Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Скелетохронология - это метод, используемый для определения индивидуального хронологического возраста позвоночных путем подсчета линий задержанного годового роста , также известного как LAG, в тканях скелета . [1] Внутри однолетних образцов роста костей есть широкие и узкие линии. Широкие линии представляют период роста, а узкие линии - паузу роста. [2] Эти узкие линии - это то, что характеризует один год роста, поэтому их можно использовать для определения возраста особи. [2] Не все кости растут с одинаковой скоростью, и индивидуальная скорость роста кости меняется с течением времени [1]поэтому периодические следы роста могут иметь неправильную форму. Это указывает на важные хронологические события в жизни человека. Использование кости в качестве биоматериала полезно при исследовании взаимосвязей между структурой и свойством. [3] В дополнение к текущим исследованиям в области скелетохронологии, способность кости адаптироваться и изменять свою структуру к внешней среде обеспечивает потенциал для дальнейших исследований в области гистоморфометрии костей в будущем. [4] Возраст земноводных и рептилий обычно определяют с помощью этого метода, поскольку они подвергаются дискретным годовым циклам активности, таким как зимний покой или метаморфозы., однако его нельзя использовать для всех видов костистых животных. [5] Различные экологические и биологические факторы, влияющие на рост и развитие костей, могут стать препятствием при определении возраста, поскольку полная запись может быть редкостью. [6]

Метод

Извлечение и изучение костной ткани варьируется в зависимости от вовлеченных таксонов и количества доступного материала. Тем не менее, скелетохронология лучше всего фокусируется на LAG, которые окружают весь вал в форме кольца и имеют регулярный образец отложения. [1] Эти наросты показывают повторяющуюся модель, «описываемую математически как временной ряд». [1] Ткани разделяют с помощью микротома, окрашивают гематоксилином и затем просматривают под микроскопом. [5] Анализ часто выполняется на сухих костях с дополнительным применением спирта или застывшей консервации, если это необходимо, поскольку цель состоит в том, чтобы улучшить оптический контраст, который является результатом различных физических свойств света. [5]

При выборе конкретных костей для изучения важно учитывать потенциальные проблемы. При слабом оптическом контрасте подсчет задержанных годичных колец затруднен и часто неточен. Также возможно наличие дополнительных отметок роста, которые создаются для дополнения более слабых участков роста. [5] В этих обстоятельствах необходимо рассмотреть альтернативные кости, которые могут предоставить более точные данные. Другой случай - это удвоение линий задержанного роста, когда можно увидеть две близко расположенные двойниковые линии. Однако, если эта закономерность широко распространена для нескольких возрастных классов у этого вида, то двойные LAG можно считать приростом за один год. [5] Чаще всего возникает проблема разрушения кости в результате биологических процессов, чаще всего обнаруживаемая вмлекопитающие и птицы . Это приводит к значительному занижению возраста. На протяжении жизни человека кость постоянно реконструируется, поскольку специализированные клетки удаляют и откладывают кость, что приводит к постоянному обновлению костного материала. [4] Непрерывная резорбция и отложение оставляет пробелы в записях о росте, а отсутствие костной ткани характерно для любой стадии жизненного цикла позвоночного; «Полные экземпляры, позволяющие точную идентификацию, крайне редки». [6]

Следовательно, чтобы учесть любые недостающие костные ткани в образце, необходимо выполнить ретросчет возраста скелета.

В ретро-расчетах можно выделить три подхода. [1]

1) Ретро-расчет возраста скелета, который включает в себя определение большой и малой оси поперечного сечения кости и окружностей костей, рассчитанных по формуле Рамануджана.

. [1]

2) Ретро-расчет посредством арифметической оценки, который требует отбора проб из нескольких частей другой кости и оценки количества недостающих тканей [1]

3) Ретро-расчет путем наложения в онтогенном ряду, который требует полной записи о росте одного человека, чтобы их гистологические поперечные сечения можно было наложить и реконструировать на другом человеке. [1]

Дела открытий

Лягушка Rana pipiens Schreber из Юго-Западного Квебека; Шредер и Баскетт, 1968 г.

