تحرک گردن چهارپایان اولیه با استفاده از یک آنالوگ موجود مدل‌سازی شده است

چهارپایان از ماهی‌های باله‌دار با ستون محوری نوتوکورد 1، 2، 3 به وجود آمدند. در طی این انتقال، جمجمه از کمربند شانه ای 4، 5، 6 جدا شد و یک ناحیه گردن ایجاد شد. این جدایی سر و شانه فرضیه هایی را ایجاد کرده است که نشان می دهد تحرک گردن در طول منشاء چهارپایان افزایش یافته است و انتقال اکولوژیکی به سمت زیستگاه های زمینی بیشتر را تسهیل می کند. با این حال، اجزای مهره‌ای 10 که به طور ناقص استخوان‌بندی شده‌اند، چالشی را برای مدل‌سازی تحرک این گردن‌های چهارپایان اولیه ایجاد کرده‌اند.

در اینجا ما از آزمایش‌های مواد بر روی ستون‌های محوری ماهیان خاویاری با پیکربندی مشابه برای پیش‌بینی ظرفیت‌های ناحیه گردن چهارپایان برای خمش جانبی، گسترش و چرخش در سراسر ساقه چهارپایان استفاده کردیم. مدل ما نشان می‌دهد که ستون محوری تحت سلطه بافت نرم به‌طور شگفت‌انگیزی سفت و سخت بود، علی‌رغم اینکه اجزای مهره‌ای هم استخوانی وجود نداشت. ما تخمین می زنیم که اکثر چهارپایان ساقه می توانند سر خود را کمتر از 6 درجه جانبی و کمتر از 3 درجه پشتی حرکت دهند اما نمی توانند آنها را بچرخانند.

قابل‌توجه، تحرک در ارتباط با جداسازی سر-شانه که بین منشأ تری‌ستیکوپتریدها (به نمایندگی از Eusthenopteron) و چهارپایان ساقه تاج‌دارتر رخ داد، تغییر نکرد. بنابراین، تحرک در گردن چهارپایان به عنوان یک محرک عملکردی برای جداسازی سر و شانه عمل نمی کند. در عوض، حرکت با اندام جلویی، که در چهارپایان اولیه 11، 12، 13، 14 دخیل است، توضیح عملکردی بهتری برای جداسازی سر و شانه ارائه می دهد.

از آنجایی که سر و تنه برای اولین بار از نظر تشریحی در مهره داران اولیه متمایز شدند، سطح مشترک بین این دو ناحیه بدن دستخوش یک سری تحولات تکاملی شده است 3، 5، 9، 15. اینها شامل جمعیت تاج عصبی واگ متمایز 16، 17، 18، 19، عضله گردن (یعنی کوکولاریس) 20، 21، 22، اعصاب نخاعی قدامی تخصصی (اعصاب جانبی و هیپوگلوسال) 23، 15، 26، 23، 15، 24 شانه است. 26، 27.

در تمام این دگرگونی‌ها، حرکت کامل سر (در مقابل حرکت داخل جمجمه‌ای) هرگز مستقل از حرکت تنه 5، 6، 9، 28، 29 نبود. با این حال، پیوند جمجمه-تنه در طول منشأ چهارپایان، زمانی که جمجمه و کمربند شانه‌ای از هم جدا شدند، دستخوش تغییر مشخصی شد که باعث ایجاد ناحیه گردن مجزای منحصر به فرد چهارپایان 1، 5، 6 شد.

مستند در چهارپایان ساقه کلیدی مانند Acanthostega 4، 8 و Tiktaalik 9، این جدایی سر از شانه به این فرضیه منجر شده است که تحرک گردن به طور قابل توجهی از طریق افزایش خم شدن، امتداد یا چرخش در سراسر ناحیه گردن جدید در طول منشاء چهارپایان، زمانی که چهارپایان شروع به 4،8، 8 بیشتر می‌کنند، افزایش یافته است. 9 . افزایش پیش بینی شده در تحرک گردن از نظر عملکردی آزمایش نشده است.

