การสร้างโปรตีนที่มองเห็นจากบรรพบุรุษในยุคแรกๆ ของวาฬขึ้นมาใหม่ บ่งบอกว่าพวกมันคือนักดำน้ำใต้ท้องทะเลลึก เทคนิคอันชาญฉลาดนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงความสามารถของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่สูญพันธุ์ไปแล้ว
แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรู้ว่าสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วมีพฤติกรรมอย่างไร ไม่มี Jurassic Park ที่เราสามารถดูพวกมันล่าหรือผสมพันธุ์หรือหลบเลี่ยงผู้ล่าได้ แต่เทคนิคที่กำลังพัฒนากำลังให้รหัสทางสรีรวิทยาแก่นักวิจัยเพื่อถอดรหัสพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์โดยการสร้างและวิเคราะห์โปรตีนของสัตว์ที่สูญพันธุ์ การตายของเซลล์ระดับโมเลกุลนี้สามารถช่วยให้พวกเขาเข้าใจลักษณะที่ไม่ได้บันทึกไว้ในบันทึกฟอสซิล
ในตัวอย่างล่าสุดของการใช้เทคนิคนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย Sarah Dungan ซึ่งทำงานนี้เสร็จในขณะที่นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต (U of T) ในออนแทรีโอได้ฟื้นฟูเม็ดสีที่มองเห็นจากบรรพบุรุษยุคแรกของสัตว์จำพวกวาฬบางตัว . งานวิจัยนี้ทำให้ Dungan และเพื่อนร่วมงานของเธอมีมุมมองใหม่ว่าสัตว์จำพวกวาฬโปรโต-โลโซจะดำรงชีวิตอย่างไรหลังจากเกิดจุดเปลี่ยนทางวิวัฒนาการที่สำคัญ นั่นคือ เวลาประมาณ 55 ถึง 35 ล้านปีก่อน เมื่อสัตว์ที่กลายเป็นวาฬและโลมาละทิ้งโลกไปในที่สุด วิถีชีวิตคืนสู่ท้องทะเล
ความหลงใหลในวิวัฒนาการของปลาวาฬของ Dungan เริ่มขึ้นเมื่อเธออายุได้แปดขวบ ตอนเป็นเด็ก เธอชอบใช้เวลาอยู่ในน้ำและเรียนรู้เกี่ยวกับชีววิทยาทางทะเล พ่อของเธอบอกเธอว่าบรรพบุรุษของปลาวาฬสมัยใหม่เคยอาศัยอยู่บนบก ความคิดที่ว่าสัตว์สามารถเปลี่ยนแปลงจากการอยู่นอกน้ำทั้งหมดเป็นไม่สามารถอยู่ข้างนอกได้นั้นติดอยู่กับเธอ การเรียนรู้เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการของวาฬยุคใหม่ได้เปลี่ยนจากมหาสมุทรสู่ผืนดินและกลับมาอีกครั้ง “ทำให้ฉันทึ่งมาก” เธอกล่าว “กระดาษคือจุดจบของเรื่องราวที่เริ่มต้นเมื่อผมยังเด็ก”
ในปี 2546นักวิจัยของ U of T ได้บุกเบิกเทคนิคในการประกอบโปรตีนที่มองเห็นได้ของสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว พวกเขาใช้เทคนิคนี้กับอาณาจักรสัตว์ต่างๆ เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมว่าสัตว์สูญพันธุ์มองเห็นโลกอย่างไร แต่การศึกษาสัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วนั้นน่าสนใจอย่างยิ่ง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจากพื้นดินสู่มหาสมุทรได้เปลี่ยนอาณาจักรการมองเห็นของสัตว์
ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้เปรียบเทียบสารโรดอปซิน (rhodopsin) ซึ่งเป็นเม็ดสีที่มองเห็นได้ซึ่งมีหน้าที่ในการมองเห็นในที่แสงสลัว จากสัตว์ที่จองช่วงการเปลี่ยนผ่านจากผืนดินสู่มหาสมุทร พวกเขามุ่งความสนใจไปที่สัตว์จำพวกวาฬตัวแรกซึ่งมีชีวิตอยู่เมื่อ 35 ล้านปีก่อนและอาจว่ายโดยใช้กล้ามเนื้ออันทรงพลังที่หางของมัน และสัตว์จำพวกวิปโปมอร์ฟตัวแรก (หนึ่งในสัตว์กลุ่มหนึ่งที่รวมถึงสัตว์จำพวกวาฬและฮิปโป) ซึ่งมีชีวิตอยู่เมื่อ 55 ล้านปีก่อน
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ค้นพบฟอสซิลของสัตว์ทั้งสองชนิดที่สูญพันธุ์ไปแล้ว สำหรับเรื่องนั้นพวกเขาไม่สามารถพูดได้อย่างแม่นยำด้วยซ้ำว่าพวกมันเป็นสายพันธุ์อะไร แต่เทคนิคของ Dungan สามารถสรุปลำดับโปรตีนโบราณได้แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลนี้ก็ตาม วิธีการดังกล่าวเป็นไปตามเกล็ดขนมปังวิวัฒนาการที่หลงเหลืออยู่ในโปรตีนของสัตว์สมัยใหม่ เพื่อค้นหาว่ารูปแบบโบราณจะมีลักษณะอย่างไร แม้จะไม่มีกระดูกของสปีชีส์ก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบโปรตีนที่คาดคะเนของวิปโปมอร์ฟตัวแรกกับซีตาเชียนตัวแรก นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมความแตกต่างเล็กน้อยในการมองเห็นของพวกมันได้ ความแตกต่างในการมองเห็นเหล่านี้อาจสะท้อนถึงความแตกต่างในพฤติกรรมของสัตว์
