Vergessene Kieferentwicklung: vom Dunklenosteum zum Menschen

Evolution ist einer der wichtigsten Prozesse im Leben eines Organismus auf der Erde. Von den modernen Arten auf dem Planeten Erde hat sich vor vielen Millionen Jahren nur ein kleiner Prozentsatz der Evolution aufgegeben. Die meisten haben sich die ganze Zeit verändert und verändern sich weiter. In Fragen der Entwicklung und Geschichte unserer Spezies wurde dem Intellekt, der Struktur der Hand, die es uns ermöglicht, die Werkzeuge der Arbeit in unseren Händen zu halten, der aufrechten Haltung usw. viel Aufmerksamkeit geschenkt. Es stellte sich jedoch selten die Frage, woher wir so einen Kiefer haben. Wissenschaftler der Universität Uppsala (Uppsala, Schweden) und des ESRF (Teilchenbeschleuniger in Grenoble, Frankreich) beschlossen, eine fossile Studie durchzuführen, um den evolutionären Ursprung des Wirbeltierkiefers herauszufinden. Was waren die Schwierigkeiten der Studie, welche Methoden wurden angewendet und was haben die Wissenschaftler neu gelernt? Ihr Bericht wird uns darüber berichten. Gehen.

Forschungsgrundlage

Denken Sie daran, wie wir in der Kindheit Milchzähne herausgezogen haben. Manchmal musste man einen schrecklichen Zahnarzt aufsuchen, manchmal reichten ein Faden und eine Tür, und manchmal fiel ein nerviger wackeliger Zahn von selbst heraus. Unabhängig von der Methode, Milchzähne loszuwerden, ist seine Essenz dieselbe - der "alte" Zahn macht Platz für den "neuen". Dies ist vielen Tierarten inhärent, aber der Mechanismus dieses Prozesses ist unterschiedlich.





Dunkleosteus ist einer der bekanntesten Vertreter von Arthrodiriformes.



Gehen wir zurück in die Vergangenheit, 300-400 Millionen zurück. Damals gab es noch keine Haie, aber der Weltozean wurde von anderen Raubtieren bewohnt - Arthrodiriformes . Arthrodiras sind eine Gruppe ausgestorbener Wirbeltiere aus der Placoderm-Klasse.



Eine der bekanntesten und am besten untersuchten Arten von Arthrodir ist dunkelosteas (Dunkleosteus ), der vor 415-360 Millionen Jahren auf dem Planeten lebte. Zu einer Zeit war diese Art das größte Raubtier (4,5-6 m Körperlänge), obwohl diese Aussage sehr prekär ist, da die meisten der untersuchten Fossilien Fragmente sind, nach denen es sehr schwierig ist, die genauen Abmessungen zu bestimmen.





Der Dokumentarfilm "Prähistorische Raubtiere", der auch von Dunkleosteus erzählt.



Aber es ist nicht die Größe, die diese Kreaturen von ihren Zeitgenossen unterscheidet, sondern die Jagdmethode oder vielmehr das Werkzeug - der Kiefer. Dunkleosteus war nicht der erste, der Kiefer hatte, aber seine Variante war gut entwickelt und an den Lebensstil und die gastronomischen Vorlieben von Dunkleosteus angepasst. Anstelle von Zähnen hatten diese Raubtiere im modernen Sinne des Wortes große knöcherne Platten. Die Kieferkraft betrug ungefähr 5 MPa (wie die des Mississippi-Alligators), und die Öffnungsgeschwindigkeit betrug 1/50 Sekunde, wodurch der Raubtier buchstäblich Beute ansaugen konnte.



Vertreter von Arthrodir, einschließlich Dunklerostea, waren häufiger als andere Gegenstand der Untersuchung antiker Fische sowie ihrer Anatomie. Um jedoch den gesamten Entwicklungsweg des Kiefers zu verstehen, ist es notwendig, eine noch frühere Version davon in Betracht zu ziehen. Daher beschlossen die Wissenschaftler, die Fossilien von Acanthothoraci zu untersuchen - einer weiteren frühen Gruppe von Fischen, die als primitiver als Arthrodiras gilt und eng mit den allerersten Kieferwirbeltieren verwandt ist. Das Studium der Fossilien von Acanthothoraci hat jedoch das gleiche Problem wie das Studium der Arthrodiriformes - das Fehlen von Fossilien und ihre fragmentierte Natur.



Die beste zu untersuchende Probe wurde vor etwa 100 Jahren in der Tschechischen Republik gefunden. Zuvor war es äußerst schwierig, es zu untersuchen, da die Knochen fast vollständig im Gestein versiegelt waren und seine Zerstörung zu einer Beschädigung der Probe führen würde.





Außenansicht des ESRF-Forschungskomplexes.