چهارپایان ساقه دارای یک ستون محوری هستند که تحت تسلط نوتوکورد بافت نرم است که در تمام دوران بزرگسالی آن را حفظ می کنند 1، 2، 3، 30، 31 (شکل 1). نوتوکورد توسط قوس های غضروفی یا استخوانی مشخص احاطه شده است که فاقد مفاصل استخوان به استخوان 32، 33 هستند (شکل 1b،c و داده های توسعه یافته شکل 1). این وضعیت قبل از تکامل ستون مهره مشخصه اکثر چهارپایان تاج بالغ است که در آن نوتوکورد بیشتر با مرکز استخوانی جایگزین می شود.

در چنین ستون محوری، هر مرکز مهره به طور کلی به یک قوس عصبی ذوب می‌شود و مهره‌ها از طریق مفاصل بین مرکزی و زیگاپوفیزیال با یکدیگر مفصل می‌شوند. چهارپایان ساقه فاقد این ویژگی‌های سفت‌کننده هستند، علی‌رغم مزیت عملکردی فرضی آن‌ها در حمایت از ستون محوری برای بقا در زیستگاه‌های به‌طور فزاینده‌ای زمینی 4، 7، 8، 9. این تفاوت‌های تشریحی به این معنی است که ستون‌های محوری چهارپایان ساقه یک سیستم مبتنی بر مفصل مانند چهارپایان تاجی نیستند، و مدل‌سازی ستون‌های محوری «نرم» چهارپایان ساقه را به چالش می‌کشد.

هیچ چهارپایان مدرنی دارای اسکلت محوری قابل مقایسه از نظر تشریحی یا عملکردی نیست. برای تولید تخمین‌های محدود از قابلیت عملکردی گردن چهارپای ساقه، ما به دنبال یک مدل جایگزین با استفاده از آنالوگ‌های موجود از لحاظ فیلوژنتیکی مستقل اما قابل مقایسه از نظر تشریحی بودیم که می‌توان برای آن آزمایش مواد انجام داد.

a، ستون محوری قدامی ماهیان خاویاری دریاچه ای (A. fulvescens) که استخوان های چشمی را نشان می دهد. فقط لبه اپرکولوم خارجی مشخص شده است. قوس های مهره ای به رنگ بژ نشان داده شده اند. عناصر منتخب جمجمه به رنگ خاکستری تیره، با استخوان مات و غضروف شفاف نشان داده شده اند. نوتوکورد به رنگ خاکستری کم رنگ و دایره سفید نشان دهنده موقعیت تقریبی چشم است. ب، ستون محوری قدامی E. foordi که وضعیت تتراپودومورف اجدادی را نشان می دهد، بر اساس مطالعات منتشر شده قبلی 3، 30.

سوپرانورال های خلفی سوپرانورال سوم نشان داده نشده اند، اما فرض بر این است که مانند سایر ماهی ها در جلوی باله پشتی وجود دارند. ج، ستون محوری قدامی A. gunnari که وضعیت تتراپودومورف اندام را نشان می دهد، بر اساس مطالعات منتشر شده قبلی 2، 63، 64. خط خاکستری بریده بریده لبه خلفی جمجمه جانبی را نشان می دهد. Eusthenopteron (b) و Acanthostega (c) منقرض شده اند. د، روابط فیلوژنتیکی بین گونه‌های مورد بررسی در این مطالعه با کلادهایی که به رنگ سیاه و تغییرات آناتومیک مربوطه در خاکستری مشخص شده‌اند.

چندین تلفات ثانویه استخوان سازی مرکزی در اکتینوپتریژها رخ می دهد.

