Náttúran

Tungan kom lífinu upp á þurrlendið

Þegar þróunin hafði fundið upp hina ferfættu hönnun stóð þurrlendið hryggdýrunum opið en þó vantaði eitt verkfæri til að þau syltu ekki í hel; tunguna. Líffræðingum er nú að verða ljóst hversu mikilvægt þetta vöðvalíffæri var fyrir þróun lífveranna – og hvernig tungan varð síðar lykillinn að velgengni mannfólksins.

BIRT: 29/05/2024

Þegar fyrstu dýrin skriðu á land fyrir um 360 milljónum ára, ráku þau sig á óyfirstíganlegan vanda.

 

Við ströndina var ríkulegt hlaðborð safaríkra plantna en dýrin gátu ekki nýtt sér þessa fæðu. Þau neyddust því til að snúa aftur út í sjó, þar sem þeim dugði að mynda lágþrýsting í munni til að soga fæðuna niður í magann, rétt eins fiskarnir, forfeður þeirra.

 

Þrátt fyrir fjóra ganglimi og hæfni að vinna súrefni úr lofti, skorti þessi dýr enn eitt bráðnauðsynlegt tæki til að innbyrða fæðu á þurrlendi – tungu sem gæti flutt fæðuna gegnum munninn og niður í maga.

 

Áratugum saman hefur líffræðingum yfirsést nauðsyn tungunnar en nú eru menn að gera sér grein fyrir mikilvægi hennar í þróun lífvera á þurrlendi – og meira að segja hvernig hún hefur beinlínis formað mannfólkið.

 

Steingervinga vantar

Þegar hryggdýrin skreiddust upp úr hafinu voru bæði plöntur og skordýr fyrir löngu búin að nema þar land. Þar með stóð risavaxin matarkista og beið bara eftir að einhverjir fiskar þróuðu líkamsburði til að lifa á þurru landi.

 

Líffræðingar hafa hins vegar afar takmarkaða vitneskju um hvernig þetta gerðist því steingervingar af fyrstu þurrlendishryggdýrunum eru sárasjaldgæfir. Einn slíkur gengur undir gælunafninu „ferfætti fiskurinn“, ber latneska heitið Ichthyostega og fannst á Grænlandi.

Ichthyostega var milliliður milli sjávar- og landdýra. Steingervingar sýna þó ekki hve þróuð tungan var.

Sjá má að Ichthyostega hafði fjóra stutta fætur og bæði tálkn og lungu til öndunar en hvort fæturnir gátu borið þungann eða dýrið mjakaði sér áfram líkt og selur er óvíst.

 

Enn erfiðara er að greina þróun tungunnar. Hún er mjúkt vöðvalíffæri og skilur ekki eftir sig ummerki í steingervingi. Hér er því erfitt að rekja sig áfram.

 

Með samanburði á beinum fiska og landdýra er þó gerlegt að fá nokkra mynd af því hvernig bein undir höfuðkúpunni hafa breyst frá því að styðja við tálkn og yfir í að mynda undirstöðu fyrir tunguna.

Breytingar ruddu braut fyrir tungu

Samanburður á beinabyggingu fiska, froskdýra og skriðdýra gefa líffræðingum nokkra hugmynd um hvernig tungan þróaðist samhliða því að fyrstu hryggdýrin skriðu upp á þurrlendið.

1. Tálknabein misstu hlutverk sitt

Næstum allir beinfiskar eru með röð boginna beina undir höfuðkúpunni til að styðja tálknin. Hjá landdýrum urðu þessi bein óþörf, enda anda þau með lungum. Fremsta beinið kallast málbein eða tungubein (gult).

2. Mikilvægt bein endurnýtt

Aftari tálknabeinin rýrnuðu í hryggdýrum sem þróuðu lungu og gengu á land. Málbeinið var hins vegar endurnýtt. Lögun þess breyttist og það færðist upp undir neðri kjálkann þar sem það studdi við tunguna.

3. Nýtt líffæri myndast

Í landhryggdýrum varð málbeinið að tungubeini þegar þetta nýja vöðvalíffæri þróaðist. Dýrin þurftu nú ekki lengur að leita út í vatn til að sjúga í sig fæðu, heldur gátu kyngt henni með því að hreyfa tunguna.

Sumir vísindamenn aðhyllast þá skoðun að þessi þróun hafi verið komin vel á veg áður en hryggdýr gengu á land.

 

Ásamt samstarfsfólki hefur þróunarlíffræðingurinn Daniel Schwartz hjá náttúrusögusafninu í Stuttgart rannsakað fjallasalamöndrur.

