-
PRILAGODBENA MORFOLOGIJA ILI FUNKCIONALNA MORFOLOGIJA
Ili zašto baš tako izgledamo? Ili kako znamo kako su strukture geološke prošlosti funkcionirale?
1
-
Što je to FUNKCIONALNA MORFOLOGIJA?
Analizira funkciju struktura kod recentnih organizama
Temeljem karakteristika fosilnih struktura prepoznaje funkcije
Stvara priče “Just-So”
2
-
Kako smo na
Temelju ostataka
Prepoznali nepoznati
organizam?
Hallucigenia sparsa:“Čudan crv” koji ima noge
3
-
Autoekologija: proučava odnose pojedinog organizma prema okolišu.
Orijentirana je na oblik i rast organizma i odnos morfologije prema staništu i načinu života.
Prilagodba: skladnost organizma prema okolišu
4
-
Faktori koji utječu na morfologiju
Oblik organizma ovisi o: (1) genomu; (2) razvoju (načinu rasta)
5
-
Strategije rasta
Rubna priraštanja: stariji se stadiji rasta sačuvaju, prirasne linije
Prirasne linije
6
-
Priraštanja: novi se dijelovi nadograđuju na vanjski postojeći skelet
7
-
Dodavanje: spikule, članci, segmenti se dodaju uz veće promjene.
8
-
Dodavanje pločica na skelet bodljikaša
9
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Reef2589.jpg
-
Presvlačenje
Svaka faza rasta znači dodavanje novih dijelova skeleta, dozvoljava radikalnu promjenu oblika
10
-
Stalna mijenjanja
Kosti mijenjaju oblik tijekom rasta.
11
-
Faktori koji utječu na morfologiju
… (3) funkcioniranju u okolišu i (4) ponašanju organizma.
12
-
Metode
Analogija sa živućim organizmima
Pretpostavljamo da je analogija važeća (PARADIGMA)
Biomehanička analiza
Izrada modela
Stvaranje matematičkog modela
13
-
Analogni i homologni organi (1)
Analogni organi: neovisno o podrijetlu, organi imaju istu funkciju zbog sličnog načina života, ili slično načina kretanja, ili slične prehrane… npr. krila ptica i insekata
14
-
Analogne strukture (2)
Slične strukture
Ista funkcija
Različite strukture i razvoji
Različito porijeklo
Nema evolucijske povezanosti
15
-
ANALOGIJA (3)
Analogija: morfologija fosila se uspoređuje sa sličnim modernim morfologijama
16
-
Pod kožom su iste kosti
Ekstremiteti koji različite funkcije obavljaju su iste kosti - HOMOLOGNE strukture
17
-
Analogni i homologni organi (4)
Pitanje:
Da li svi što može postojati i postoji? Određeni se oblici ponavljaju: torpedni oblik tijela riba, gmazova i sisavaca
18
-
Konvergencija: oblici koji se ponavljaju
Konvergencija među brzim grabežljivcima
19
-
Redukcija trenja
“Fuziformni” oblik tijela
Smanjuje se savijanje tijela
Smanjuje se površina peraja:
Repna peraja (oblik polumjeseca ili nazubljen)
Parne i leđne peraje
Promjene na graničnom sloju tijela
Mukus
Izbacivanje mlazova vode
Mikro-mlazovi
20
-
Što je fuziformni oblik tijela?
Zašiljen jedan (prednji) kraj
Maksimalna redukcija “debljine” je za 1/3 dužine tijela mjereno od glave prema “leđima”
Suzuje se prema repu
Repna peraja prekida idealni fuziformni oblik21
-
Kretanje
Primarne sile koje su uključene u kretanje su: Potisak – sila koja tjera organizam prema
naprijed (veća od gravitacije
Otpor – trenje, nastalo uslijed prolaza organizma kroz medij
Gravitacija – privlačna sila Zemlje(djelomično reducirana gustoćom vode)
Uzgon – sila koja djeluju u suprotnom smjeru od gravitacije, prema gore
22
-
Zašto taj oblik?
