Ștafeta de dinți cu patru picioare a apărut pe cântarele peștilor străvechi • Elena Naimark • Știință pe "Elementele" • Evoluția, Genetica, Ichtiologia

Ștafeta de dinți cu patru picioare a apărut pe cântarele peștilor străvechi

Fig. 1. Spotted Carapace Pike (Lepisosteus oculatus), locuitorul corpurilor de apă dulce din America de Nord, are o serie de trăsături primitive. Decodificarea genomului său a contribuit la stabilirea originii smalțului dintelui în vertebratele terestre. Fotografie de la primitivefishes.com

Emaila de dinți este cel mai greu țesut la animale. Apariția și formarea în cvadrupluri terestre au rămas o problemă gravă nerezolvată a anatomiei comparative. Date noi despre genomul stiuca primitivă de crustacee și informații generalizate despre distribuția emailului pe scări, oase și dinți de pește modern și fosil au făcut posibilă descoperirea etapelor inițiale ale apariției acestuia. A fost posibil să se demonstreze că originea smalțului este asociată cu baloanele de piele ale celor mai vechi pești cu raze laterale.

Nu cu mult timp în urmă, a fost publicat genomul cochiliosului păianjen (Lepisosteus oculatusFig. 1), unul dintre reprezentanții bazali ai peștilor osoși (de fapt, acest pește nu este stiuc, ci seamănă puțin cu acesta). În afară de pike-shell-ul însuși, ordinul Pantsirnikov (Lepisosteiformes) include șase specii de pești moderni și aproximativ zece dispariți; ei formează un grup sora în raport cu restul de pești osoși. Toate acestea se caracterizează printr-un set de trăsături relativ primitive: cântare ganoide,spirală supapă în intestin, înot vezicii urinare folosite ca plămâni, coada heterocerală.

Prin urmare, având o secvență ADN de știucă de carapace, oamenii de știință au reușit să rezolve o serie de aspecte interesante legate de evoluția peștilor. De exemplu, întrebări legate de formarea de aripioare ale peștilor și membrelor de patrupete, de îmbunătățire a respirației în aer în cvadrupluri primitive sau de inovații specializate în teleostul, fără a menționa consecințele duplicării genomului la strămoșii peștilor teleost (vezi JS Taylor et al., 2001. Genomica comparativă oferă dovezi pentru pești;

Iar cercetătorii de la Universitatea Uppsala (Suedia) și Institutul de Paleontologie și Paleoantropologie a Vertebratelor din Beijing, folosind aceste date, au abordat problema originii smalțului dintelui de animale vertebrate. Principala carte atuică a acestui studiu a fost combinarea informațiilor privind genetica cu datele despre peștii vechi fosili. Cu ajutorul unei astfel de uniuni, întrebarea îndelungată a anatomiei comparative despre omologia dinților, a scalelor și a structurilor integrale în pești și vertebrate, se pare că a fost rezolvată.

Din anatomia comparativă, oamenii de știință au avut următoarele informații:

  • Terrapodele tetrapodice (tetrapoduri) au dinți pe fălcile lor, în care baza dentinei este acoperită cu smalt greu.
  • Același email care acoperă stratul de dentină este prezent și în peștele de fin. Ele au și smalț în structurile integumentare (dinții de acoperire ai cântarelor și în oasele de acoperire ale capului).
  • Poliperele primare și carapacele, în loc de smalț, au ganoină în scări (vezi: Ganoine) – compusul de tip smalț, dar încă excelent. Dinții maxilarului lor din partea de sus sunt acoperiți cu un strat de email similar cu acrodina.
  • Unul dintre cele mai vechi pești rasini, Devonian Cheirolepisnu s-au găsit nici smaltul, nici ganoina pe dinții maxilarului și structurile pielii.
  • În peștii osoși și cartilaginoși, nu există nici un email real, nici în cântare și în oasele de acoperire, nici pe dinți. Deși peștii cartilaginoși în scări placoide cu vârfuri și pe dinți (și dinții de rechin este un derivat al scalelor) există dentină. Și peștele osoasă de pe fălci are de asemenea o formă de smalț pe bază de acrodină.

Toate acestea sunt prezentate schematic în Fig. 2.

Fig. 2. Un rezumat al datelor privind prezența smalțului pe dinți, oasele integrale ale capului și cântarele din pește așa cum sunt astăzi (arătat negru) și a dispărut (gri).Teleosturi – pești osoși, tetrapodi – animale cu patru picioare, Chondrichthyans – pești cartilaginoși. Schema din articolul discutat în natură

În plus, se știe că dinții maxilare și vârfurile integrale în pielea păsărilor sunt așezate și dezvoltate în moduri diferite. Complexul de gene responsabile pentru înființarea și dezvoltarea smalțului dintelui la vertebrate este bine cunoscut, se găsește la toate păsările cu patru picioare și la aur, dar în peștii osoși și cartilagieni nu există aceste gene (sa găsit o singură genă din acest complex).