 

Rétt eins og froskar þróast áfram úr halakörtum fara þessar salamöndrur gegnum umbreytingarskeið frá lirfu í vatni upp í salamöndru sem sumar lifa áfram í vatni en aðrar ganga á land.

360 milljón ár eru liðin síðan tungan kom til sögunnar. Nú hefur hún þróast á margvíslegan hátt.

Samhliða þessu þroska breytir dýrið atferli sínu við að taka til sín fæðu. Lirfurnar soga fæðuna niður í magasekkinn en fullvaxin dýr hafa tungu og kyngja matnum á svipaðan hátt og mannfólkið.

 

Það kom á óvart að breytingin verður ekki aðeins hjá þeim salamöndrum sem flytja sig upp á land, heldur líka þeim sem halda sig áfram í vatni. Þetta telur Schwartz til marks um að tungan geti hafa þróast í dýrum sem lifðu í vatni, áður en afkomendur þeirra fikruðu sig upp á land.

 

Afar fjölbreytt líffæri

En án tillits til þess við hvaða aðstæður tungan kom upphaflega til sögunnar eru sérfræðingar sammála um að hún hafi verið ómissandi þegar hryggdýrin lögðu undir sig þurrlendið. Öll landlifandi hryggdýr hafa tungu sem gagnast þeim við að gleypa fæðuna – en gegnir líka fjölmörgum öðrum hlutverkum.

Því hefur oft verið fleygt að eyru okkar og nef haldi áfram að stækka alla ævina. Á þetta við rök að styðjast?

Froskar og kamelljón veiða t.d. flugur með því að skjóta fram slímugri tungu en slöngur nota tunguna bæði til þefskynjunar og áttunar í umhverfinu.

 

Í fuglum er tungan líka mjög breytileg. Páfagaukar hafa t.d. mjög næma og sveigjanlega tungu. Þeir geta snúið hnetu á alla kanta í gogginum áður en þeir brjóta hana. Tungan í mörgæsum er þakin keratíngöddum sem halda í fiska eða skeldýr sem þær veiða í sjónum.

Eins og aðrar mörgæsir er kóngamörgæsin með brodda á tungunni til að halda bráðinni. Broddarnir eru úr keratíni – sama efni og neglur okkar.

Sérkennilegustu fuglatunguna er að finna í kólibrífuglum. Fremri hlutinn er klofinn og báðir tungubroddarnir þaktir eins konar kögri sem flytur blómasafann.

 

Um leið og tungan nær niður í blómið mynda tungubroddarnir tveir eins konar rör sem blómasafinn rennur um.

 

Þegar fuglinn dregur tunguna inn, lokar hann gogginum og losar safann af tungunni áður en hann kyngir honum. Svo opnar hann gogginn á ný og rekur tunguna aftur niður í blómið. Þetta nær fuglinn að endurtaka allt að 15 sinnum á sekúndu.

 

MYNDSKEIÐ: Tunga kóbrífuglsins skýst leifursnöggt út um gogginn

Tunga kólibrífugls er þannig afar sérhæfð. Í flestum spendýrum er tungan hins vegar mjög fjölhæft verkfæri og notuð til margvíslegra verka.

 

Hún getur m.a. haldið feldi hreinum og lausum við sníkjudýr eða losað líkamann við hita eins og hundar gera þegar þeir láta tunguna lafa út úr kjaftinum.

 

Það að tyggja matinn vel tryggir að meltingarfærin nái mestu mögulegu næringu úr honum. Hlutverk tungunnar í munninum skiptir þannig höfuðmáli varðandi það að spendýrin vinni úr fæðunni næga orku til að halda jöfnum líkamshita og stöðugri líkamsvirkni.

15 sinnum á sekúndu stingur kólibrífugl tungunni ofan í blóm til að ná í blómasafann.

Og í þróun mannsins hefur þetta líka leitt til þess að forfeður okkar og formæður höfðu næga orku til að byggja upp helsta sérkenni okkar, þennan stóra heila.

 

Hendurnar lærðu af tungunni

Það er vinsæl hugmynd meðal þróunarlíffræðinga að hendurnar hafi mótað heilann. Að baki hugmyndinni liggur sú staðreynd að þegar við gerðumst tvífætlingar gátum við farið að nota hendurnar til annarra verka.

 

Sú þróun fínhreyfinga sem fylgdi í kjölfarið hefur ýtt undir stækkun og þróun heilans.

Ef heili okkar heldur áfram að minnka eins hratt og hann gerir nú verður hann svipaður að stærð og heili simpansa eftir 130.000 ár.

 

 

 

.

Skapandi og frjó hugsun ásamt mikilli fingrafimi ruddi brautina fyrir nýja tækni, allt frá steináhöldum til gufuvéla, tölvutækni og geimferða.

