การสร้างโปรตีนที่มองเห็นได้จากบรรพบุรุษในยุคแรกๆ ของวาฬ แสดงให้เห็นว่าพวกมันเป็นนักดำน้ำใต้ทะเลลึก เทคนิคอันชาญฉลาดนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงความสามารถของสัตว์ที่สูญพันธุ์อื่น ๆ
แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรู้ว่าสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วมีพฤติกรรมอย่างไร ไม่มีจูราสสิคพาร์คที่เราสามารถชมพวกมันล่า ผสมพันธุ์ หรือหลบเลี่ยงผู้ล่าได้ แต่เทคนิคที่กำลังพัฒนาคือให้นักวิจัยมีรหัสทางสรีรวิทยาเพื่อถอดรหัสพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์โดยการสร้างและวิเคราะห์โปรตีนของสัตว์ที่สูญพันธุ์ เวทย์มนตร์ระดับโมเลกุลนี้สามารถช่วยให้พวกเขาเข้าใจลักษณะเฉพาะที่ไม่ได้เก็บรักษาไว้ในบันทึกซากดึกดำบรรพ์
ในตัวอย่างล่าสุดของการใช้เทคนิคนี้ นักวิทยาศาสตร์นำโดย Sarah Dungan ซึ่งทำงานเสร็จในขณะที่นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต (U of T) ในออนแทรีโอได้ฟื้นฟูเม็ดสีที่มองเห็นได้จากบรรพบุรุษที่เก่าแก่ที่สุดของสัตว์จำพวกวาฬบางตัว . งานนี้ทำให้ Dungan และเพื่อนร่วมงานของเธอมีรูปลักษณ์ใหม่ว่าโปรโต-cetaceans จะมีชีวิตอยู่อย่างไรในทันทีหลังเกิดหัวเลี้ยวหัวต่อทางวิวัฒนาการที่สำคัญ: ประมาณ 55 ถึง 35 ล้านปีก่อน เมื่อสัตว์ที่กลายเป็นปลาวาฬและโลมาในที่สุด วิถีชีวิตให้กลับคืนสู่ทะเล
ความหลงใหลในวิวัฒนาการของปลาวาฬของ Dungan เริ่มต้นขึ้นเมื่อเธออายุแปดขวบ เมื่อตอนเป็นเด็ก เธอชอบใช้เวลาอยู่ในน้ำและเรียนรู้เกี่ยวกับชีววิทยาทางทะเล พ่อของเธอเล่าให้เธอฟังว่าบรรพบุรุษของวาฬสมัยใหม่เคยอาศัยอยู่บนบก แนวคิดที่ว่าสัตว์สามารถเปลี่ยนจากการมีชีวิตอยู่โดยปราศจากน้ำเป็นการไม่สามารถอยู่ภายนอกได้ติดอยู่กับตัวเธอ การเรียนรู้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของวาฬสมัยใหม่ที่เปลี่ยนผ่านจากมหาสมุทรสู่พื้นดินและกลับมาอีกครั้ง “ทำให้ฉันผิดหวังอย่างสิ้นเชิง” เธอกล่าว “กระดาษคือจุดจบของเรื่องราวที่เริ่มต้นเมื่อตอนที่ฉันยังเด็กจริงๆ”
ในปี พ.ศ. 2546นักวิจัยที่ U of T ได้บุกเบิกเทคนิคในการประกอบโปรตีนภาพโบราณของสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว พวกเขาใช้เทคนิคนี้ทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ เรียนรู้เพิ่มเติมว่าสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้วมองเห็นโลกได้อย่างไร แต่การศึกษาสัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วนั้นน่าสนใจเป็นพิเศษเพราะว่าการเปลี่ยนแปลงจากพื้นดินสู่มหาสมุทรได้เปลี่ยนขอบเขตการมองเห็นของสัตว์
ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้เปรียบเทียบ rhodopsin ซึ่งเป็นเม็ดสีที่มองเห็นได้ซึ่งมีหน้าที่ในการมองเห็นในแสงสลัวจากสัตว์ที่จองการเปลี่ยนแปลงจากพื้นดินสู่มหาสมุทร พวกเขาจดจ่ออยู่กับสัตว์จำพวกวาฬตัวแรกที่มีชีวิตอยู่เมื่อ 35 ล้านปีก่อน และอาจว่ายโดยใช้กล้ามเนื้ออันทรงพลังที่หาง และวิปโปมอร์ฟตัวแรก (หนึ่งในกลุ่มของสัตว์จำพวกวาฬและฮิปโป) ซึ่งมีชีวิตอยู่เมื่อ 55 ล้านปีก่อน
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ค้นพบฟอสซิลของทั้งสองสายพันธุ์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว สำหรับเรื่องนั้นพวกเขาไม่สามารถพูดได้อย่างแม่นยำว่าพวกมันเป็นสายพันธุ์อะไร แต่เทคนิคของ Dungan สามารถอนุมานลำดับโปรตีนในสมัยโบราณได้แม้จะไม่มีข้อมูลนี้ก็ตาม วิธีการนี้เป็นไปตามวิวัฒนาการของ breadcrumbs ที่หลงเหลืออยู่ในโปรตีนของสัตว์สมัยใหม่ เพื่อค้นหาว่ารูปแบบโบราณจะมีหน้าตาเป็นอย่างไร แม้จะไม่มีกระดูกของสายพันธุ์เองก็ตาม โดยการเปรียบเทียบโปรตีนที่สันนิษฐานไว้ของวิปโปมอร์ฟตัวแรกกับสัตว์จำพวกวาฬตัวแรก นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมความแตกต่างที่ลึกซึ้งในการมองเห็นได้ ความแตกต่างในการมองเห็นเหล่านี้สามารถสะท้อนความแตกต่างในพฤติกรรมของสัตว์ได้