ما ماهیان خاویاری دریاچه ای (Acipenser fulvescens) را به عنوان بهترین مدل موجود برای ستون محوری نرم چهارپایان ساقه شناسایی کردیم. ماهیان خاویاری یک نوتوکورد دست نخورده را تا بزرگسالی 34، 35 حفظ می‌کنند و ابعاد بدنی مشابهی با چهارپایان ساقه دارند (داده‌های توسعه یافته شکل‌های 1 و 5). ستون محوری ماهیان خاویاری تحت تسلط نوتوکورد، یک سازگاری ثانویه در این دودمان، دارای پیکربندی تشریحی شبیه به چهارپایان ساقه از نظر نسبت کلی قوس‌های مهره‌ای به کانال نوتوکوردال در مقطع است (داده‌های توسعه یافته شکل‌های 1 و 2).

قوس ها به جای مفاصل زیگاپوفیزیال، توسط بافت های همبند غیر معدنی به هم متصل می شوند 34، 35 و اجزای مهره های شکمی چند قسمتی هستند (پایه ها و بازوانترال ها در ماهیان خاویاری؛ جنب مرکزی و میان مرکزی در ساقه و چهارپایان اولیه) 34. برخی از جزئیات آناتومیکی مهره‌های ماهیان خاویاری با مهره‌های همتایان خود در ساقه و چهارپایان اولیه متفاوت است.

دو مثال این است که ماهیان خاویاری دارای سوپرانورال هستند و پایه‌ها و بازوونترال‌ها به صورت پشتی و شکمی در سراسر نوتوکورد از یکدیگر قرار می‌گیرند، در حالی که مرکز و پلورسنتر در ساقه‌ها و چهارپایان اولیه نسبت به یکدیگر متلاشی شده‌اند، اما هر دو به صورت بطنی جانبی نسبت به نوتوکورد قرار گرفته‌اند. با اذعان به این تفاوت‌های جزئی، ما یک سری آزمایش مواد را روی ستون محوری و نوتوکورد نمونه‌های ماهیان خاویاری انجام دادیم و سفتی خمش جانبی، سفتی اکستنشن و سفتی پیچشی (چرخشی) را اندازه‌گیری کردیم.

سپس این مقادیر سفتی را به ابعاد ستون محوری گونه‌های ساقه و چهارپایان اولیه برای تعیین صلبیت ستون و تخمین تحرک گردن در این گونه‌ها اعمال کردیم.

تحرک ستون محوری تحت تسلط نوتوکورد به‌جای اتصالات زیگاپوفیزیال به دلیل خواص مواد آن محدود می‌شود. این نوع ستون از بافت نرم (نوتوکورد)، بافت سخت (غضروف یا قوس های استخوانی) و بافت های همبند که آنها را به هم متصل می کند، تشکیل شده است که همگی به خواص مادی ستون کمک می کنند. سفتی نوتوکورد در ماهی هاگ 36، جنین سالمون 37 و قورباغه 38 اندازه گیری شده است و سفتی زاویه ای و فشار داخلی آن در ماهیان خاویاری در طول شنا 35 محاسبه شده است (جدول تکمیلی 3).

در ماهی هاگ، سفتی نوتوکورد به تنهایی بیشتر سفتی بدن را تشکیل می دهد 36 . در مقابل، کاهش استخوان‌سازی قدامی‌ترین مهره‌ها در برخی از ماهی‌های اژدها، تحرک بسیار بیشتری را نسبت به بقیه ستون‌ها با مرکز استخوانی شده به ستون نوکوردال ارائه می‌دهد. بنابراین، بافت های اطراف نوتوکورد ممکن است به طور قابل توجهی سفتی کل ستون محوری نوتوکوردال را در غیر سیکلوستوم ها افزایش دهند.

برای آزمایش سهم نسبی آنها در سفتی بدن، ما سفتی نوتوکورد جدا شده و کل ستون را برای تخمین‌های دامنه حرکتی خود از ستون محوری چهارپایان اولیه اندازه‌گیری کردیم.