Это было первое использование скелетохронологии в качестве метода определения возраста позвоночных, а также оценки достоверности процедуры. [5] Это исследование проводилось на 42 лягушках-быках известного возраста в Юго-Западном Квебеке . Считалось, что узкие отметины роста были результатом периодов остановки роста в зимний период, а широкие полупрозрачные отметки представляли благоприятные периоды в окружающей среде. [5] В исследовании было показано, что лягушки без следов роста принадлежат к возрастной группе, которая не впадала в спячку с момента метаморфоза. [5] Лягушки, у которых было две отметки роста, принадлежали к возрастным группам, которые жили более двух зим с момента их метаморфозы. [5]По завершении исследования скелетохронология рассматривалась как метод определения возраста, который был точным и применимым для будущих исследований. Он показал, что одновременно можно изучать несколько различных популяций одного вида. [1] Это означало, что можно сравнивать разные поколения в популяциях, а также различные демографические параметры, то есть изучать популяцию в высокогорных засушливых землях и сравнивать с популяциями из низинных влажных территорий. [5] Это исследование также показало, что разные виды в одном и том же районе также могут изучаться одновременно. [5]

Современные и ископаемые черепахи Небраски и Флориды; DJ Ehret, 2007

В этом исследовании основное внимание уделялось возрасту черепах между пограничным событием эоцена и олигоцена , когда произошло увеличение современной популяции черепах- сусликов от ныне вымершей черепахи Stylemys nebrascensis. Образцы раковин и скелетов сусликов были собраны во Флориде, а ископаемые черепахи были собраны в зоне ископаемых останков «черепахи-ореодонты» в Небраске. [6] Это исследование продемонстрировало ретро-расчет посредством наложения, поскольку похожие кости растут с одинаковой скоростью, независимо от того, с какой стороны тела они происходят. [6] Humerus кости оказались наиболее надежными с точки зрения количества ЖАГ с наименьшим количеством реконструкции .Результаты показали, как и когда современная черепаха появилась в летописи окаменелостей, причем оба вида достигли размеров взрослых за 40 лет. [6] Это позволило понять несущую способность среды обитания , половую зрелость и индивидуальную продолжительность жизни . [6] Это также подтвердило, что виды Gopherus наиболее адаптированы к среде обитания Бесплодных земель из-за более быстрого роста особей и более короткого времени для достижения половой зрелости. [6]

Японская саламандра Мицджама; Э. Киоко и М. Масафуми, 2002 г.

Это исследование было первой оценкой возрастной структуры земноводных с использованием скелетохронологического метода. Исследование саламандр Э. Киоко и М. Масафуми включало анализ возраста начала размножения и моделей роста по мере сокращения местного населения. [7] У каждого человека были обрезаны пальцы ног, пока измерялся размер их тела, исследование началось в 1983 году. [7] Результаты показали, что рост самцов саламандры значительно снизился после достижения половой зрелости, в то время как самки стали крупнее, поскольку они не достигли половой зрелости. еще самцы. [7] Они также сообщили, что постметаморфическая выживаемость была низкой, что требовало раннего созревания и участия в размножении для увеличения размера популяции. [7]

Зеленые морские черепахи на Гавайях; LR Goshe et. al, 2016

В этом исследовании длины тела и отложения меток роста у зеленых морских черепах использовалась скелетохронология, чтобы сократить время и труд, которые ранее требовались при исследованиях меток и повторной поимки , что позволяет рассчитать предыдущие темпы роста. [8] Как обычно используется у рептилий, плечевая кость содержит наибольшее количество кортикальной кости и стала предметом исследования. [8] Результаты показали отрицательные темпы роста, когда черепахи сталкивались с плохими условиями питания. Это также стало первым исследованием, подтвердившим предположение о том, что отложение LAG у зеленых черепах произошло весной. [8]

Азиатский дикий осел в Азии, C. Nacarine-Meneses et. al, 2016

Это исследование зафиксировало продолжительность жизни, скорость роста и возраст зрелости в эволюции лошади на основе данных, полученных на образцах костей азиатского дикого осла . [9] Поскольку этот вид морфологически и экологически подобен вымершим стеноидным лошадям, это дало понимание их эволюции . [9] У млекопитающих твердая костная ткань находится под сильным влиянием внешних условий окружающей среды и доступности ресурсов, что было доказано разной скоростью роста диких и содержащихся в неволе ослов. [9] Результаты также показали, что этот вид стал половозрелым за год до окончательной остановки роста. [9]

Рана Хольци, эндемичная лягушка Турции, FM Guarine и UC Erismis, 2008 г.

