Skamieniałe zęby sprzed 439 milionów lat podważają dawne poglądy na ewolucję

Rekonstrukcja wolumetryczna protezy dentystycznej z uwzględnieniem aspektu językowego (wzorzec całkowity Qianodus Dupis). Próbka ma ponad 2 mm długości. Źródło: Chu i in.

Rzadkie chińskie zęby kopalne zmieniły poglądy naukowców na ewolucję kręgowców.

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył szczątki ryb zębatych sprzed 439 milionów lat, co wskazuje, że przodkowie chondrichthyanów (rekinów i płaszczek) oraz kosteczek słuchowych (ryb płaszczkowo-płetwych) powstali znacznie wcześniej niż wcześniej sądzono.

Wyniki zostały niedawno opublikowane w prestiżowym czasopiśmie charakter temperamentu.

Odległe stanowisko w prowincji Guizhou w południowych Chinach przyniosło niezwykłe odkrycia skamieniałości, w tym pojedyncze zęby zidentyfikowane jako należące do nowego gatunku (Qianodus doubleis) prymitywnych kręgowców szczękowych ze starożytnego okresu syluru (około 445 do 420 milionów lat temu). Qianodus, nazwany na cześć starożytnej nazwy dzisiejszego Guizhou, miał niezwykłe, przypominające ślimaka elementy zębowe z kilkoma generacjami zębów, które były umieszczane przez całe życie zwierzęcia.

Rekonstrukcja pływającego doubleisa Qianodus. Źródło: IVPP

Jedną z najrzadszych skamieniałości znalezionych na tym stanowisku były krętki zębowe (lub zefity) Qianodus. Ze względu na niewielkie rozmiary, rzadko przekraczające 2,5 mm, musiał być badany w powiększeniu przy użyciu światła widzialnego i promieni rentgenowskich.

Godną uwagi cechą okruchów było to, że miały parę rzędów zębów umieszczonych w podniesionym środkowym obszarze od podstawy poduszek. Te tak zwane zęby mleczne wykazują stopniowy wzrost w miarę zbliżania się do robaka wewnętrznego (językowego). Charakterystyczne przesunięcie między dwoma rzędami zębów mlecznych odróżnia kwiaty Qianodus od innych kręgowców. Chociaż nie wykryto wcześniej w poduszkach zębowych gatunków kopalnych, podobny układ proksymalnych rzędów zębów jest również obecny w zębach wielu współczesnych rekinów.

Hipotetyczny przekrój wzdłuż długości krętlika zęba w widoku z boku (kompleksowy typ Qianodus Duplicis). Próbka ma ponad 2 mm długości. Źródło: Chu i in.

Odkrycie wskazuje, że znane grupy kręgowców szczękowych z tak zwanego „wieku ryb” (od 420 do 460 milionów lat temu) faktycznie powstały około 20 milionów lat temu.

„Qianodus dostarcza nam pierwszych konkretnych dowodów na zęby i wyprostowane szczęki z tego krytycznego wczesnego okresu ewolucji kręgowców” – powiedział Li Qiang z Qujing Normal University.

W przeciwieństwie do zębów współczesnych rekinów, które stale wypadają, naukowcy uważają, że nakładki na zęby Qianodus pozostawały w jamie ustnej i powiększały się wraz ze wzrostem zwierzęcia. Wyjaśnienie to wyjaśnia stopniowe powiększanie zastępczych zębów i poszerzanie podstawy szczęki jako odpowiedź na ciągły wzrost rozmiaru szczęki podczas rozwoju.

Dla naukowców kluczem do zrekonstruowania wzrostu pęcherzyków były dwie próbki na wczesnym etapie powstawania, łatwe do zidentyfikowania dzięki ich znacznie mniejszym rozmiarom i mniejszej liczbie zębów. Porównanie z najliczniejszymi dojrzałymi pęcherzykami dostarczyło paleontologom rzadkiego wglądu w mechanikę ewolucyjną wczesnych zębów kręgowców. Obserwacje te wskazują, że zęby mleczne powstały jako pierwsze, podczas gdy dodanie zębów bocznych (dodatkowych) nastąpiło później w ewolucji.

Odbudowa Qianodus dupis, Prymitywne kręgowce o szczękach. Źródło: Zhang Heming

„Pomimo ich charakterystycznych cech, tarcze dentystyczne zostały zgłoszone w wielu wymarłych liniach chrząstki i osteoklastów” – powiedział Plamen Andreev, główny autor badania. „Niektóre z wczesnych chrząstek zbudowały nawet zęby całkowicie z blisko rozmieszczonych zębów”.

Badacze twierdzą, że tak też było w przypadku Qianodus. Doszli do tego wniosku po zbadaniu maleńkich pęcherzyków (1-2 mm długości) nowego rodzaju promieniowania synchrotronowego – procesu skanowania CT, który wykorzystuje wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie z akceleratora cząstek.

Profesor Chu Min z Instytutu Paleontologii Kręgowców i Paleoantropologii in Chińska Akademia Nauk.

Te obserwacje są poparte drzewem filogenetycznym, które identyfikuje Qianodus jako bliskiego krewnego wymarłych grup chondrichthian zębatych opartych na okółkach.

„Nasza zmodyfikowana linia czasowa pochodzenia głównych grup kręgowców szczękowych jest zgodna z poglądem, że ich początkowa dywersyfikacja nastąpiła we wczesnym okresie syluru” – powiedział profesor ZHU.

Odkrycie Qianodus dostarcza konkretnych dowodów na istnienie zębatych, podobnych do rekinów kręgowców o dziesiątki milionów lat starszych niż wcześniej sądzono. Analiza genetyczna przedstawiona w badaniu określa, że ​​Qianodus jest prymitywnym chondrichthianem, co oznacza, że ​​ryby szczękowe były już dość zróżnicowane w dolnym sylurze i pojawiły się wkrótce po ewolucji mineralizacji szkieletu w bezszczękowych liniach przodków kręgowców.

Evan Sansom, współautor badania powiedział: Uniwersytet w Birmingham.

Odniesienie: „Najstarsze zęby gnatotomowe” Plamena S. Andreeva i Evana J. charakter temperamentu.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05166-2