Dungan กล่าวว่า “คุณเรียนรู้ได้มากจากหลักฐานฟอสซิลเท่านั้น “แต่ดวงตาเป็นหน้าต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม”
Dungan และทีมของเธอใช้ต้นไม้วิวัฒนาการและโครงสร้าง rhodopsin ที่รู้จักจากสัตว์จำพวกวาฬสมัยใหม่สร้างแบบจำลองเพื่อทำนายสายพันธุ์ของสัตว์โบราณ พวกเขาผลิตเม็ดสีที่มองเห็นได้ในห้องแล็บโดยดัดแปลงพันธุกรรมเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เพาะเลี้ยงและทดสอบแสงที่พวกมันไวต่อแสงมากที่สุด นักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิปโปมอร์ฟในสมัยโบราณ สัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วมีแนวโน้มที่จะไวต่อแสงสีน้ำเงินมากกว่า แสงสีน้ำเงินแทรกซึมลึกลงไปในน้ำมากกว่าสีแดง ดังนั้นผู้อาศัยในทะเลลึกสมัยใหม่ รวมทั้งปลาและสัตว์จำพวกวาฬจึงมีการมองเห็นที่ไวต่อแสงสีน้ำเงิน การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าสัตว์จำพวกวาฬที่สูญพันธุ์ไปแล้วนั้นสบายในทะเลลึก
นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่า rhodopsin เวอร์ชันของสัตว์จำพวกวาฬในสมัยโบราณปรับตัวเข้ากับความมืดได้อย่างรวดเร็ว ดวงตาของสัตว์จำพวกวาฬสมัยใหม่จะปรับตัวเข้ากับแสงสลัวอย่างรวดเร็ว ช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่ไปมาระหว่างพื้นผิวสว่างที่พวกมันหายใจและความมืดที่พวกมันกินเข้าไป การค้นพบนี้คือ “สิ่งที่ปิดผนึกข้อตกลงจริงๆ” Dungan กล่าว
จากการค้นพบนี้ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสัตว์จำพวกวาฬในยุคแรกๆ นั้นน่าจะบินไปยังเขตพลบค่ำของมหาสมุทรระหว่าง200 ถึง 1,000 เมตร สายตามีความสำคัญในระหว่างการดำน้ำ สัตว์จำพวกวาฬโบราณไม่สามารถระบุตำแหน่งได้เหมือนโลมา ดังนั้นพวกมันจึงอาศัยการมองเห็นมากขึ้น
การค้นพบนี้น่าประหลาดใจ ลอเรียน ชไวเกิร์ต นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนาวิลมิงตัน ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ กล่าว เธอคิดว่าสัตว์จำพวกวาฬตัวแรกน่าจะอยู่ใกล้ผิวน้ำ “เริ่มจากด้านล่าง ตอนนี้เราอยู่ที่นี่แล้ว” เธอพูดติดตลกพาดพิงถึงเพลงฮิตของ Drake
Schweikert กล่าวว่าการศึกษาสรีรวิทยาของดวงตาเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือในการอนุมานระบบนิเวศของสัตว์ เนื่องจากโปรตีนที่มองเห็นไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนแปลงที่หายากมักสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงด้านสิ่งแวดล้อม
ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดของ Dungan และงานของเพื่อนร่วมงานของเธอ Schweikert กล่าวคือมันชี้แจงเพิ่มเติมเกี่ยวกับลำดับที่พฤติกรรมการดำน้ำที่รุนแรงของสัตว์จำพวกวาฬมีวิวัฒนาการ การวิจัยโรดอปซินสร้างขึ้นจากงานก่อนหน้านี้ที่วาดภาพที่คล้ายกัน ในการศึกษาก่อนหน้านี้นักวิจัยได้สร้าง myoglobin โบราณขึ้นใหม่และแสดงให้เห็นว่าสัตว์จำพวกวาฬในยุคแรกๆ “อัดประจุมากเกินไป” ออกซิเจนในกล้ามเนื้อของพวกมันในขณะที่กลั้นหายใจ ซึ่งเป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าพวกมันเป็นนักดำน้ำที่มีความสามารถ การศึกษาอื่นคราวนี้เกี่ยวกับนกเพนกวินโบราณ แสดงให้เห็นว่าเมื่อนกมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่ชีวิตทางทะเล เฮโมโกลบินของพวกมันก็พัฒนากลไกเพื่อจัดการออกซิเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
Dungan และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังสร้างบอร์ด Ouija ระดับโมเลกุลเพื่อชุบชีวิตโรดอปซินจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ค้างคาว และอาร์คซอรัส สิ่งนี้จะช่วยให้พวกเขาเข้าใจว่าเวลากลางคืน การขุดโพรง และการบินพัฒนาขึ้นอย่างไร
วิธีการคือ “แค่สนุกจริงๆ” Schweikert กล่าว “คุณกำลังพยายามมองย้อนกลับไปในอดีตเพื่อทำความเข้าใจว่าสัตว์เหล่านี้วิวัฒนาการมาอย่างไร ฉันชอบที่เราสามารถดูวิสัยทัศน์เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ได้”
