היונקים שהעלו את הטמפרטורה

בימי החורף הקרים, שנראים כרגע רחוקים כל כך, החתולה שלי אוהבת להתכרבל יחד איתי מתחת לשמיכה. חום הגוף שלי מצטרף לשלה, וכך גם לי וגם לה נעים וחם.

זאת משום שחתולים, כמו בני אדם, הם יונקים, וליונקים יש "דם חם". או, במינוח מדעי יותר, יונקים הם אנדותרמיים או הומאותרמיים: הם שומרים על טמפרטורת גוף קבועה, בעזרת תהליכים פנימיים של חילוף חומרים. התכונה הזו לא מאוד נפוצה בעולם החי. חוץ מליונקים יש אותה גם לציפורים, אך בעלי חיים אחרים – זוחלים, דגים וגם רכיכות וחרקים – הם אקטותרמיים או פויקילותרמיים. זה אומר שטמפרטורת הגוף שלהם משתנה ומושפעת מהסביבה. כשלטאה, למשל, שוכבת על סלע בשמש, היא מעלה את הטמפרטורה שלה.

העובדה שיונקים הם אנדותרמיים השפיעה מאוד על האבולוציה שלהם, כלומר שלנו. טמפרטורת גוף קבועה וגבוהה יחסית מאפשרת חילוף חומרים מהיר והוצאה של יותר אנרגיה – כך שיונקים יכולים להיות זריזים ופעילים מאוד. הם יכולים גם לחיות במקומות קרים, שבהם יהיה קשה לבעלי חיים אקטותרמיים לשרוד או לצאת לחפש מזון בלילה. הפרווה והשיער, מהמאפיינים הבולטים ביותר של היונקים, התפתחו כדרך לבודד את הגוף מהסביבה, וכך לא לאבד יותר מדי חום.

מתי פיתחו היונקים את אותה תכונה חשובה? על כך קשה מאוד לענות, שכן טמפרטורה לא משאירה סימנים ברורים בעצמות, ולא נראית במאובנים. חוקרים רבים ניסו לקבוע באיזה שלב במהלך האבולוציה שלנו הופיעו לראשונה בעלי חיים אנדותרמיים, ובחנו לשם כך את הראיות להימצאותה של פרווה, לפעילות בלילה ועוד. אלא שגם אלו שאלות לא פשוטות, והתשובות שיש בידינו לא תמיד מתיישבות זו עם זו.

במחקר חדש, חוקרים מאירופה ומארצות הברית הציעו דרך חדשה לענות על השאלה: בעזרת התעלות הקשתיות, מבנים עדינים המצויים באוזן ועוזרים לנו לשמור על שיווי משקל. לפי הממצאים שלהם, האנדותרמיות הופיעה בשושלת שלנו בתור הטריאס, לפני כ-233 מיליוני שנים.

יונקים עם תעלות קטנות

התעלות הקשתיות (Semicircular canals) הן שלוש תעלות קטנות בצורת קשת, שניצבות בזווית ישרה זו לזו, ונמצאות באוזן הפנימית. הן מלאות בנוזל אנדולימפה, שנע כאשר הראש זז. תנועתו של הנוזל מפעילה קולטנים ששולחים למוח מידע על המהירות והזווית של אותה תזוזה.

לכל החולייתנים - דגים, דו-חיים, זוחלים, יונקים ועופות - יש תעלות קשתיות. אך הגודל של התעלות הללו משתנה. הוא קשור לגודל הגוף, כמובן: לעכבר יהיו תעלות קטנות יותר מאשר לפיל. אבל זהו אינו הגורם היחיד המשפיע עליהן. רומיין דיוויד (David), אחד החוקרים שהובילו את המחקר החדש, שם לב שהתעלות של היונקים קטנות יותר, ביחס לגודל גופם, מהתעלות של חולייתנים אחרים. "כריש הלווייתן הוא בעל החיים עם התעלות הקשתיות הגדולות ביותר בעולם החי, הרבה יותר גדולות מהתעלות של לווייתנים", אמר אמר דיוויד בריאיון לכתב העת המדעי Science. "חשבתי, 'אולי יש לזה קשר לטמפרטורת הגוף'".

הקשר, שיערו החוקרים, נוגע לנוזל האנדולימפה שבתוך התעלות. ככל שהנוזל חם יותר, הוא פחות צמיג, וזה משנה את התגובה שלו לתזוזות של הראש. כדי לפצות על כך, מבנה וגודל התעלות משתנים כאשר הטמפרטורה עולה.