Aber in den hundert Jahren seit der Entdeckung dieser Probe hat sich viel geändert. Beispielsweise wurde der ESRF-Forschungskomplex 1994 mit einem 844,4 m langen Synchrotron gebaut. Dieses Wunder der modernen Wissenschaft erzeugt leistungsstarke Röntgenstrahlen, die zum zerstörungsfreien Scannen von Materie, einschließlich zur Untersuchung fossiler Fossilien, verwendet werden können.



Wie die Autoren der Studie bemerken, sind die Stammgruppen Osteichthyans (Knochenfische) und die meisten Chondrichthyans(Knorpelfische) haben quer angeordnete Spiralzähne, während die Kronengruppe Osteichthyans ein Längsgebiss aufweist (Abbildung unten).





Bild 1: Verteilung der Gebissarten auf die Oberkieferzähne.



Bei Arthrodir werden neue Zähne in abweichenden Reihen vom Vorgängerzahn oder vom Vorgängerbereich hinzugefügt. Die Anzahl der Reihen variiert stark, und die Anordnung zusätzlicher Reihen kann sowohl labial (hervorstehend) als auch lingual zwölf (nach innen) oder longitudinal sein.



Jüngste Entdeckungen von marginalen Hornkiefern und arthrodyraler Körperanatomie bei Entelognathus (423–416 Mya) und Qilinyu (419 Mya) führte zur Theorie der Kieferentwicklung, in der diese beiden Gattungen eine Brücke zwischen arthrodiralen Kieferformen und knöchernen Fischkiefern bilden.

* Mya - vor Millionen Jahren.

Das Gebiss von Entelognathus und Qilinyu ist jedoch noch wenig verstanden.



In dieser Arbeit präsentierten Wissenschaftler die Ergebnisse einer Studie über das Gebiss von Radotina , Kosoraspis , Tlamaspis (Tschechische Republik) und die einzige Probe des Gebisses Acanthothoraci (CPW.9 / Canadian Arctic Archipelago).

Forschungsergebnisse

Der Mechanismus zum Hinzufügen von Zähnen zur CPW.9-Reihe, der ein Paar supragnataler Platten an der Schnauze enthält, wurde zuvor als konzentrisch beschrieben. Infolgedessen führte eine abgelöste dermale Tessera ( schuppenartig ) mit konzentrisch positionierten Odontoden * aus derselben Formation zu einer Fehlinterpretation der Probe wie der Acanthothoraci maxilla .

Odontoden * (Hornzähne) sind bei einigen Wirbeltierarten Hornhautformationen.

Die erneute Analyse von CPW.9-Bildern mittels Mikrocomputertomographie (Mikro-CT) zeigt, dass sich die oberen Zahnplatten labial relativ zur Platte der prämedialen Hornhaut befinden. Folglich erfolgt das Hinzufügen von Zähnen radial von der Basis des Lippenbereichs und nicht von der Lippe selbst. Stattdessen sind die ältesten kleinen Zähne mit größeren Hornzähnen bewachsen, wie in der Andreolepis- Stammgruppe beobachtet . Mithilfe der Phasenkontrastmikroskopie



konnten Wissenschaftler bisher unerforschte Gebisse in Radotina , Kosoraspis und Tlamaspis nachweisen . Sie unterscheiden sich alle erheblich von CPW.9.





Bild 2: Die Struktur des Radotina tesselata-Kiefers. Radotina



Zahnstruktur(Bilder oben) besteht aus vier Reihen, die sich auf der ventralen Oberfläche des großen Hornwangenknochens befinden, der an der Außenfläche des Zeltquadrats (dorsale Komponente des Unterkiefers) befestigt ist.



Diese ventrale Kante bildet eine Längsrille mit Zähnen auf der labialen Seite, und Reihen von Gefäßrillen befinden sich im unteren Teil der Rille. Somit ist das Gebiss einzigartig marginal, befindet sich innerhalb der Kante des Kiefers, aber außerhalb des Zeltquadrats ( 2C ) und ist durch eine klare labiale Kante des freiliegenden Knochens vom äußeren Teil der Wange getrennt. Zahnreihen werden lingual (relativ zur Zunge) hinzugefügt und ein ausgeprägter Mineralisierungsgradient wird von den ältesten bis zu den jüngsten Zähnen beobachtet. Die Zähne haben eine längliche, sternförmige klingenartige Form ( 2E)). Die Form dieser Zähne ähnelt der Form der marginalen Odontoden auf der Backentessera. Im Gegensatz zu diesen Odontoden werden die Zähne jedoch unter Verwendung eines separaten basalen Bindegewebes zu Reihen verschmolzen.



Es wurden keine Anzeichen einer Zahnresorption oder eines Zahnersatzes gefunden. Ein gebrochener Zahn in der lingualen Reihe selbst durchlief jedoch eindeutig den Restaurierungsprozess mit der Bildung einer neuen Krone im beschädigten Bereich.



