tystare områden vid tider av ökad mänsklig aktivitet, såsom jaktsäsong) var 36% mer nattliga än de som levde relativt ostörda.,
Kaitlyn Gaynor, en djurlivsekolog vid University of California, Berkeley, som arbetade med metaanalysen, säger att det är svårt för forskare att förutsäga varje ekologisk följd av djur som byter nischer. I Santa Cruz – bergen i Kalifornien har prärievargar som bor nära Populära vandringsområden blivit mer nattliga och i sin tur är deras kost nu mer sannolikt att inkludera djur som är aktiva på natten. Det kommer att få konsekvenser för deras nya byte, liksom nattliga rovdjur, inklusive rävar, som de nu konkurrerar med., Och det är oklart hur framgångsrika andra dygnsdäggdjur kommer att vara vid kommunikation, utfodring och undvikande av predation efter byte till nocturnalitet.
eftersom nivåerna av mänsklig aktivitet fortsätter att öka kan människor tvinga fram ytterligare en nattlig flaskhals. ”Däggdjur har njuter av solljuset sedan dinosaurierna gick utdöd, men nu kör vi dem tillbaka in i nattetid”, säger Gaynor. ”Vi är en allestädes närvarande, skrämmande kraft på planeten-ungefär som dinosaurierna var.”