Dungan กล่าวว่า “มีเพียงสิ่งเดียวที่คุณสามารถเรียนรู้ได้จากหลักฐานฟอสซิล “แต่ตาเป็นหน้าต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม”
Dungan และทีมงานของเธอใช้ต้นไม้วิวัฒนาการและโครงสร้างโรโดปซินที่รู้จักจากสัตว์จำพวกวาฬสมัยใหม่ Dungan และทีมของเธอสร้างแบบจำลองเพื่อทำนายความแตกต่างของสัตว์โบราณ พวกเขาผลิตเม็ดสีที่มองเห็นได้ในห้องแล็บโดยการดัดแปลงพันธุกรรมเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เพาะเลี้ยงและทดสอบแสงที่พวกมันไวต่อแสงที่สุด นักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิปโปมอร์ฟโบราณแล้ว สัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วน่าจะมีความไวต่อความยาวคลื่นแสงสีน้ำเงินมากกว่า แสงสีน้ำเงินแทรกซึมลงไปในน้ำได้ลึกกว่าสีแดง ดังนั้นผู้ที่อาศัยอยู่ในทะเลลึกยุคใหม่ ซึ่งรวมถึงปลาและสัตว์จำพวกวาฬจึงมีการมองเห็นที่ไวต่อแสงสีฟ้า การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าสัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วกำลังสบายตัวอยู่ในทะเลลึก
นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่า rhodopsin รุ่นของสัตว์จำพวกวาฬโบราณปรับตัวเข้ากับความมืดได้อย่างรวดเร็ว ตาของสัตว์จำพวกวาฬสมัยใหม่ปรับเข้ากับแสงสลัวได้อย่างรวดเร็ว ช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่ไปมาระหว่างพื้นผิวสว่างที่มันหายใจกับส่วนลึกมืดที่มันกินอาหาร การค้นพบนี้เป็น “สิ่งที่ปิดผนึกข้อตกลงอย่างแท้จริง” Dungan กล่าว
จากการค้นพบของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสัตว์จำพวกวาฬในยุคแรกเริ่มอาจบินไปยังแดนสนธยาของมหาสมุทรซึ่งสูงระหว่าง 200 ถึง 1,000 เมตร สายตาเป็นสิ่งสำคัญในระหว่างการดำน้ำ สัตว์จำพวกวาฬโบราณไม่สามารถเปล่งเสียงก้องได้เหมือนโลมา ดังนั้นพวกมันจึงต้องพึ่งพาการมองเห็นเป็นอย่างมาก
Lorian Schweikert นักประสาทวิทยาจาก University of North Carolina Wilmington ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าวว่าการค้นพบนี้น่าประหลาดใจมาก เธอคิดว่าสัตว์จำพวกวาฬตัวแรกน่าจะอยู่ใกล้ผิวน้ำ “เริ่มต้นจากจุดต่ำสุด ตอนนี้เรามาถึงแล้ว” เธอพูดติดตลก โดยพาดพิงถึงเพลงฮิตของ Drake
Schweikert กล่าวว่าการศึกษาสรีรวิทยาของดวงตาเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือในการอนุมานนิเวศวิทยาของสัตว์ เนื่องจากโปรตีนที่มองเห็นจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนแปลงที่หายากมักจะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม
ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดของ Dungan และงานของเพื่อนร่วมงานของเธอ Schweikert กล่าวคือมันอธิบายเพิ่มเติมถึงลำดับที่วิวัฒนาการของพฤติกรรมการดำน้ำที่รุนแรงของสัตว์จำพวกวาฬ การวิจัยของ rhodopsin สร้างขึ้นจากงานก่อนหน้านี้ที่วาดภาพที่คล้ายกัน ในการศึกษาก่อนหน้านี้นักวิจัยได้สร้างไมโอโกลบินโบราณขึ้นใหม่ และแสดงให้เห็นว่าสัตว์จำพวกวาฬในยุคแรกเริ่ม “เพิ่มปริมาณออกซิเจนในกล้ามเนื้อมากเกินไป” ขณะที่พวกมันกลั้นหายใจ ซึ่งเป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าพวกมันเป็นนักดำน้ำที่มีความสามารถ การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งซึ่งครั้งนี้เกี่ยวกับนกเพนกวินโบราณ แสดงให้เห็นว่าเมื่อนกมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่สิ่งมีชีวิตในทะเล ฮีโมโกลบินของพวกมันจะพัฒนากลไกเพื่อจัดการออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
Dungan และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังส่งกระดาน Ouija ระดับโมเลกุลเพื่อคืนชีพ rhodopsin จากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ค้างคาว และ archosaurs ยุคแรกสุด สิ่งนี้จะช่วยให้พวกเขาเข้าใจว่าการออกหากินเวลากลางคืน การมุดดิน และการบินมีวิวัฒนาการอย่างไร
วิธีการคือ “สนุกจริงๆ” Schweikert กล่าว “คุณกำลังพยายามค้นหาอดีตเพื่อทำความเข้าใจว่าสัตว์เหล่านี้มีวิวัฒนาการอย่างไร ฉันชอบที่เราสามารถมองวิสัยทัศน์เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ได้”