В этом исследовании использовалась фаланговая скелетохронология для оценки возраста различных популяций в умеренных, субтропических и тропических регионах. Это было полезно для понимания причин популяционных вариаций в различных регионах, особенно для видов, находящихся под угрозой исчезновения, поскольку процедура не была смертельной в отличие от большинства других анализов костей. [5] В ходе исследования была отмечена высокая частота двойных LAG, в основном среди мужчин, из-за сильной засухи, которая произошла летом 2000-2001 гг. [10]Это повлияло бы на их возможности кормления и, таким образом, лишило бы роста костей. Результаты показали положительную корреляцию между размером тела и возрастом с большим разбросом среди самок, которые в среднем прожили бы дополнительный год, чем самцы. [10]

Местные субтропические виды лягушек в Южной Америке, AJC Brum et. al. 2019

Это исследование было первым, в котором были зарегистрированы кольца роста у 11 аборигенных субтропических видов лягушек, поскольку среда в этой области имела широкий диапазон климатических сезонных колебаний. [2] Это создало барьер для анализа возраста по росту костей, поскольку у некоторых видов были нерегулярные линии роста, основанные на переменных окружающей среды. [1] Однако исследование показало, что в естественных условиях образование LAG было синхронизировано с изменением климата, поскольку рост лягушек задерживался зимой, когда лягушки впадали в спячку. [2] Также доказано, что скелетохронология эффективна как для фаланг, так и для длинных костей у южноамериканских видов лягушек. [2]

Будущий прогресс

Скелетохронология имеет потенциал для дальнейшего распространения на другие роды, поскольку она уже обеспечила основу для будущих исследований эволюции историй жизни в контексте их окружающей среды. [9] Тем не менее, изменение климата стало серьезной угрозой для биоразнообразия [11], и в ближайшее десятилетие ожидается потеря 40% всех видов. [12] Поскольку этот метод определения возраста наиболее широко используется у земноводных и рептилий, он сталкивается с несколькими препятствиями в связи с изменением климата. Это признано самой большой угрозой биоразнообразию амфибий. [13] У большинства земноводных очень сложная жизнь, требующая различных переменных окружающей среды по мере взросления. [11]Знания и понимание потребностей в благополучии и устойчивости земноводных и их уникальных мест обитания ограничены. [11] Кроме того, отсутствуют научно обоснованные методы и рекомендации по содержанию их в неволе . [11] Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы предоставить варианты сохранения такого сложного ареала видов.