در ماهیان خاویاری، کل ستون محوری بهتر از نوتوکورد ایزوله به تحرک محوری نزدیک می شود. داده های ما نشان می دهد که سفتی نوتوکورد عامل محدود کننده تحرک ستون محوری در ماهیان خاویاری نیست، زیرا سفتی کل ستون (با قوس های معدنی دست نخورده و بافت همبند) به طور قابل توجهی بیشتر از نوتوکورد به تنهایی است (جدول 1 و شکل تکمیلی 4). این سفتی ستون بالا به توقف های سخت یا فعل و انفعالات مفصلی بین قوس ها نسبت داده نمی شود، زیرا ما در طول آزمایش چنین برهمکنش ها یا منطقه ای شدن خمش را مشاهده نکردیم.

فقط نیروها و گشتاورهای ناچیز برای خم کردن و پیچش نوتوکورد در مقایسه با کل ستون مورد نیاز بود (جدول داده های توسعه یافته 1، جدول تکمیلی 4 و شکل تکمیلی 4). بنابراین، ما از سفتی کل ستون برای تخمین سفتی خمشی گردن‌های پیکربندی مشابه چهارپایان ساقه استفاده کردیم (روش‌ها).

در خم شدن جانبی، نواحی پره کلوآکال و دم ماهیان خاویاری در ستون محوری نسبت به قسمت قدامی کمتر سفت است (داده های توسعه یافته شکل 3 و جدول تکمیلی 5)، درست در خلف مهره های اکسیپیتال ذوب شده قرار دارند. سفتی در امتداد ستون برای اندازه‌گیری‌های دیگر ثابت بود (داده‌های توسعه‌یافته شکل‌های 3-5 و جداول تکمیلی 6 و 7).

برای توضیح این تغییر برای ماهیان خاویاری، از مدول یانگ از قدامی ترین موقعیت آزمایشی برای خم شدن جانبی استفاده کردیم (جدول 1)، زیرا این ناحیه از نظر تشریحی با ناحیه گردن در چهارپایان ساقه قابل مقایسه است.

برای تخمین تحرک گردن چهارپایان، ما پنج چهارپایان ساقه (Eusthenopteron foordi 3، 30، 31، 40، Tiktaalik roseae 41، Acanthostega gunnari 2، Whatcheeria deltae 42 و Greerpeton 43croburkemorani) را انتخاب کردیم. Trimerorhachis insignis 44 , 45 , 46 , 47 ) که ابعاد ستون محوری (داده های توسعه یافته شکل 1) قابل اندازه گیری است. اجزای مهره ای در این گونه ها به اندازه کافی حفظ شده اند تا بازسازی ستون محوری قدامی و تخمین سطح مقطع بدن در گردن را ممکن می سازد.

بر اساس آزمایش مواد با استفاده از نمونه‌های ماهیان خاویاری، ما برآورد کردیم که تحرک گردن به شدت توسط ستون محوری در این گونه‌ها محدود می‌شود.

برای تخمین خمش و امتداد جانبی (ارتفاع سر)، ابتدا گشتاور دوم مساحت ستون محوری قدامی را تعیین کردیم (معادله (3)؛ روش‌ها) و سپس نیروی (F) مورد نیاز برای دستیابی به انحراف معین (δ) (معادله (8)؛ روش‌ها) را محاسبه کردیم.

در جایی که E مدول یانگ (Pa) محاسبه شده از آزمایش مواد نمونه‌های ماهیان خاویاری است، I دومین لحظه مساحت (m 4) بخش مربوطه ستون محوری و L طول (m) ناحیه گردنی یا معادل آن است. در مرحله بعد، با استفاده از فشارهای شناخته شده برای عضلات مخطط در مهره داران، سطح مقطع ماهیچه مورد نیاز برای ایجاد این نیروها را محاسبه کردیم (روش ها).

این نواحی عضلانی برای هر تاکسون به نصف مساحت یک بیضی که در اطراف اکسیپوت نصب شده بود پوشانده شد تا حداکثر مطلق ناحیه عضلانی در دسترس برای خم شدن جانبی (ناحیه در یک طرف) و گسترش (منطقه پشتی ترکیبی هر دو طرف؛ شکل تکمیلی 3) فراهم شود. تخمین های حاصل از حداکثر دامنه حرکت نشان دهنده زوایای انحراف تولید شده توسط حداکثر نیرو از ناحیه عضله مربوطه است.

