Fuglestemmen er en av de slagene i dyreriket

Denne mannlige flekkete blåhåret sprenger i sangen ved å aktivere et orgel dypt i halsen.

Hans Glader / Minden Bilder

Fuglestemmen er en av de slagene i dyreriket

Av Elizabeth PennisiOct. 5, 2018, 16:30

Den melodiøse samtalen fra mange fugler kommer fra et mystisk organ begravd dypt inne i kistene deres: en enestående stemmeboks kalt en syrinx. Nå har forskere konkludert med at denne stemmeboksen utviklet seg bare en gang, og at den representerer et sjeldent eksempel på en ekte evolusjonær nyhet.

Det er noe som kommer ut av ingenting, sier Denis Duboule, en genetiker ved Universitetet i Genève i Sveits som ikke var involvert i arbeidet. Det er ingenting som ser ut som en syrinx i noen beslektede dyregrupper i virveldyr. Dette er veldig bisart.

Reptiler, amfibier og pattedyr har alle strupehode, en stemmeboks øverst i halsen som beskytter luftveiene. Vevsfoldinger der stemmebåndene kan også vibrere for at mennesker skal kunne snakke, griser til grynn og løver å brøle. Fugler har strupehodene også. Men orgelet de bruker for å synge melodiene er lavere nede der vindpipen deler seg for å gå inn i de to lungene. Syrinx, oppkalt i 1872 etter en gresk nymfe som ble omdannet til rør, har en lignende struktur: Begge er rør støttet av brusk med vevfoldinger.

Den eldste kjente syrinx tilhører en fuglefossil som er rundt 67 millioner år gammel; at omtrent samme tid ble alle moderne fuglegrupper etablert. For å finne ut hvor det bisarre orgelet kom fra, samlet Julia Clarke, en paleontolog ved University of Texas i Austin, som fant syrinx-funnet i 2013, et team av utviklingsbiologer, evolusjonsbiologer og andre forskere. Gruppen kjempet mot litteraturen og sammenlignet anatomi, genetikk og utvikling av fuglesyrinxer og strupehoder fra en rekke moderne reptiler. Organene er ganske forskjellige enda mer enn tidlige biologer trodde dde oppdaget. For å jobbe stemmebåndene er strupehodene avhengige av muskler som fester seg til det organet cart cart cart er brusk. Men syrinx er avhengig, i det minste delvis, av muskler som i andre dyr strekker seg fra baksiden av tungen til beinene som forbinder armene til kroppen.

Et 3D-bilde av hvor vindpipen deler seg for å gå inn i lungene, viser hvor forseggjort krysset ble hos fugler (til høyre) sammenlignet med alligatorer (til venstre), noe som resulterer i en ny aviær stemmeboks.

Julia Clarke et al.

De to organene ser også ut til å utvikle seg annerledes. Strupehodet er laget av en blanding av mesoderm og nevrale celleceller, som utgjør henholdsvis muskler og noen ansiktsben og nerveceller. Men syrinx er laget av bare mesoderm celler det er ingen nevrale crest celler involvert. Det presenterer et ganske interessant sjeldent tilfelle av hvordan nye strukturer og utviklingsprogrammer utvikler seg, sier Clarke. Disse forskjellene resulterte imidlertid fortsatt i organer med samme funksjon.

Clarke og hennes kolleger mistenker at forfedrene til moderne fugler også hadde strupehode. Så, på et tidspunkt før fugler ble fugler, utvidet brusk i vindpipen rett over lungene seg og dannet syrinx. Denne utvidelsen kan i utgangspunktet ha gitt ekstra støtte for oppdelingen i vindpipen; etter hvert utviklet det ringer av muskler som muliggjorde det komplekse aviære lydrepertoaret som høres i dag. Over millioner av år overtok syrinx lydproduksjon fra strupehodet, muligens fordi syrinx var mer allsidig når det gjaldt å produsere et bredt utvalg av lyder

Trush sang

Dette betyr at syrinx er en evolusjonær nyhet, rapporterte Clarke og hennes kolleger forrige uke i Proceedings of the National Academy of Sciences. Ekte nyheter i evolusjonen er vanskelig å få til. Det er nyvinninger - nye egenskaper eller nye strukturer - som oppstår uten noen klare tilknytning til eksisterende egenskaper eller strukturer. De fleste tidligere mistenkte nyheter, for eksempel fingre og tær hos landdyr, har vist seg å være et resultat av evolusjonen som fikset med noe som allerede finnes, som fiskefinner for fingre og tær.

Slike nye innovasjoner kan "utløse ytterligere evolusjonære skritt, " sier Johannes Müller, en paleozoolog ved Museum of Natural History i Berlin. Ved å la sanger bli mer komplekse, legger han til, kunne syrinx ha fått fugler med nye varianter av sangene sine til å dele seg opp i nye arter.

Og studien kan ha implikasjoner utover fugleinfester. Atferdsøkolog Richard Vogt fra National Institute of Amazonian Research i Manaus, Brasil, sier det gir ham et utgangspunkt for å søke etter strukturene som lager lyder i skilpadder. Siden 2008 har Vogt og bevaringsbiolog Camila Rudge Ferrara fra Wildlife Conservation Society i Manaus vist at skilpadder, særlig sosiale arter, lager en rekke lyder, selv i eggesakene deres. Det er foreløpig uklart om de bruker strupehodet eller genererer disse lydene bare i munnen.

Turtle lyder

Verken skilpadder eller de senere utviklende krokodillene har en syrinx, sier Nicolas Mathevon, etolog ved University of Lyon / St. Etienne i Frankrike, som studerer lydene krokodiller og deres pårørende - de eneste moderne representantene for dinosaurer bortsett fra fugler - lager. Krokodiller avviket fra fugler for 240 millioner år siden, og mange er berømte for sine samtaler.

Caiman ringe

Men crocs har en veldig grunnleggende strupehode, med strukturer som vibrerer i luftstrømmen. Hvis syrinx utviklet seg etter hvert som fugler ble til, kan “noen dinosaurer ha hatt to lydkilder, ” sier Mathevon. "Kanskje en dag vil vi finne et fossil av en dinosaur med strupehodet sammen med en syrinx."