Рожденные розовыми, слепыми и беспомощными, гигантские панды обычно весят при рождении около 100 граммов, что эквивалентно кусочку сливочного масла. Их матери в 900 раз массивнее.
Эта необычная разница в размерах годами озадачивала исследователей. За некоторыми исключениями среди животных, таких как ехидны и кенгуру, никакие другие млекопитающие новорожденные не бывают такими крошечными по сравнению с их матерями. Никто не знает почему, но исследование костей 10 видов медведей и других животных, проведенное Университетом Дьюка, показало, что некоторые из нынешних теорий не выдерживают критики.
Профессор биологии Duke Кэтлин Смит и ее бывшая ученица Пейшу Ли опубликовали свои выводы в этом месяце в Journal of Anatomy.
Скелеты детенышей панды найти трудно, но исследователи смогли изучить сохранившиеся останки детенышей панд, родившихся в Национальном зоопарке Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия
У первой пары панд в Национальном зоопарке, Линг-Линг и Син-Хсинг, в 1980-х годах было пять доношенных детенышей, но ни один из них не прожил долго после рождения.
Исследователи сделали микро-КТ двух из этих детенышей, а также новорожденных гризли, медведей-ленивцев, белых медведей, собак, лисы и других близкородственных животных из Смитсоновского национального музея естественной истории и Севера. Государственный колледж ветеринарной медицины Каролины.
Они использовали сканы для создания трехмерных цифровых моделей костей каждого ребенка при рождении.
По мере того, как детеныш животного растет и развивается в утробе, его кости и зубы тоже растут. Исследователи изучили степень окостенения, или насколько скелет сформировался к моменту рождения. Они смотрели на то, начали ли зубы кальцифицироваться или прорезываться, а также на степень слияния костных пластин, составляющих череп.
Панда может быть крайним примером, но у всех медведей непропорционально маленькие дети, сказал Ли. Масса новорожденного белого медведя при рождении как часть веса матери составляет менее 1:400, или менее половины одного процента массы ее тела. Для подавляющего большинства детенышей млекопитающих, включая человека, среднее значение ближе к 1:26.
Одна из десятилетних идей связывает низкий вес медведей при рождении с тем фактом, что у некоторых видов беременность совпадает с зимней спячкой. Беременные женщины не едят и не пьют в это время, полагаясь в основном на свои жировые запасы, чтобы выжить, но также расщепляют мышцы, чтобы обеспечить плод белком.
Мысль такова, что энергетически женщины могут позволить себе кормить своих детей таким образом только до тех пор, пока разрушение тканей не станет угрожать их здоровью. Прервав беременность и рожав маленьких, незрелых детенышей, медведи переместят большую часть своего роста за пределы матки, где детеныши могут жить за счет жирного молока своей матери, а не истощать ее мышцы..
Сторонники теории признают, что не все медведи, включая панд, впадают в спячку зимой. Но идея состоит в том, что малый вес при рождении «заперт» в генеалогическом древе медведей, не позволяя не впадающим в спячку родственникам также развивать более крупных детенышей.
«Это, безусловно, привлекательная гипотеза», - сказал Смит.
Но исследование команды Дьюка показывает, что этот сценарий маловероятен. Исследователи не обнаружили существенных различий в росте костей между медведями, впадающими в спячку, и их собратьями, которые ведут активный образ жизни круглый год и не постятся во время беременности..
На самом деле, несмотря на то, что они маленькие, исследователи обнаружили, что большинство скелетов медведей при рождении столь же зрелые, как и их близкие родственники-животные.
Медведь панда является единственным исключением из этого правила, как показывают результаты. Даже у доношенного детеныша панды кости очень похожи на кости щенка бигля, родившегося на несколько недель раньше срока.
«Это было бы похоже на 28-недельный человеческий плод» в начале третьего триместра, сказал Смит.
Другие факторы могли подтолкнуть детенышей панды к уменьшению размеров с течением времени - некоторые исследователи обвиняют их диету, состоящую только из бамбука, - но данных мало, сказал Ли. Исследователи говорят, что внешний вид эмбриона панды, вероятно, связан с причудой беременности панды.
Все медведи испытывают так называемую «отсроченную имплантацию». После оплодотворения яйцеклетки будущий плод входит в состояние анабиоза, плавая в матке в течение нескольких месяцев, прежде чем имплантироваться в стенку матки, чтобы возобновить свое развитие и подготовиться к рождению.
Но в то время как другие медведи вынашивают ребенка в течение двух месяцев после имплантации, гигантские панды вынашивают ребенка через месяц.
«Они в основном недоварены», - сказал Ли, теперь доктор философии. студент Чикагского университета.
Исследователи говорят, что в этом исследовании они изучали только скелеты, и вполне возможно, что другие органы, такие как мозг, рассказывают другую историю. Но новое исследование предполагает, что детеныши панды следуют той же траектории, что и другие родственники млекопитающих - их кости созревают в той же последовательности и с той же скоростью - но в усеченном графике.
«Разработка просто прервана», - сказал Смит.
Ученые все еще ищут полное объяснение того, почему своеобразная разница в размерах панды эволюционировала в течение геологического времени и как.
«Нам действительно нужно больше информации об их экологии и размножении в дикой природе», - сказал Смит, и у нас может быть не так много времени, учитывая риск их исчезновения. Но это исследование приближает их к ответу на один шаг.