مدل‌سازی ما تنها تحرک متوسط ​​گردن (شکل 2) را در چهارپایان چهارپایان Eusthenopteron (خم‌شدن جانبی 8.5 درجه) و Tiktaalik (خم‌شدن جانبی 5.5 درجه) نشان داد - اولین چهارپایان ساقه‌ای که در مجموعه داده‌های ما واگرا هستند. به جز Whatcheeria، چهارپایان ساقه عموما قادر به خمش جانبی گردن بیش از 8.5 درجه یا امتداد گردن بیش از 3 درجه نبودند. در میان چهارپایان اولیه، Acanthostega، Greererpeton و Trimerorachis تخمین‌های کمتری را برای خمش جانبی (<3 درجه) و گسترش (<1.5 درجه) نسبت به گروه‌های برون ماهی خود نشان دادند.

ما این تخمین‌ها را برای ناحیه قدامی تحت تسلط نوتوکورد ستون محوری 30، 41 ایجاد کردیم، جایی که ستون در پشتی بسیار بلندتر از عرض آن در مقطع است (داده‌های توسعه یافته شکل 2c). ارتفاع ستون حداقل 166 درصد از عرض ستون در همه چهارپایان به جز Tiktaalik و Greererpeton بود (155٪ در Tiktaalik، تنها 128٪ در Greererpeton). در Eusthenopteron، این ارتفاع به دلیل وجود سوپرانورال 3 بود (در داده های توسعه یافته شکل 2a نشان داده نشده است)، در حالی که در سایر چهارپایان ساقه و اولیه، به دلیل قوس های عصبی نسبتا بلند بود (Extended Data Fig.

2c,d,f). فرقی نمی‌کند که ارتفاع از قوس‌های فوق عصبی یا قوس‌های عصبی بلند باشد، تخمین‌های ما عموما نشان می‌دهند که ستون‌های محوری بلندتر از ستون‌های کوتاه‌تر تحرک کمتری دارند.

a – f، تخمین‌های محدوده خمش در ناحیه گردن (یا مشابه) برای E. foordi (a)، T. roseae (b)، A. gunnari (c)، W. deltae (d)، G. burkemorani (e) و T. insignis (f)، که توسط سفتی ستون محوری محدود می‌شود. سیلوئت ها در مقیاس نسبت به یکدیگر ترسیم نمی شوند. تخمین های محاسبه شده خم شدن و اکستنشن جانبی، همراه با داده های طول گردن، در جدول داده های توسعه یافته 2 ارائه شده است.

در یک ستون محوری تحت تسلط نوتوکورد، طول ناحیه خمشی نیز بر تحرک تأثیر می‌گذارد، زیرا نیروی مورد نیاز برای دستیابی به خمش یا امتداد جانبی به عنوان یک تابع مکعب طول کاهش می‌یابد (به معادله (8) مراجعه کنید؛ روش‌ها). این تابع مکعبی معکوس تا حدودی تخمین کم تحرک گردن در Acanthostega و Greererpeton و Trimerorhachis با گردن کوتاه را توضیح می دهد (1 درجه خم شدن جانبی و کمتر از 1 درجه گسترش تنها با سه مهره گردن).

برعکس، ما تحرک بالای تخمین زده شده گردن در Whatcheeria را تا حدی به گردن بلند آن نسبت می دهیم (داده های توسعه یافته شکل 2d). مدل‌سازی ما نشان می‌دهد که Whatcheeria می‌تواند تا 32 درجه خمیدگی جانبی و 12 درجه گسترش داشته باشد که تقریبا ده برابر (خم شدن جانبی) و هشت برابر (کشش) از تخمین ما برای سایر چهارپایان اولیه بیشتر است. گردن نسبتا بلندتر (89% طول جمجمه) نسبت به سایر چهارپایان اولیه (34.2% طول جمجمه در Acanthostega و 37.6% در Greererpeton) 42 دارد.