La ce punct au început să se formeze dinți cvadrupluți cu smalț? Există cel puțin două ipoteze privind acest punctaj (figura 3). Potrivit uneia dintre ele, scala placoidă a servit ca punct de referință, apoi a apărut ganoina, apoi a acrodinat și smaltul. Și, conform unui alt punct de vedere, ganoina nu este un omolog al smalțului, iar formarea sa a continuat în paralel cu smalțul. În acest din urmă caz, dinții și canelurile ganoide de pește crustacean nu sunt omoloage cu cele ale peștilor fin-fineni.

Fig. 3. Ipoteze de origine a dinților. A1 – au provenit din dinți ai pielii, trecând treptat de la suprafață în cavitatea orofaringiană. A2 – la fel, dar luând în considerare fuziunea necesară a țesuturilor mezo-endodermice interne cu formațiuni ectodermice externe. – dinții maxilarului sunt de origine endodermică, au fost deplasați din interior spre partea exterioară a fălcilor și nu au nici o legătură cu tijele ectodermale ale pielii. Figura dintr-un articol de G. J. Fraser et al., 2010. Explozia Odontode:

Ce poate adăuga la rezolvarea acestei dispute "ipotetice" genomul carapacei? După cum sa dovedit, stiuca de coajă are aproape întregul set de gene responsabile pentru producerea tetrapodelor din smaltul dinților. Din întregul complex lipsește o singură gena, AMEL, care este responsabilă pentru producerea matricei extracelulare a ameloblastelor (celule responsabile pentru producerea de smalț în stadiul formării dinților, vezi: Ameloblast), pe care se depune stratul de suprafață al emailului. Aceste gene sunt exprimate în pielea unei cochilii, nu în dinți. Din acest punct de vedere, analogia smalțului cu ganoină în scări de armură pare justificată. În cazul în care genele care formează dinții maxilarului tetrapodelor se găsesc și în peștii primitivi de teleost (piroane blindate) și în carpidae (latex), formarea de smalț dentar și, împreună cu aceasta, dinții tetrapodelor, au avut loc undeva printre strămoșii obișnuiți ai carpidelor și raionului . Dinții din piele pe această cale evolutivă s-au dovedit omologi pentru dinții maxilarului.

Resturile fosile ale peștilor primitivi au dat o bună confirmare a acestei ipoteze și au ajutat la reconstituirea momentelor-cheie ale formării dinților. Pentru a face acest lucru, a fost necesar să recalificăm peștii Silurian raion-fined Lophosteus și Andreolepis din Suedia (vezi: H. Botella et al., 2007. Clape și pești osoși) și Devonian Psarolepis din China. Unele specimene din aceste specii fosile au oase integrate bine păstrate, cântări și dinți. în Lophosteus nu există nici un smalt pe dinți și solzi. în Andreolepis Emailul se găsește în scale, dar nu în oasele integrale ale capului și ale dinților. în Psarolepis Emailul se găsește în scale și în oasele epiteliale, dar nu pe dinți. Interesant ce au Psarolepis maxilarul inferior are dinți fără smalț, dar este însoțit și de o serie de micări ale osului integumentar, iar acest rând de dinți mici este acoperit cu smalț (fig.4).

Fig. 4. Fragmentul maxilarului inferior Psarolepis cu dinți pe osul integumentar acoperit cu smalț. Lungimea scării 5 mm. Fotografii din articolul în discuție natură

Toate aceste date indică faptul că complexul de gene, care a furnizat duritate structurilor dentinice de protecție, a început să se formeze în peștii primitivi cu raze radiculare (Figura 5). La început, aceste gene funcționau în piele, formând o acoperire a smalțului numai pe scări, apoi în oasele integrale de pe cap.Prin urmare, după cum spun cercetătorii, nu este surprinzător faptul că fosilele Andreolepis Enamelul a fost găsit numai pe scale (datorită acestui fapt, sa crezut anterior că oasele capului și al solzurilor – și s-au găsit într-o stare deconectată – aparțin unor pești diferiți). În etapa următoare, complexul de gene care formează smalțul a început să fie exprimat în cavitatea bucală pe dinții maxilarului. Akrodin a apărut în linia de pești osoși. Acest sistem logic leagă datele fosile cu datele genetice.

Fig. 5. Schema de formare a smalțului dinților în patru picioare. Gri deschis – structuri de piele fără smalț, gri închis – oase integumentare fără smalț, albastru – structuri de piele cu smalț, albastru – oase integumentare cu email, roșu – dinți maxilari cu smalț, negru – dinții maxilarului fără smalț, culoarea verde – acrodin, steaua albă – Vitodentin, nu smalț omolog. Schema articolului discutat în natură

Există încă multe întrebări legate de mecanismele moleculare ale formării smalțului, acrodinei și ganoinei. Deși este clar că acestea sunt în principiu aproape unul de celălalt și necesită includerea unor autorități de reglementare suplimentare. Dar, într-un fel sau altul, așa cum accentuează autorii lucrării, călătoria smalțului de dinți a început cu cântarele de acoperire a corpului și nu deloc în cavitatea bucală.Pe această cale evolutivă, smalțul a depășit două bariere topologice: mai întâi a trecut de la corp la cap, apoi de la suprafața capului până la interiorul cavității orale.

Sursa: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu și Per Erik Ahlberg. Originea datelor de email natură. Publicat online 23 septembrie 2015. DOI: 10.1038 / nature15259.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: