Lewensrekonstruksie van die dicynodon Dicynodon. Afgesien van die slagtande in die bo-kaak, het die meeste dicynodonte 'n skilpadagtige bek gehad wat hulle gebruik het om hul kos te kou. Beeld deur Marlene Hill Donnelly. Krediet: Marlene Hill Donnelly
Die meeste mense stel 'n olifant voor wanneer hulle diere met slagtande voorstel. Maar baie ander diere het slagtande, insluitend vlakvarke, seekoeie, walrusse wat in die Arktiese woongebied woon, en selfs 'n vyf-pond, marmot-soek dier genaamd hyraxes. Alhoewel die grootte van die dier en hul slagtande kan verskil, het hulle almal een unieke ding in gemeen deurdat hulle net op soogdiere voorkom - daar is geen bekende visse, reptiele of voëls met slagtande nie. Ten spyte daarvan dat dit 'n ikoniese kenmerk van moderne en fossiele soogdiere is, bly die raaisel oor watter evolusionêre stappe tot die ontwikkeling van hierdie tandheelkundige verskynsel gelei het en hoekom is soogdiere vandag die enigste diere met slagtande?
In 'n nuwe koerant gepubliseer 27 Oktober 2021, in die Verrigtinge van die Royal Society B navorsers spoor die eerste slagtande terug na antieke soogdierverwante wat voor die dinosourusse geleef het en werp lig op die evolusie van soogdiertande deur eers te definieer wat 'n slagtand 'n slagtand maak.
"Tande is hierdie baie bekende anatomie, maar totdat ek aan hierdie studie begin werk het, het ek nooit regtig daaraan gedink hoe slagtande tot soogdiere beperk word nie," het hoofskrywer Megan Whitney, nadoktorale genoot in die Departement Organiese en Evolusionêre Biologie, Harvard Universiteit, gesê.
"Ons kon wys dat die eerste slagtande aan diere behoort het wat voor moderne soogdiere gekom het, dicynodonts genoem," het Kenneth Angielczyk, mede-outeur en kurator by Chicago's Field Museum, gesê. “Hulle is baie vreemde diere.”
Linkerkant van die skedel van die dicynodon Dolichuranus (NMT RB554) van Tanzanië. Die groot slagtand is links onder op die monster sigbaar. Krediet: Ken Angielczyk
Dicynodonts, hoewel nie soogdiere nie, is verre familielede en is nouer verwant aan soogdiere as dinosourusse en ander reptiele. Dicynodonte het tussen 270-201 miljoen jaar gelede geleef en het 'n uiteenlopende reeks diere ingesluit, van klein rotagtige dicynodonte tot groot olifantgrootte dicynodonte. Hulle is bekend daarvoor dat hulle 'n baie eienaardige rangskikking van tande het. 'n Bepalende kenmerk van hierdie diere, wat 176 jaar gelede vir die eerste keer ontdek is, is die tande wat uitsteek in hul bo-kake. Die meeste het twee boonste slagtande gehad wat van die hondeposisie afgekom het, maar hulle het selde bykomende tande gehad. In plaas daarvan het dicynodonte 'n snawel aan die voorkant van hul mond gehad wat van keratien gemaak is en soos 'n skilpadbek gelyk het.
Die navorsers het 'n middagete tydens 'n paleontologiese grawe geneem toe hulle die idee vir die studie gekry het. "Ons het in die veld in Zambië gesit, en daar was oral dicynodontande," onthou Whitney. “Ek onthou dat Ken hulle opgetel het en gevra het hoekom hulle slagtande genoem word, want hulle het kenmerke gehad wat tande nie het nie.”