بنابراین، Whatcheeria از نظر طول گردن و تحرک، در میان چهارپایان اولیه به نظر می‌رسد دورتر باشد. بقیه عموما دارای دامنه بسیار محدودی از حرکت سر بودند.

برای تخمین گشتاورهای ستون محوری مورد نیاز برای چرخش سر، از مدول صلبیت (G) به‌دست‌آمده از آزمایش‌های مواد در ماهیان خاویاری با استفاده از معادلات (5)-(7) (روش‌ها) استفاده کردیم و بر اساس اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده از ستون‌های محوری و equ tras (ستون‌های اولیه equ) گشتاورهای قطبی منطقه (J) را تعیین کردیم. روش ها):

که در آن T حداکثر گشتاور (Nm)، L طول گیج (m) و θ زاویه در حداکثر گشتاور (درجه) است. ما گشتاور (T) را در زوایای کوچک (5-10 درجه) محاسبه کردیم و دریافتیم که ستون برای دستیابی به هر چرخشی به گشتاورهای بسیار بالایی نیاز دارد (≥200 نیوتن متر برای 5 درجه؛ جدول داده های توسعه یافته 1).

این تخمین‌های گشتاور بالا نشان می‌دهد که چرخش‌های بزرگ سر در سراسر ساقه چهارپایان غیرممکن است، حتی در گونه‌هایی با اطلس و مهره‌های محوری متمایز (به‌ویژه، گریرپتون در میان گونه‌های مورد بررسی در اینجا) 2، 10، 42، 43، 46. ما گشتاورهای مورد نیاز برای ایجاد چرخش های کوچک 5 درجه در هر تاکسون را محاسبه کردیم زیرا دانش فعلی آناتومی عضلانی برای تخمین حداکثر چرخش قابل دستیابی توسط عضله محوری کافی نیست (جدول داده های توسعه یافته 1). در میان گونه‌های مورد بررسی در اینجا، Tiktaalik به کمترین گشتاور (200 نیوتن‌متر) برای چرخش سر 5 درجه نیاز داشت (جدول داده‌های توسعه‌یافته 1).

این گشتاور تخمینی با توجه به طول محدود عناصر اسکلتی عضلانی که بازوی اهرمی را تشکیل می دهند (به عنوان مثال، دنده های گردنی) قابل توجه است. همه گونه‌های دیگر مورد بررسی، از جمله Eusthenopteron، حتی به گشتاور بیشتری (314-746 نیوتن‌متر) نسبت به آنچه در Tiktaalik برای همان درجه چرخش لازم است نیاز دارند (جدول داده‌های توسعه‌یافته 1).

تغییرات در برآورد حداکثر خمش جانبی و گسترش برای ساقه و چهارپایان اولیه با تفاوت در نسبت بدن، به ویژه طول گردن، گونه های مورد تجزیه و تحلیل در ارتباط است. حداکثر مقادیر خمیدگی جانبی تخمین زده شده Trimerorhachis، تاکسونی با کوتاه ترین گردن (<3 سانتی متر، 19 درصد طول جمجمه آن؛ جدول تکمیلی 5)، و Whatcheeria، تاکسون با طولانی ترین گردن (نزدیک به 20 سانتی متر، 89 درصد از طول جمجمه آن، 351 درجه سانتی متر)، T اضافی قابل تغییر است.

با این حال، طول کلی گردن و تعداد مهره‌ها در ناحیه گردن در اکثر چهارپایان ساقه مشابه است (Eusthenopteron، Tiktaalik، Acanthostega و Greererpeton). اگرچه Eusthenopteron فاقد ناحیه گردنی مشخصی است که توسط ناحیه بین جمجمه و کمربند شانه تعریف شده است، یک ناحیه معادل هنوز می تواند در قدامی ترین ستون محوری توسط مهره های قابل تشخیص آناتومیک (یعنی مرکز بدون دنده یا سوپرانورال های پهن، بسته به نمونه) شناسایی شود.