 

En líffræðingunum gæti hafa yfirsést eitt í þessu samhengi, nefnilega tungan. Músatilraunir benda nú til að þær taugabrautir í heila sem upphaflega þróuðust til að stýra hreyfingum tungunnar hafi síðar gegnt því hlutverki að veita höndunum sams konar fínhreyfigetu.

 

Þessarar skoðunar er heilasérfræðingurinn Ian Whishaw hjá Lethbridgeháskóla í Kanada. Árið 2018 gerði hann, ásamt samstarfsfólki sínu, tilraunir þar sem músum var kennt að grípa fæðu með framfótunum.

 

Höfuð músanna voru spennt föst, þannig að þær gátu ekki beitt tönnunum til að grípa fæðuna eins og þær voru vanar. Við þessar aðstæður reyndust mýsnar reka út úr sér tunguna jafnframt því sem þær reyndu að grípa matinn með framfótunum.

 

Whishaw álítur að nákvæmnisverk tungunnar og handanna lúti að hluta stjórn sömu heilastöðva. Þetta gæti skýrt hvers vegna sumt fólk læðir tungunni út í munnvikið þegar það er að þræða nál og börn gera hið sama þegar þau eru að lita eða læra að skrifa.

Mörg börn lauma tungunni út um munnvikið þegar þau eru að læra nýjar fínhreyfingar – kannski vegna þess að sömu taugabrautir heilans stýra tungunni.

Mikilvægi tungunnar varðandi þróun mannsins nær þó lengra. Þegar fínhreyfingar handanna bötnuðu, breyttust líka matarvenjurnar. Í stað þess að láta nægja að tyggja matinn vel, var nú hægt að matbúa hann með verkfærum og steikja yfir eldi.

 

Grófvinnsla matarins fluttist þannig frá munninum til handanna og um leið opnuðust nýir möguleikar fyrir þróun höfuðkúpunnar.

 

Tungan fékk ný hlutverk

Andlitið varð nú flatara en áður og neðri kjálkinn styttist. Jafnframt færðust málbeinið og barkakýlið neðar og tungan fékk rými fyrir alveg nýtt starf; hið talaða mál.

Tunga okkar og hendur skiptu um hlutverk

Þróun og stækkun mannsheilans gerðist í ákveðnu samspili handa og tungu. Í þróun mannsins hafa mikilvæg verkefni flust frá tungunni til handanna og öfugt og þetta hefur aukið velgengni tegundarinnar.

1. Tungan jók fingrafærni

Þegar frummenn risu upp á afturlappirnar varð gerlegt að nota hendurnar í annað, svo sem að smíða áhöld og vopn. Hreyfistöðvar fyrir hendur og tungu eru nágrannar í heilanum og sumir vísindamenn túlka það svo að fínhreyfingakerfið hafi gengið í arf frá tungunni til handanna.

2. Hendurnar komu tungunni á skrið

Fyrrum þurftum við að bíta sundur mat og bryðja með kjálkunum en svo gátu hendurnar tekið að grófvinna matinn, svo sem að brjóta hnetur. Munnholið og kokið breyttust að lögun, málbeinið og barkakýlið færðust neðar og tungunni varð unnt að forma mun fleiri hljóð. Talað mál varð til.

Tunga okkar og hendur skiptu um hlutverk

Þróun og stækkun mannsheilans gerðist í ákveðnu samspili handa og tungu. Í þróun mannsins hafa mikilvæg verkefni flust frá tungunni til handanna og öfugt og þetta hefur aukið velgengni tegundarinnar.

2. Tungan jók fingrafærni

Þegar frummenn risu upp á afturlappirnar varð gerlegt að nota hendurnar í annað, svo sem að smíða áhöld og vopn. Hreyfistöðvar fyrir hendur og tungu eru nágrannar í heilanum og sumir vísindamenn túlka það svo að fínhreyfingakerfið hafi gengið í arf frá tungunni til handanna.

2. Hendurnar komu tungunni á skrið

Fyrrum þurftum við að bíta sundur mat og bryðja með kjálkunum en svo gátu hendurnar tekið að grófvinna matinn, svo sem að brjóta hnetur. Munnholið og kokið breyttust að lögun, málbeinið og barkakýlið færðust neðar og tungunni varð unnt að forma mun fleiri hljóð. Talað mál varð til.

Þessar breytingar skiptu öllu máli fyrir hreyfigetu tungunnar og möguleika hennar til að mynda mjög margvísleg hljóð sem nánustu núlifandi ættingjar okkar, simpansar, geta ekki leikið eftir. Við getum því tjáð okkur á miklu fjölbreyttari hátt en með því táknmáli sem simpansar nota.

