La evolución es uno de los procesos más importantes en la vida de cualquier organismo en la tierra. De las especies modernas del planeta Tierra, solo un pequeño porcentaje abandonó la evolución hace muchos millones de años, la mayoría ha cambiado durante todo este tiempo y continúa cambiando. En materia de desarrollo e historia de nuestra especie, se prestó mucha atención al intelecto, la estructura de la mano, que nos permite sostener las herramientas del trabajo en nuestras manos, la postura erguida, etc. Sin embargo, rara vez surgió la pregunta, ¿de dónde sacamos esa mandíbula? Científicos de la Universidad de Uppsala (Uppsala, Suecia) y ESRF (acelerador de partículas en Grenoble, Francia) decidieron realizar un estudio fósil para descubrir el origen evolutivo de la mandíbula de los vertebrados. ¿Cuáles fueron las dificultades del estudio, qué métodos se utilizaron y qué novedades aprendieron los científicos? Su informe nos contará sobre esto. Vamos.
Base de investigación
Recuerda cómo sacamos los dientes de leche en la infancia. A veces era necesario visitar a un dentista terrible, a veces bastaba con un hilo y una puerta y, a veces, un diente inestable y molesto se caía por sí solo. Independientemente del método para deshacerse de los dientes de leche, su esencia es la misma: el diente "viejo" deja espacio para el "nuevo". Esto es inherente a muchas especies de animales, pero el mecanismo de este proceso es diferente.
Dunkleosteus es uno de los representantes más famosos de Arthrodiriformes.
Volvamos al pasado, 300-400 millones de regreso. En aquellos días todavía no había tiburones, pero el Océano Mundial estaba habitado por otros depredadores: Arthrodiriformes . Las artrodiras son un grupo de vertebrados extintos de la clase placodermo.
Uno de los tipos de artrodiris más famosos y mejor estudiados se considera dunkleosteas (Dunkleosteus ), que vivió en el planeta hace 415-360 millones de años. En un momento, esta especie fue el mayor depredador (4,5-6 m de longitud corporal), aunque esta afirmación es muy precaria, ya que la mayoría de los fósiles estudiados son fragmentos, según los cuales es muy difícil determinar las dimensiones exactas.
El documental "Prehistoric Predators", que también habla de Dunkleosteus.
Pero no son las dimensiones las que distinguen a estas criaturas de sus contemporáneos, sino el método de caza, o más bien la herramienta: la mandíbula. Dunkleosteus no fue el primero en tener mandíbulas, pero su variante estaba bien desarrollada y adaptada al estilo de vida y preferencias gastronómicas de Dunkleosteus. En lugar de dientes, en el sentido moderno del término, estos depredadores tenían grandes placas óseas. La fuerza de la mandíbula fue de aproximadamente 5 MPa (como la del caimán de Mississippi) y la velocidad de apertura fue de 1/50 de segundo, lo que permitió que el depredador succionara literalmente a su presa.
Los representantes de artrodir, incluido el dunkleostea, fueron más a menudo que otros el objeto del estudio de los peces antiguos, así como su anatomía. Sin embargo, para comprender todo el camino evolutivo de la mandíbula, es necesario considerar una versión incluso anterior. Por lo tanto, los científicos decidieron estudiar los fósiles de Acanthothoraci , otro grupo temprano de peces, que se considera más primitivo que las artrodiras y está estrechamente relacionado con los primeros vertebrados de la mandíbula. Pero estudiar los fósiles de Acanthothoraci tiene el mismo problema que estudiar los Arthrodiriformes : la falta de fósiles y su naturaleza fragmentada.
La mejor muestra para estudiar se encontró hace unos 100 años en la República Checa. Anteriormente, era extremadamente difícil estudiarlo, ya que los huesos estaban casi completamente sellados en la roca, y su destrucción daría lugar a daños en la muestra.
Exterior del complejo de investigación ESRF.
Pero en los cien años transcurridos desde el descubrimiento de esta muestra, mucho ha cambiado. Por ejemplo, en 1994, el complejo de investigación ESRF se construyó con un sincrotrón de 844,4 m de largo. Este milagro de la ciencia moderna produce potentes rayos X que pueden utilizarse para escanear la materia de forma no destructiva, incluso para estudiar fósiles.
Como señalan los autores del estudio, el grupo de tallos Osteichthyans (pez óseo) y la mayoría de Chondrichthyans(pez cartilaginoso) tienen dientes espirales dispuestos transversalmente, mientras que el grupo de coronas Osteichthyans tiene dentición longitudinal (diagrama siguiente).