ما طول ستون محوری را در این ناحیه اندازه‌گیری کردیم تا تحرک نظری را در صورت آزاد بودن منطقه مدل کنیم (جدول داده‌های توسعه‌یافته 2 و داده‌های توسعه‌یافته شکل 2). ظرفیت خمش جانبی ستون های محوری Eusthenopteron و Tiktaalik از ظرفیت های Acanthostega و Greererpeton دو تا سه برابر بیشتر است (شکل 2 و جدول داده های توسعه یافته 2)، با وجود طول های گردن قابل مقایسه. به نظر می رسد این تفاوت ها ناشی از تغییرات در هندسه ستون محوری و مقطع بدنه باشد (داده های توسعه یافته شکل 2 و شکل تکمیلی 3).

هندسه ستون محوری بر ممان اینرسی تأثیر می گذارد (I در معادلات (8) و (9)؛ روش ها)، در حالی که سطح مقطع بدن حداکثر مساحت عضله را محدود می کند (روش ها و شکل تکمیلی 3). نسبت عرض مهره به ارتفاع بر من و در نتیجه تحرک ستون، به ویژه در کشش تأثیر می گذارد. در Tiktaalik، مهره‌ها تقریبا به اندازه عرض آنها در قاعده بلند هستند و این امر 2.25 درجه امتداد را ممکن می‌سازد (داده‌های توسعه‌یافته شکل‌های 1c,e و 2b؛ مشابه Greererpeton, داده‌های توسعه‌یافته شکل 2e).

ارتفاع مهره ها در دیگر گونه ها بیشتر است (تا 2.17 برابر عرض در Acanthostega؛ جدول داده های توسعه یافته 1 و داده های توسعه یافته شکل 2c) و گسترش به ترتیب کمتر است (0.6 درجه در Acanthostega؛ شکل 2 و جدول داده های توسعه یافته 2). برای ارزیابی بیشتر اینکه چگونه نسبت مهره‌ها بر خم شدن تأثیر می‌گذارند، خمش را برای گردنی به طول 10 سانتی‌متر با ستون‌های هر تاکسون به همان عرض محاسبه کردیم.

ما نه تنها متوجه شدیم که نسبت‌های بلند و باریک مهره‌ها واقعا محدودکننده هستند، به ویژه در Acanthostega، بلکه همچنین نمایه مستطیلی Trimerorhachis به شدت خمش را حتی در یک بخش ستون محوری طولانی محدود می‌کند، بنابراین تحرک پایین سر آن تنها تا حدی به دلیل گردن بسیار کوتاه آن است (جدول تکمیلی 9).

همانطور که در گریرپتون دیده می شود، چهارپایان رو به تاج تمایل به داشتن یک ستون محوری نسبتا وسیع دارند (داده های توسعه یافته شکل 2e). این تا حدی به دلیل فرآیندهای عرضی قوی 33 است - هندسه ای که برای تحرک بیشتر مطلوب است (جدول تکمیلی 9). در گونه های دیگر، مانند آمبولومرها و آمنیوت ها، این گشاد شدن نیز با جایگزینی فزاینده نوتوکورد توسط مرکز مهره ها مرتبط است. روش فعلی ما برای تخمین دامنه تحرک در گونه‌هایی مانند اینها با نوتوکوردهای محدود نامناسب است.

اتصالات زیگاپوفیزیال بین مهره‌ها نیز در چهارپایان تاجی ایجاد می‌شود و مفاصل پیچیده را به ستون مهره‌ها اضافه می‌کنند. ارزیابی ستون‌های محوری چهارپایان اولیه و آمنیوت اولیه با مفصل‌های زیگاپوفیزیال توسعه‌یافته‌تر به رویکرد متفاوتی نیاز دارد.