23
Minimalizira se trenje izazvano
turbulencijom
Minimalizira se trenje zbog
oblika
Minimalizira se površnsko
trenje
+ + =
-
Načini plivanja
Valovito gibanje tijela
Djelomično valovito gibanje tijela
Repna i podrepna peraje se pomiče
Trbušna peraja stvara valove
Pomicanjem prsne peraje
-
Načini plivanja savijanje tijela, jegulja
Početak: glava se bočno pozicionira, i onda se taj položaj cijelim tijelom prenosi
-
Načini plivanja: djelomično savijanje tijela, tuna
Savijanje tijela počinje u stražnjem dijelu, kod repa i napreduje prema glavi
Reducira se trenje u odnosu na kretanje savijanjem cijelog tijela
-
Načini plivanja udari repne peraje
Repna peraje “vesla”
Tijelo ostaje kruto, nema savijanja, karakteristično za ribe “čudna” oblika
-
Načini plivanja: leđna peraja se pomiče
Tijelo je rigidno, trbušna peraja proizvodi valove
Riba lako “stoji na mjesto” ili se kreće bez prekidanja mišića
-
Načini plivanjaprsna peraja se pomiče
Slično veslanju, prsna je peraja bočno smještena korisno za manevriranje
29
-
Kako zaključuje Funkcionalna morfologija?
Definirati prilagodbu koju analiziramo, prepoznati sve organizme koji imaju tu osobinu ili prilagodbu.
Provesti filogenetsku analizu da bi otkrili kako je nastala osobina odnosno prilagodba.
Teorijska ili tradicionalna Morfologija
30
-
Ispitati da li je osobina strukturalna ili inženjerijska tvorevina: Predložiti hipotezu koja će objasniti kako je struktura nekada funkcionirala: METODA PARADIGME - Fizikalni ili matematički modeli ili KOMPJUTORSKA SIMULACIJA.
Paradigmom objašnjavamo značenje prilagodbe.
31
-
Paradigma
Trebamo unijeti znanstveni pristup u prepoznavanju analizu funkcije
Za svaku strukturu treba odabrati i definirati funkciju koju ima struktura
Za svaku funkciju osmisliti idealni model - paradigma
32
-
4 važna koraka stvaranja PARADIGME
1. Percepcija strukture koju istražujemo, usporedba recentnih i fosilnih srodnika kao i sličnih struktura u nepovezanih organizama
2. Specifikacija: funkcije koje smo „namjenili” strukturi treba testirati
3. Evaluacija: neke strukture vrše više funkcija, najvjerojatnije da najefikasnija upotreba strukture je točna
4. Interpretacija: zahtjevna zbog činjenice da struktura ima više funkcija
33
-
Slučaj: lubanja Moropus elatus
34
-
Uzroci specifične forme gornje površine lubanjeSpecijalizacija na život u vodi
Činjenice: nema drugih dokaza o životu u vodi. Volumen lubanje (800 cm3) premalen u odnosu na tijelo; pozicija tako visoka da za plutanje nema efekta; skeletne strukture koje olakšavaju plutanje nepoznate kod sisavaca prilagođenih takvom životu
Lakše plutanje
Zatvoreni prostor koji može biti ispunjen zrakom.
35
-
Da duže jede ispod vode, slično kresti hadrosaura
A) Dihalica
Činjenice: lubanja nema otvore na koje bi se nastavljala dihalica
B) Cijev u obliku slova U za sprječavanje prolaza vode u pluća
Činjenice: nema tragova postojanja cijevi u kostima lubanje.
36
-
C) Spremište za zrak koji se uvlači u pluća
Činjenica: Volumen kupole koji je nastao s takvim strukturama je mali u odnosu na volumen pluća. Trebala bi postojati posebna komora za reguliranje vode i zraka
Rješenje: Za obranu i napad. Način AGRESIVNOG PONAŠANJA
37
-
Faktori koji otežavaju interpretaciju funkcionalne morfologije:Ne-funkcionalne strukture: Zakržljali organi
Strukture su služile nekoj svrsi, ali evolucijom organizama, nema potrebe za tom funkcijom
Hodali su kopnom!
38
Zašto su kitovi imali kosti ekstremiteta kad su morski organizmi?
-
Faktori koji otežavaju interpretacije funkcionalne morfologije, Ne-funkcionalne strukture: Plejotropija organi
Plejotropija: jedan gen je kriv za veliki broj nepovezanih fenotipskih efekata(više morfoloških osobina).