Imagen # 1: Distribución de tipos de dentición entre los dientes superiores.
En Artrodir, los dientes nuevos se agregan en filas divergentes del diente predecesor o de la región predecesora. El número de filas varía mucho y la disposición de filas adicionales puede ser tanto labial (protuberante) como lingual doce (hacia adentro) o longitudinal.
Descubrimientos recientes de las mandíbulas córneas marginales y la anatomía artrodiral del cuerpo en Entelognathus (423–416 Mya) y Qilinyu (419 Mya) condujo a la teoría de la evolución de la mandíbula, en la que estos dos géneros forman un puente entre las formas de las mandíbulas artrodirales y las mandíbulas óseas de los peces.
* Mya - hace millones de años.Sin embargo, la dentición de Entelognathus y Qilinyu todavía se conoce poco.
En este trabajo, los científicos presentaron los resultados del estudio de la dentición de Radotina , Kosoraspis , Tlamaspis (República Checa) y la única muestra de la dentición Acanthothoraci (CPW.9 / Archipiélago Ártico Canadiense).
Resultados de la investigacion
El mecanismo para agregar dientes a la fila CPW.9, que incluye un par de placas supragnatales en el hocico, se ha descrito anteriormente como concéntrico. Como resultado, una tesera dérmica desprendida (en forma de escama ) con odontodos * colocados concéntricamente de la misma formación condujo a una mala interpretación de la muestra como el maxilar de Acanthothoraci .
Los odontodos * (dientes córneos) son formaciones de piel córnea en algunas especies de vertebrados.El nuevo análisis de las imágenes CPW.9 mediante tomografía por microcomputadora (micro-CT) muestra que las placas dentales superiores están ubicadas labialmente en relación con la placa de la córnea premedial. En consecuencia, la adición de dientes es radial desde la base del área del labio y no en el labio mismo. En cambio, los dientes pequeños más viejos están cubiertos de dientes córneos más grandes, como se observa en el grupo de tallos de Andreolepis .
La microscopía de contraste de fases ha permitido a los científicos descubrir dentaduras previamente inexploradas en Radotina , Kosoraspis y Tlamaspis . Todos son significativamente diferentes de CPW.9.
Imagen # 2: la estructura de la mandíbula Radotina tesselata. Estructura de los
dientes radotina(imágenes de arriba) consta de cuatro filas ubicadas en la superficie ventral del gran pómulo córneo unido a la superficie exterior del cuadrado de la tienda (componente dorsal de la mandíbula).
Este borde ventral forma un surco longitudinal con dientes en el lado labial, y las filas de surcos vasculares están ubicadas en la parte inferior del surco. Por lo tanto, la dentición es únicamente marginal, ubicada dentro del borde de la mandíbula, pero fuera del cuadrado de la tienda ( 2C ), y está separada de la parte exterior de la mejilla por un borde labial claro del hueso expuesto. Las filas de dientes se agregan lingualmente (en relación con la lengua) y un gradiente pronunciado de mineralización es visible desde los dientes más viejos hasta los más jóvenes. Los dientes tienen una forma de hoja alargada, en forma de estrella ( 2E). La forma de estos dientes es similar a la forma de los odontodos marginales en la tesela de la mejilla. Sin embargo, a diferencia de estos odontodos, los dientes se fusionan en filas utilizando tejido conectivo basal separado.
No se encontraron signos de reabsorción o reemplazo de dientes. Sin embargo, un diente roto en la propia fila lingual claramente pasó por el proceso de restauración con la formación de una nueva corona en el área dañada.
Kosoraspis y Tlamaspis tienen varios huesos de mandíbula cortos y córneos en los que se encuentran los dientes. Varían en longitud y forma según su posición, pero todas están asociadas a una placa frontal. En Kosoraspisla placa del anverso tiene odontodos en forma de dientes, que se fusionan en dientes puntiagudos en la placa bucal, formando hileras en espiral oblicuamente transversales. Se diferencian en forma de los odontodos en forma de estrella en la mejilla.
Imagen n. ° 3: la estructura de la mandíbula peckai de Kosoraspis.
Tanto los odontodos como los dientes están compuestos de dentina pallial, mientras que la dentina circumpulpal, que llena la cavidad pulpar en los dientes maduros, es tejido de dentina tubular (en forma de tubo) con menos espacios celulares.