 

Hið talaða mál hefur haft svipuð áhrif og frelsi handanna til að þjálfa fínhreyfingar. Hvort tveggja jók þörfina fyrir stóran heila. Við getum nú ekki aðeins þróað nýjar hugmyndir í heilanum og framkvæmt þær með höndunum, heldur getum við líka rætt þær við aðra og talmálið nýtist líka til að skila fenginni reynslu milli kynslóða.

 

Tungan á því stóran hlut að velgengni okkar sem tegund. Án þessa sérstaka líffæris sem fyrstu hryggdýrin þurftu að þróa að lifa af á þurru landi, hefði okkur aldrei tekist að þróa þá færni sem nú hefur gert mannkynið að drottnurum jarðarinnar.

HÖFUNDUR: JENS E. MATTHIESEN

© nanka/Shutterstock & Lotte Fredslund,© John Sibbick/SPL,© Claus Lunau/Shutterstock, © Ralph Eshelman/Shutterstock,© Claudia Paulussen/Shutterstock,

Heilsa

Líkamleg snerting er mikilvæg milli föðurs og ungabarns

Maðurinn

Vísindamenn vara við langvarandi notkun á snuði

Maðurinn

Vísindamenn vara við langvarandi notkun á snuði

Lifandi Saga

Ísraelski vígamaðurinn: Vill lifa í friði með Palestínumönnum

Lifandi Saga

Ísraelski vígamaðurinn: Vill lifa í friði með Palestínumönnum

Jörðin

99 stórborgir eru að sökkva

Maðurinn

Munnvatnið er fullt af eitri

Maðurinn

Gæludýr koma í veg fyrir offitu og ofnæmi meðal barna

NÝJASTA NÝTT

Jörðin

Jörðin eftir manninn

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

Jörðin

Af hverju er ís svona háll?

Náttúran

Krabbar hafa farið sömu ferðina 17 sinnum

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

Náttúran

Risaeðlubeinagrind seld fyrir meira en sex milljarða króna á uppboði.

Jörðin

Jörðin eftir manninn

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

Jörðin

Af hverju er ís svona háll?

Náttúran

Krabbar hafa farið sömu ferðina 17 sinnum

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

Náttúran

Risaeðlubeinagrind seld fyrir meira en sex milljarða króna á uppboði.

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Heilsa

Er mikið um kyrrsetu hjá þér í vinnunni? Þá getur kaffi lengt líf þitt samkvæmt stórri rannsókn.

Heilsa

Er mikið um kyrrsetu hjá þér í vinnunni? Þá getur kaffi lengt líf þitt samkvæmt stórri rannsókn.

Heilsa

Lækning gegn útbreiddum meltingartruflunum finnst í flestum eldhúsum.

Heilsa

Lækning gegn útbreiddum meltingartruflunum finnst í flestum eldhúsum.

Náttúran

Jörðin eftir manninn: Svona munu leifar siðmenningar okkar hverfa

Heilsa

Læknar hafa grætt heilt auga í mann

Maðurinn

Nú geta vísindamenn ráðskast með drauma okkar

Tækni

140.000 veirutegundir hafa fundist í þarmaflórunni

Vinsælast

1

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

2

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

3

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

4

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

5

Jörðin

Jörðin eftir manninn

6

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

1

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

2

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

3

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

4

Jörðin

Jörðin eftir manninn

5

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

6

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Alheimurinn

Tvíburi Vetrarbrautarinnar finnst í útjaðri alheimsins

Lifandi Saga

Hvers vegna klæddust fangar röndóttum búningum í gamla daga?

Lifandi Saga

Af hverju er rússneskur bær í Noregi?

Jörðin

Leiða loftslagsbreytingar til fleiri jarðskjálfta?

Maðurinn

Er hollt að gefa blóð?

Tækni

Vandamál sem gat orðið aðkallandi

Maðurinn

Efnaskiptin eru stöðug frá 20 til 60 ára aldurs

Maðurinn

Er siðblindingi á vinnustaðnum þínum?

Maðurinn

Úmamí – fimmta frumbragðtegundin

Maðurinn

Eru fingraför óhjákvæmilega ólík?

Maðurinn

Frestar þú leiðinlegum verkefnum? Samkvæmt vísindamönnum er það slæm hugmynd

Læknisfræði

Hversu gamalt er Viagra?

Jörðin eftir manninn

Hvað verður um jörðina þegar við verðum horfin? Að sögn vísindamanna munu úlfaflokkar dreifast hratt á meðan borgirnar hrynja og sökkva. Hins vegar munu síðustu ummerki mannkyns standa til enda alheimsins.

Jörðin

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is