Ссылки

  1. ^ a b c d e f g h i j Вудворд, Холли Н .; Падиан, Кевин; Ли, Эндрю Х. (2013). «Скелетохронология». В Падиане, Кевин; Ламм, Эллен-Тереза ​​(ред.). Костная гистология ископаемых четвероногих: передовые методы, анализ и интерпретация . Калифорнийский университет Press. С. 195–216. DOI : 10.1525 / Калифорния / 9780520273528.003.0007 . ISBN 978-0-520-27352-8. JSTOR  10.1525 / j.ctt24hsz5.11 .
  2. ^ a b c d e Брам, Аманда JC; Лёбенс, Луиза; Сантос, Маурисио Б. Дос; Чехин, Соня З. (2019). «Первая запись годичных колец для 11 местных субтропических бесхвостых видов Южной Америки» . Anais da Academia Brasileira de Ciências . 91 (4): e20190154. DOI : 10.1590 / 0001-3765201920190154 . PMID 31800706 . 
  3. ^ Хендерсон, Дж. Брайан; McNeill, Katherine L .; Гонсалес-Ховард, Мария; Близко, Кевин; Эванс, Мэт (январь 2018 г.). «Ключевые проблемы и будущие направления образовательных исследований по научной аргументации». Журнал исследований в области преподавания естественных наук . 55 (1): 5–18. Bibcode : 2018JRScT..55 .... 5H . DOI : 10.1002 / tea.21412 .
  4. ^ a b Weinkamer, Ричард; Фратцл, Питер (август 2011 г.). «Механическая адаптация биологических материалов - на примере кости и дерева». Материалы Наука и техника: C . 31 (6): 1164–1173. DOI : 10.1016 / j.msec.2010.12.002 .
  5. ^ Б с д е е г ч я J K L Castanet, J; Francillon-Vieillot, H; Meunier, FJ; де Ricqles, А. (1992). «Кость и индивидуальное старение» . В Холле, Брайан К. (ред.). Кость: трактат . CRC Press. С. 245–283. ISBN 978-0-8493-8827-9.
  6. ^ Б с д е е г Ehret, Дана J. (2007). «Скелетохронология, метод определения [sic] индивидуального возраста и роста современных и ископаемых черепах (Reptilia Testudines)» (PDF) . Бюллетень Флоридского музея естественной истории . 47 (2): 49–72.
  7. ^ а б в г Энто, Киоко; Мацуи, Масафуми (февраль 2002 г.). «Оценка возрастной структуры по скелетохронологии популяции Hynobius nebulosus в сезон размножения (амфибия, Уродела)» (PDF) . Зоологическая наука . 19 (2): 241–247. DOI : 10.2108 / zsj.19.241 . hdl : 2433/65046 . PMID 12012788 . S2CID 4654679 .   
  8. ^ a b c Гоше, Лиза Р .; Сновер, Мелисса Л .; Hohn, Aleta A .; Балаш, Джордж Х. (май 2016 г.). «Подтверждение обратных вычислений длины тела и времени отложения меток роста у гавайских зеленых морских черепах» . Экология и эволюция . 6 (10): 3208–3215. DOI : 10.1002 / ece3.2108 . PMC 4829045 . PMID 27096079 .  
  9. ^ a b c d e Накарино-Менезес, Кармен; Джордана, Ксавьер; Келер, Мейке (январь 2016 г.). «Первый подход к гистологии костей и скелетохронологии Equus hemionus» . Comptes Rendus Palevol . 15 (1–2): 267–277. DOI : 10.1016 / j.crpv.2015.02.005 .
  10. ^ a b Гуарино, FM; Эрисмис, Калифорния (сентябрь 2008 г.). «Определение возраста и роста по скелетохронологии Rana holtzi, эндемичной лягушки из Турции» . Итальянский зоологический журнал . 75 (3): 237–242. DOI : 10.1080 / 11250000701883427 . S2CID 85303697 . 
  11. ^ a b c d Брод, Сэмюэл; Брукс, Лола; Гарнер, Трентон, WJ (январь 2019 г.). «Обсуждение будущего амфибий в исследованиях» . Лабораторное животное . 48 (1): 16–18. DOI : 10.1038 / s41684-018-0193-6 . PMID 30397267 . S2CID 53240175 .  
  12. ^ Вудворд, Айлин (2019). «Лягушки вымирают рекордными темпами - зловещий знак, что 6-е массовое вымирание сильнее всего сказывается на группе существ» . Business Insider .
  13. ^ Шу, Люк П .; Олсон, Дина Х .; Макменамин, Сара К .; Мюррей, Крис А .; Ван Слэйс, Моник; Доннелли, Морин А .; Стратфорд, Дэниал; Терхивуо, Джухани; Мерино-Витери, Андрес; Герберт, Сара М .; Бишоп, Филипп Дж .; Кукуруза, Пол Стивен; Дови, Лиз; Гриффитс, Ричард А .; Лоу, Катрин; Махони, Майкл; Маккаллум, Хэмиш; Шукер, Джонатан Д.; Симпкинс, Клей; Скерратт, Ли Ф .; Уильямс, Стивен Э .; Герой, Жан-Марк (апрель 2011 г.). «Конструирование будущего для амфибий в условиях изменения климата: проектирование будущего для амфибий» . Журнал прикладной экологии . 48 (2): 487–492. DOI : 10.1111 / j.1365-2664.2010.01942.x . JSTOR 20869964 .