'n Dicynodonskedel wat nog in die grond is wat gebreek is om die wortels van hul tande/tande (die wit sirkelvormige strukture) te openbaar. Krediet: Foto deur K. Angielczyk
Nie alle tande wat uitsteek is tegnies gesproke tande nie. "Vir hierdie vraestel moes ons 'n slagtand definieer, want dit is 'n verbasend dubbelsinnige term," het Whitney gesê. Die navorsers het vasgestel dat vir 'n tand om 'n slagtand te wees, dit uit die mond moet uitsteek, geheel en al van dentine gemaak moet wees - sonder emalje wat op die meeste soogdiere se tande voorkom, en steeds groeiend.
Die navorsers het paleohistologie (die studie van fossielweefsel) uitgevoer op papierdun skywe gefossileerde tande van 19 dicynodont-monsters, wat tien verskillende spesies verteenwoordig. Hulle het mikro-CT gebruik om te ondersoek hoe die tande aan die skedel geheg is en om te sien of daar enige bewyse van voortdurende groei was.
Sommige van die dicynodont-tande wat die span in Zambië waargeneem het, het blykbaar ook nie by die definisie van 'n slagtand gepas nie – hulle was met emalje bedek in plaas van dentine. "Daar is baie verskillende soorte dicynodonte en dit lyk asof hulle meestal almal slagtande het," het Whitney gesê, "maar as jy na die mikro-strukturele besonderhede kyk, verskil hulle baie in daardie groepe." Emaljetande is taaier as dentine, maar as gevolg van die geometrie van hoe tande in die kakebeen groei, kan jy nie 'n volledige emaljebedekking hê as jy tande wil hê wat deur jou lewe bly groei nie. Diere soos mense het duursame maar moeilik regmaakbare tande ontwikkel - daar is geen plaasvervanger vir die verlies van 'n volwasse tand nie. Tande is minder duursaam as emalje-bedekte tande, maar hulle groei voortdurend, selfs al word hulle beskadig. "Emalje-bedekte tande is 'n ander evolusionêre strategie as tande-bedekte tande, dit is 'n trade-off," sê Whitney.
Die vergrote hondjies van Diictodon het emalje wat hulle meer soos tande as tande maak. Die deursnee openbaar 'n ring van emalje om die buitekant van die slagtand wat onder gepolariseerde lig verlig word. Krediet: Beeld deur M. Whitney
Deur die histologiese dun snitte van dicynodont-monsters van Suid-Afrika, Antarktika, Zambië en Tanzanië te ontleed, het die navorsers gevind dat, net soos menslike tande, hierdie diere blykbaar die hoeveelheid vervangingstande by die hondeposisie verminder en 'n sagteweefselaanhegting aan die kakebeen. Interessant genoeg is dit 'n kombinasie van kenmerke wat uniek is aan soogdiere. Soogdiere, soos mense, vervang babatande slegs een keer met volwasse tande, anders as die meeste ander gewerwelde diere – haaie het byvoorbeeld voortdurende tandeproduksie. Soogdiertande word aan die kakebeen geheg deur gomphose wat 'n sagteweefsel, of ligament, aanhegting is. Die meeste gewerwelde tande word egter aan die kakebeen geheg deur ankilose, wat 'n hardeweefselsamesmelting van been tot tand is.
“As jy hierdie twee dinge het, ’n verminderde hoeveelheid tandvervanging en ’n sagteweefselaanhegting, laat ’n steeds groeiende tand die dier om die feit dat hy nie die tand kan vervang nie. In plaas daarvan ontwikkel dit om voortdurend dieselfde tandweefsels neer te lê,” het Whitney gesê. "En soos die dier aanhou om die weefsel te deponeer, begin die tand buite die mond beweeg om funksioneel te word."