כדי לבסס את השערתם, החוקרים בחנו את התעלות הקשתיות באוזניהם של 277 מיני חולייתנים החיים כיום. הם גילו שאכן, ליונקים היו תעלות קצרות וצרות יותר בהשוואה לזוחלים ולדגים האקטותרמיים, או "בעלי דם קר".

החוקרים בחנו מבנה וצורה של רקמות רכות ועצמות באוזניים של מינים קיימים כדי להסיק אם מין מאובן היה אנדותרמי או אקטותרמי. מבנה האוזן הפנימית של קוף הסנאי, עצמות (כחול) ורקמות רכות (אדום) | Romain David, University of Witwatersrand

טמפרטורה קבועה באקלים משתנה

בשלב הבא, החוקרים בחנו את התעלות הקשתיות ב-64 מינים מאובנים, ביניהם יונקים ומינים שנחשבים כאבותיהם של היונקים, כמו גם זוחלים קדומים יותר. הם גילו, כצפוי, שלמינים המוקדמים ביותר היו תעלות בגודל שנראה אצל זוחלים. בשלב מסוים, עם זאת, התעלות החלו להתכווץ, ועשו זאת במהירות רבה: בתוך כמיליון שנה בלבד, הרף עין אבולוציוני, הן הגיעו לממדים שאנחנו רואים אצל יונקים מודרניים. השינוי התרחש לפני כ-233 מיליוני שנה, בקבוצה שנקראת Mammaliamorphs, וכוללת את אבותיהם הישירים של היונקים וגם מינים קרובים להם. התכווצות התעלות הייתה ניכרת במיוחד, גם בתוך קבוצה זו, אצל מינים שנמצאים בשושלת היונקים.

החוקרים הסיקו מהממצאים שזהו השלב שבו אבותינו הקדומים הפכו לאנדותרמיים, והחלו לשמור על טמפרטורת גוף קבועה. השינוי, הם אומרים, היה מהיר וחד מהצפוי. "אנחנו לא רק יכולים לקבוע מתי האנדותרמיה החלה", אמר ריקרדו ארואז'ו (Araújo), שהוביל את המחקר יחד עם דיוויד, "אנחנו יכולים להגיד מתי האקטותרמיה נעלמה מהשושלת של היונקים".

מדוע הופיעו המינים האנדותרמיים הראשונים דווקא אז? החוקרים משערים שזה קשור לשינויים אקלימיים שהתרחשו באותה תקופה. "זה היה זמן של שבו הטמפרטורות הגלובליות השתנו לעתים קרובות, וזו גם הייתה תקופה מאוד רטובה, עם הרבה לחות", אמר קנת' אנגלצ'יק (Angielczyk), החוקר הבכיר החתום על המאמר, לאתר Science News. "אחד היתרונות של אנדותרמיה הוא שהיא מייצבת את הסביבה בתוך הגוף, וכך מאפשרת לך לתפקד באופן בלתי תלוי בתנאי הסביבה החיצונית".

הבדלי גודל בין אוזן פנימית (באדום) באבות היונקים בעלי דם חם (שמאל) ובעלי דם קר (ימין). ההשוואה בין חיות דומות בגודלן | Romain David and Ricardo Araújo, University of Witwatersrand

המחלוקת נמשכת

שאלת האבולוציה של האנדותרמיה נתונה במחלוקת כבר שנים רבות. המחקר החדש מציע לה תשובה – אך נותר עדיין לראות עד כמה היא תשכנע את הקהילה המדעית. חוקר המאובנים הבריטי סטיבן ברוסטה (Brusatte), למשל, אמר שהחוקרים נקטו גישה חכמה, אך יש גבול למידע שאפשר להוציא מאוזניים מאובנות, שחסרות את הרקמות הרכות. "הצורה בלבד לא תמיד מספיקה כדי לנבא משהו מורכב כמו טמפרטורת הגוף או קצב חילוף החומרים", סיכם.

נראה, אם כך, שהממצאים החדשים לא יהיו המילה האחרונה בוויכוח הזה. ייתכן שיידרשו לכך מחקרים נוספים, שיתקפו את השאלה מגישות שונות. אם מחקרים כאלה יגיעו למסקנות דומות לאלו של המחקר הנוכחי וימקמו את הופעת האנדותרמיה באותה תקופה ובאותה קבוצה של בעלי חיים, יהיה להם כוח שכנוע גדול יותר. אולי כך, בסופו של דבר, תיושב המחלוקת ונדע מתי החלו אבותינו להעלות את הטמפרטורה שלהם.