Τα απολιθωμένα δόντια ηλικίας 439 εκατομμυρίων ετών ανατρέπουν τις μακροχρόνιες απόψεις για την εξέλιξη

Τα σπάνια κινεζικά απολιθωμένα δόντια άλλαξαν τις πεποιθήσεις των επιστημόνων για την εξέλιξη των σπονδυλωτών.

Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε τα υπολείμματα οδοντωτών ψαριών που χρονολογούνται πριν από 439 εκατομμύρια χρόνια, γεγονός που δείχνει ότι οι πρόγονοι των χονδριχθίων (καρχαρίες και ακτίνες) και των οστρακιών (ψάρια με ακτίνες και λοβούς) προέκυψαν πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο έγκριτο περιοδικό ιδιοσυγκρασία φύση.

Μια απομακρυσμένη τοποθεσία στην επαρχία Guizhou της νότιας Κίνας έχει δώσει αξιοσημείωτες ανακαλύψεις απολιθωμάτων, συμπεριλαμβανομένων μοναχικών δοντιών που προσδιορίζονται ότι ανήκουν σε ένα νέο είδος (Qianodus doubleis) πρωτόγονων σπονδυλωτών με γνάθο από την αρχαία περίοδο Σιλουρίας (περίπου 445 έως 420 εκατομμύρια χρόνια πριν). Το Qianodus, που πήρε το όνομά του από το αρχαίο όνομα του σημερινού Guizhou, είχε ασυνήθιστα οδοντικά στοιχεία που έμοιαζαν με σαλιγκάρι και έφεραν πολλές γενιές δοντιών που εισήχθησαν σε όλη τη διάρκεια της ζωής του ζώου.

Ανακατασκευή κολυμβητικού Qianodus doubleis. Πίστωση: IVPP

Ένα από τα πιο σπάνια απολιθώματα που βρέθηκαν στην τοποθεσία ήταν οι οδοντικές σπειροχαίτες (ή ζέφυτα) του Qianodus. Λόγω του μικρού του μεγέθους, το οποίο σπάνια ξεπερνά τα 2,5 mm, έπρεπε να μελετηθεί υπό μεγέθυνση χρησιμοποιώντας ορατό φως και ακτίνες Χ.

Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των ψίχουλων ήταν ότι είχαν ένα ζευγάρι σειρές δοντιών τοποθετημένες σε μια ανυψωμένη μεσαία περιοχή από τη βάση των μαξιλαριών. Αυτά τα λεγόμενα πρωτογενή δόντια παρουσιάζουν σταδιακή αύξηση στο μέγεθος καθώς πλησιάζουν το εσωτερικό (γλωσσικό) σκουλήκι. Η διακριτική μετατόπιση μεταξύ των δύο σειρών πρωτογενών δοντιών είναι αυτό που διακρίνει τα άνθη Qianodus από αυτά των άλλων σπονδυλωτών. Αν και δεν είχε ανιχνευθεί προηγουμένως στα οδοντικά επιθέματα απολιθωμάτων, παρόμοια διάταξη εγγύς σειρών δοντιών υπάρχει επίσης στα δόντια πολλών σύγχρονων καρχαριών.

Υποθετική τομή κατά μήκος του περιστρεφόμενου δοντιού σε πλάγια όψη (περιεκτικός τύπος Qianodus Duplicis). Το μήκος του δείγματος υπερβαίνει τα 2 mm. Πίστωση: Chu et al.

Η ανακάλυψη δείχνει ότι γνωστές ομάδες σπονδυλωτών με γνάθο από την λεγόμενη «εποχή των ψαριών» (420 έως 460 εκατομμύρια χρόνια πριν) εμφανίστηκαν στην πραγματικότητα πριν από περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια.

«Το Qianodus μας παρέχει τις πρώτες συγκεκριμένες ενδείξεις για δόντια και προέκταση σιαγόνων, από αυτήν την κρίσιμη πρώιμη περίοδο της εξέλιξης των σπονδυλωτών», δήλωσε ο Li Qiang του Κανονικού Πανεπιστημίου Qujing.