'n Voorbeeld van 'n steeds groeiende, ware slagtand in die dicynodon Lystrosaurus. Wanneer navorsers in die gesig van Lystrosaurus sny, is die wortel van die slagtande saamgestel uit 'n wye oop pulpholte wat daarop dui dat dentine voortdurend gedeponeer is. Krediet: Beeld deur M. Whitney
Die navorsers het gevind dat ware slagtand-evolusie eers in 'n later stadium van evolusie in hierdie groep plaasgevind het - vroeë lede van hierdie groep het 'n groot tand eerder as 'n ware tand. Laat in hul evolusionêre geskiedenis het dicynodonte 'n ware slagtand ontwikkel wat steeds gegroei het, en verrassend genoeg het dit konvergent in verskeie verskillende soorte dicynodonte ontwikkel. "Ek het soortvan verwag dat daar een punt in die stamboom sou wees waar al die dicynodonte slagtande begin kry het, so ek het gedink dit was nogal skokkend dat ons eintlik sien hoe tande konvergent ontwikkel," het Whitney gesê. "Dit is 'n soortgelyke storie as wat ons in olifant-evolusie sien deurdat dit baie van die patrone weerspieël wat bestudeer is oor hoe olifante hul slagtande gekry het."
“Dicynodonte was die volopste en mees uiteenlopende gewerwelde diere op land net voor die dinosourustyd, en hulle is bekend vir hul 'tande'. Die feit dat in werklikheid net 'n paar ware slagtande het, en die res het groot tande, is 'n pragtige voorbeeld van evolusie wat ons kan dokumenteer. Ons kan sien hoe om 'n tand te bou!" het mede-outeur Brandon Peecook, kurator by die Idaho Museum of Natural History, gesê.
Dwarssnit deur 'n dicynodont-hond onder kruis-gepolariseerde lig. Die dentienkern van die tand is in grys en die deksel-emalje word in blou/pers getoon. Hierdie emaljebedekking dui daarop dat hierdie hondagtige tand meer soos 'n gewone tand is as 'n ware, steeds groeiende slagtand. Krediet: Foto deur M. Whitney
Die navorsers sê dat die studie, wat die vroegste bekende voorbeeld van ware slagtande toon, wetenskaplikes kan help om beter te verstaan hoe evolusie werk.
"Tande het 'n aantal keer ontwikkel, wat jou laat wonder hoe - en hoekom? Ons het nou goeie data oor die anatomiese veranderinge wat nodig was vir dicynodonte om slagtande te ontwikkel. Vir ander groepe, soos vlakvarke of walrusse, is die jurie steeds uit,” het medeskrywer Christian Sidor, kurator by die Universiteit van Washington Burke Museum.
Die verskillende soorte tande wat diere ontwikkel het, kan wetenskaplikes vertel van die druk wat daardie diere ondervind het wat daardie tande kon produseer. Tande kan byvoorbeeld op 'n verskeidenheid maniere funksioneer, insluitend verdediging, kompetisie, grawe, seksuele seleksie, en selfs help met voortbeweging - soos in die walrus wat sy tande gebruik om homself vanaf die water op die ys te hys. 'n Voortdurende groeiende slagtand het hierdie dicynodonte moontlik toegelaat om die uitdagings te oorkom om slegs een stel vervangingstande deur hul lewens te hê.
“Ons weet nie regtig watter funksies die dicynodonttande moontlik gehad het nie, want ons kan hulle nie waarneem en sien wat hulle met hulle doen nie,” het Whitney gesê. "Dit is 'n voortslepende vraag oor dicynodonte, selfs meer nou."
"Dicynodont-tande kan ons baie vertel oor soogdiertand-evolusie in die algemeen," sê Angielczyk. “Hierdie studie toon byvoorbeeld dat verminderde tempo van tandvervanging en 'n buigsame ligament wat die tand aan die kakebeen heg, nodig is vir ware slagtande om te ontwikkel. Dit alles lei tot 'n beter begrip van die slagtande wat ons vandag in soogdiere sien."
Verwysing: "Die evolusie van die sinapsiedtand: insigte uit dicynodont-terapeutiese slagtand histologie" 27 Oktober 2021, Verrigtinge van die Royal Society B.
DOI: 10.1098 / rspb.2021.1670