Kosoraspis und Tlamaspis haben mehrere kurze, geile Kieferknochen, auf denen sich Zähne befinden. Sie variieren in Länge und Form je nach Position, sind jedoch alle mit einer Frontplatte verbunden. Bei KosoraspisDie Gesichtsplatte trägt zahnähnliche Odontoden, die auf der Mundplatte zu spitzen Zähnen verschmelzen und schräg quer verlaufende Spiralreihen bilden. Sie unterscheiden sich in ihrer Form von den sternförmigen Odontoden auf der Wange.





Bild 3: Die Struktur des Kosoraspis peckai Kiefers.



Sowohl Odontoden als auch Zähne bestehen aus pallialem Dentin, während zirkumpulpales Dentin, das die Pulpahöhle in reifen Zähnen ausfüllt, röhrenförmiges (röhrenförmiges) Dentingewebe mit weniger Zellräumen ist.



Und hier ist die Frontplatte von TlamaspisMeist labial unbedeckt, mit Ausnahme von zwei oder drei Tuberkelreihen, die abrupt zu einer Reihe konischer Zähne verschmelzen, die durch einen zahnlosen Kamm lingual begrenzt sind. Dies ähnelt den Randkieferknochen einer Kronengruppe knöcherner Fische, obwohl die Zähne nicht vergossen oder ersetzt werden.





Bild 4: Kieferstruktur von Tlamaspis inopinatus.



Unter Berücksichtigung der phylogenetischen Analyse sind Acanthothoraci durch vier Zwischenknoten vom Kiefergruppenknoten getrennt, d.h. vier Zwischenstufen der Evolution. Es gibt jedoch eine klare Ähnlichkeit zwischen dem Gebiss von Acanthothoraci und knöchernen Fischen.



Es ist bemerkenswert, dass mehrere kurze geile Kiefer ähnlich denen von Kosoraspis und Tlamaspis sindsind in Lophosteus (einer ausgestorbenen Gattung prähistorischer Knochenfische) vorhanden. Die Wangenstruktur von Kosoraspis ähnelt auch stark der von primitiven Knochenfischen.



Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, den Bericht von Wissenschaftlern zu lesen .

Epilog

Die oben beschriebenen Backen verschiedener Typen haben trotz der offensichtlichen Vielfalt äußerer Merkmale, die auf funktionale Aspekte zurückzuführen sind, viel gemeinsam.



Funktionell scheint das CPW.9-Gebiss zum Quetschen geeignet zu sein, das Radotina-Gebiss ist zum Schneiden geeignet und Kosoraspis und Tlamaspis sind für verschiedene Arten des Haltens und Durchstechens von Beute geeignet .



Aus architektonischer Sicht wurde der auffälligste Unterschied zwischen Radotina mit Zähnen, die ornamentalen Odontoden ähneln und an der bukkalen Platte befestigt sind, und drei weiteren Taxa mit jeweils separaten Hornkiefern und Zähnen, die nicht ihrer Hornornamentik ähneln, festgestellt.



Wenn wir das Gebiss von Acanthothoraci und vergleichenArthrodira gibt es signifikante Unterschiede. Wie Haie, knöcherne Fische und Landtiere fügte Acanthothoraci ausschließlich innen neue Zähne hinzu: Die ältesten Zähne befinden sich am Rand des Kiefers.



Die Knochen, auf denen sich die Zähne befinden, tragen auch kleine Dentinelemente der Haut an ihren Außenflächen, die für primitive Knochenfische charakteristisch sind, nicht jedoch für Arthrodira . Diese Besonderheit ist äußerst wichtig, da sie zeigt, dass sich die Knochen des Acanthothoraci-Kiefers direkt am Mundrand befanden, während die des Arthrodira-Kiefers tiefer waren.



Es ist auch überraschend, dass ein Vertreter von Acanthothoraci , nämlich Kosoraspisgibt es einen allmählichen Übergang von diesen Dentinelementen zu den benachbarten echten Zähnen. Andererseits sind die echten Zähne von Radotina fast identisch mit den Elementen der Dentinhaut.



Solche Befunde können darauf hinweisen, dass erst kürzlich echte Zähne aus Dentinelementen auf der Haut gebildet wurden.



Folglich sind Acanthothoraci , obwohl sie eine frühere und primitive Gattung von Kieferwirbeltieren sind, ihre Zähne, die im Gegensatz zu der weiter entwickelten Arthrodira in vielerlei Hinsicht modernen Zähnen ähneln .



Evolution ist ein sehr komplizierter Prozess, der kaum als linear oder vorhersehbar bezeichnet werden kann. Die Entwicklung der Kiefer und Zähne ist eine klare Bestätigung dafür.



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie ein schönes Wochenende, Jungs! :) :)

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