39
-
Ograničenja
1. Strukturalna ograničenja: strukture moraju biti u mogućnosti da odrade funkciju za to su namjenjene.
40
-
Evolucijsko nasljeđe: evolucija anatomskih osobina je povezana s pretcima. Organizam može stvoriti nove anatomske osobine samo ako postoje “sirove strukture” kod predaka
41
-
Hox Gen
Hox gendefinira oblik, broj i evoluciju dijelova koji se ponavljaju, kao što je broj i tip kralješaka
U embriju kokoške (lijevo) , Hoxc- 6 gen kontrolira 7 torakalnih kralješaka (ljubičasto) iz kojih će se razviti rebra. Kod zmije (desno), dio kojim upravlja Hoxc-gen (ljubičasto) dramatično se multiplicirao između glave i zatka.
42
-
Hox Gen
Hox gen definira broj, oblik i evoluciju dijelova tijela koji se ponavljaju kao što je broj i tip kralježaka
U embriju kokoške (lijevo), Hoxc-6 gen kontrolira način kako je 7 torakalnih kralježaka posloženo (ljubičasto) iz kojih će se razviti rebra. Kod zmije (desno) dio koji kontrolira Hoxc-6 gen (ljubičasto) se jako umnožio prema glavi ali i prema završetku tijela.
43
-
Nema selekcijske prednosti nemaju sve osobine specijalne funkcije
44
-
Optimalni dizajna ili svaka osobna nije idealno osmišljena: strukture ne moraju biti perfektne, dovoljno je da obavaljaju funkciju za što su namjenjene.
pravi
palac
45
-
Korelacija između struktura i funkcija uvijek nije pozitivna.
Ono što nam se čini očitim kod funkcioniranja organi nije tako:
46
-
Biomehanički razlozi
47
-
Primjena principa mehanike kod analize organizama.
Istraživanja su usmjerena prema:
Čvrstoći materijala i arhitekturi
Snazi i energiji - vilica: plijen
Kretanju - plivanje, letenje, propulzija
48
-
Biomehanički razlozi
49
-
Zašto tako malo divova?
Oni organizmi koji pri rastu odbacuju skelet to bi u slučaju gigantizma morali napraviti desetak puta tijekom života!
Filtratori imaju problem sa trepetljikama koje zbog svoje organizacije i međusobna prožimanja ne mogu podržavati veliki organizam
Mehanički razlozi kod organizama s ljušturama: zbog načina gradnje skeleta
50
-
Najstariji sauripodi dugi od 1-2,5 m
Prosauridi između 3 i 8 m
Skoro pravi sauropodi do 10 m i više
Eurisauropodi 12-13 m dugi, 8 t teški
Turisauropodi, Titanosauridi, Brahiosauridi, Diplodocidi: 20 m i 25 t
Najveći Diplodocidi, Argirosauridi veći od 30 m, teži od 50 t
51
-
Vrijeme potrebno za razvoj gigantizmaNorik (227 -207 106 g) – Prosauropodi
(Plateosurus), 5m
Starija jura (201 – 174 106 g) – Melanosaurus
12m dug, 10t
52
-
Vrijeme potrebno za razvoj gigantizma
Bat – Kimeriđ (168 – 152 106 g) – najveći dinosauri do 30 m dugi, 80t teški
53
-
Prednosti i loše strane gigantizma
Veća sposobnost hvatanja plijena, odnosnobježanja predatorima
Razmnožavanje je uspješnije (preživljavanja mladih jedinki)
Povećana inteligencija Veća izdržljivost Veća raznolikost hrane Manja smrtnost Duži život jedinki Povećana termalna inercija
54
-
Prednosti i loše strane gigantizma
Specijalizacija
Velike količine hrane i potreba za očuvanjem specifičnih uvjeta u okolišu
Mali genetski “pool”
55
-
HETEROKRONIJA
Pedomorfoza: kad potomci imaju juvenilne osobine predaka. Potomci u poput mladih jedinki predaka ili neke specifične osobine nalikuju juvenilnim analognim osobinama predaka.
Peramorfoza: kad potomci nalikuju odraslim jedinkama predaka
Kod modernih organizama: Spolni dimorfizam
56
-
Pedomorfoza
57
-
Spolni Dimorfizam
58
-
Kako znamo o spolnom dimorfizmu kod organizama prošlosti?
Analogija sa živućim srodnicima
Omjer pretpostavljenih ostataka ženki spram mužjaka (razlike u veličini, obliku…)
59
-
Kako znati da je postojao dimorfizam?
Tafonomske varijacije: post mortem promjene
60
-
Računalna simulacija
61