Σε αντίθεση με τα δόντια των σύγχρονων καρχαριών που πέφτουν συνεχώς, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα δόντια Qianodus παρέμειναν στο στόμα και αυξάνονταν σε μέγεθος καθώς το ζώο μεγάλωνε. Αυτή η εξήγηση εξηγεί τη σταδιακή μεγέθυνση των ανταλλακτικών δοντιών και τη διεύρυνση της βάσης της γνάθου ως απάντηση στη συνεχιζόμενη αύξηση του μεγέθους της γνάθου κατά την ανάπτυξη.

Για τους ερευνητές, το κλειδί για την αναδόμηση της ανάπτυξης των φυσαλίδων ήταν δύο δείγματα σε πρώιμο στάδιο σχηματισμού, εύκολα αναγνωρίσιμα από τα σημαντικά μικρότερα μεγέθη και τα λιγότερα δόντια τους. Μια σύγκριση με τις πιο πολυάριθμες ώριμες φυσαλίδες παρείχε στους παλαιοντολόγους σπάνια γνώση της εξελικτικής μηχανικής των πρώιμων δοντιών των σπονδυλωτών. Αυτές οι παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι τα πρωτεύοντα δόντια ήταν τα πρώτα που σχηματίστηκαν ενώ η προσθήκη των πλευρικών (επιπρόσθετων) δοντιών έγινε αργότερα στην εξέλιξη.

Ανακατασκευή Qianodus Duplicis, Πρωτόγονα σπονδυλωτά με γνάθο. Πίστωση: Zhang Heming

«Παρά τα ξεχωριστά χαρακτηριστικά τους, τα οδοντιατρικά καντράν έχουν πράγματι αναφερθεί σε πολλές εξαφανισμένες χόνδρινες γενεαλογίες και οστεόφυτα», δήλωσε ο Plamen Andreev, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Μερικοί από τους πρώιμους χόνδρους έχτισαν ακόμη και τα δόντια τους εξ ολοκλήρου από στενά απέχοντες οδόντες».

Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι αυτό συνέβη και με το Qianodus. Κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα αφού εξέτασαν μικρές πεταλούδες (μήκους 1-2 mm) του νέου είδους με ακτινοβολία σύγχροτρον – μια διαδικασία σάρωσης CT που χρησιμοποιεί ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας από έναν επιταχυντή σωματιδίων.

Καθηγητής Chu Min από το Ινστιτούτο Παλαιοντολογίας και Παλαιοανθρωπολογίας Σπονδυλωτών στο Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.

Αυτές οι παρατηρήσεις υποστηρίζονται από ένα φυλογενετικό δέντρο που προσδιορίζει τον Qianodus ως στενό συγγενή των εξαφανισμένων ομάδων οδοντωτών χονδριχθίων με βάση τη στρόβιλο.

“Το τροποποιημένο χρονοδιάγραμμά μας για την προέλευση των μεγάλων ομάδων σπονδυλωτών με γνάθο είναι σύμφωνο με την άποψη ότι η αρχική διαφοροποίησή τους συνέβη στην πρώιμη περίοδο του Σιλουρίου”, δήλωσε ο καθηγητής ZHU.

Η ανακάλυψη του Qianodus παρέχει συγκεκριμένες αποδείξεις για σπονδυλωτά σπονδυλωτά που μοιάζουν με οδοντωτούς καρχαρίες δεκάδες εκατομμύρια χρόνια μεγαλύτερα από ό,τι πιστεύαμε. Η γενετική ανάλυση που παρουσιάζεται στη μελέτη ορίζει το Qianodus ως ένα πρωτόγονο χονδριχθιανό είδος, πράγμα που σημαίνει ότι τα ψάρια με γνάθο ήταν ήδη αρκετά διαφορετικά στην Κάτω Σιλουρία και εμφανίστηκαν λίγο μετά την εξέλιξη της σκελετικής ανοργανοποίησης στις γενεαλογίες των προγόνων σπονδυλωτών χωρίς γνάθο.

Ο Evan Sansom, συν-συγγραφέας της μελέτης είπε: Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ.

Αναφορά: «Τα παλαιότερα δόντια γνάθου» των Plamen S. Andreev και Evan J. ιδιοσυγκρασία φύση.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05166-2