Y aquí está la placa frontal de Tlamaspisen su mayoría labialmente descubiertos, con la excepción de dos o tres filas de tubérculos, que se fusionan abruptamente en una fila de dientes cónicos, delimitados lingualmente por una cresta desdentada. Esto se asemeja a los huesos marginales de la mandíbula de un grupo de corona de peces óseos, aunque los dientes no se caen ni se reemplazan.
Imagen # 4: Estructura de la mandíbula de Tlamaspis inopinatus.
Teniendo en cuenta el análisis filogenético, las Acanthothoraci están separadas del nodo del grupo de mandíbulas por cuatro nodos intermedios, es decir. cuatro etapas intermedias de evolución. Sin embargo, existe una clara similitud entre la dentición de Acanthothoraci y los peces óseos.
Es de destacar que múltiples mandíbulas córneas cortas similares a las de Kosoraspis y Tlamaspis, están presentes en Lophosteus (un género extinto de peces óseos prehistóricos). La estructura de las mejillas de Kosoraspis también se parece mucho a la de los peces óseos primitivos.
Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .
Epílogo
Las mandíbulas anteriores de diferentes tipos tienen mucho en común, a pesar de la aparente variedad de características externas, que se deben a aspectos funcionales.
Funcionalmente, la dentición CPW.9 parece estar adaptada para triturar, la dentadura Radotina está adaptada para cortar y Kosoraspis y Tlamaspis están adaptadas para diferentes estilos de sujeción y perforación de presas.
Desde un punto de vista arquitectónico, la diferencia más notable se encontró entre Radotina, que tiene dientes que se asemejan a odontodos ornamentales y están adheridos a la placa bucal, y otros tres taxones, cada uno con mandíbulas córneas y dientes separados que no se asemejan a su ornamentación córnea.
Si comparamos la dentición de Acanthothoraci yArthrodira , hay diferencias significativas. Al igual que los tiburones, los peces óseos y los animales terrestres, Acanthothoraci agregó nuevos dientes exclusivamente en el interior: los dientes más antiguos se encuentran en el borde de la mandíbula.
Los huesos sobre los que se encuentran los dientes también tienen pequeños elementos de dentina de la piel en sus superficies externas, característicos de los peces óseos primitivos, pero no de Arthrodira . Este rasgo distintivo es extremadamente importante, ya que muestra que los huesos de la mandíbula de Acanthothoraci estaban ubicados directamente en el borde de la boca, mientras que los de la mandíbula de Arthrodira eran más profundos.
También es sorprendente que un representante de Acanthothoraci , a saber, Kosoraspis, hay una transición gradual de estos elementos de dentina a los dientes verdaderos adyacentes. Por otro lado , los dientes reales de Radotina son casi idénticos a los elementos de la piel de su dentina.
Tales hallazgos pueden indicar que los dientes reales se formaron solo recientemente a partir de elementos de dentina en la piel.
En consecuencia, Acanthothoraci , aunque son un género más temprano y primitivo de vertebrados de la mandíbula, son sus dientes los que en muchos aspectos se parecen a los dientes modernos, en contraste con los Arthrodira más desarrollados .
La evolución es un proceso muy complicado que difícilmente puede llamarse lineal o predecible. El desarrollo de mandíbulas y dientes es una clara confirmación de esto.
Gracias por su atención, ¡tengan curiosidad y tengan un gran fin de semana, chicos! :)
Viernes fuera de la cima:
« », .
« », .
Un poco de publicidad
Gracias por estar con nosotros. ¿Te gustan nuestros artículos? ¿Quieres ver contenido más interesante? Apóyenos haciendo un pedido o recomendando a amigos, VPS en la nube para desarrolladores desde $ 4.99 , un análogo único de los servidores de nivel de entrada que hemos inventado para usted: Toda la verdad sobre VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 núcleos) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps desde $ 19 o cómo dividir el servidor correctamente? (opciones disponibles con RAID1 y RAID10, hasta 24 núcleos y hasta 40GB DDR4).
¿Dell R730xd es 2 veces más barato en el centro de datos Equinix Tier IV en Ámsterdam? ¡Solo tenemos 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV desde $ 199 en los Países Bajos!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ¡Desde $ 99! Lea sobre cómo construir la infraestructura de bldg. clase con servidores Dell R730xd E5-2650 v4 que cuestan 9000 euros por un centavo?