Dicynodon dicynodont életrekonstrukciója. A felső állkapocs agyarain kívül a legtöbb dicynodontnak teknősszerű csőrje volt, amellyel a táplálékát rágták. Kép: Marlene Hill Donnelly. Köszönetnyilvánítás: Marlene Hill Donnelly
A legtöbb ember elefántot képzel el, amikor agyaras állatokat képzel el. De sok más állatnak is van agyara, beleértve a varacskos disznókat, vízilovakat, a sarkvidéki rozmárokat, és még egy ötkilós, tengerimalacnak tűnő állatot is, amelyet hiraxnak hívnak. Bár az állatok mérete és agyaraik eltérőek lehetnek, mindegyikben van egy közös vonás, hogy csak emlősökön fordulnak elő – nem ismert halak, hüllők vagy agyarakkal rendelkező madarak. Annak ellenére, hogy a modern és fosszilis emlősök ikonikus jellemzője, továbbra is rejtély marad, hogy milyen evolúciós lépések vezettek e fogászati jelenség kialakulásához, és miért az emlősök az egyetlen állat, akinek manapság van agyara?
Egy új, 27. október 2021-én megjelent cikkben a A Royal Society B A kutatók az első agyarakat a dinoszauruszok előtt élt ősi emlősrokonokra vezetik vissza, és rávilágítanak az emlős agyarak evolúciójára azáltal, hogy először meghatározzák, mitől lesz agyar.
„Az agyarak a nagyon híres anatómia, de amíg el nem kezdtem dolgozni ezen a tanulmányon, soha nem gondolkodtam azon, hogy az agyarak miként korlátozódnak az emlősökre” – mondta Megan Whitney, a szerző, a Harvard Egyetem Organizmus- és Evolúciós Biológiai Tanszékének posztdoktori munkatársa.
„Meg tudtuk mutatni, hogy az első agyarak a modern emlősök előtti állatokhoz tartoztak, úgynevezett dicynodontákhoz” – mondta Kenneth Angielczyk, a chicagói Field Museum társszerzője és kurátora. – Nagyon furcsa állatok.
A Tanzániából származó Dolichuranus (NMT RB554) dicynodont koponyájának bal oldala. A nagy agyar a minta bal alsó sarkában látható. Köszönetnyilvánítás: Ken Angielczyk
A dicynodonták, bár nem emlősök, távoli rokonok, és közelebbi rokonságban állnak az emlősökkel, mint a dinoszauruszok és más hüllők. A dicynodonták 270–201 millió évvel ezelőtt éltek, és sokféle állatot tartalmaztak, az apró, patkányszerű kétszárnyúaktól a hatalmas, elefánt méretű kétszárnyúakig. A fogak nagyon sajátos elrendezéséről ismertek. Ezeknek az állatoknak a meghatározó jellemzője, amelyet először 176 évvel ezelőtt fedeztek fel, a felső állkapcsukban lévő kiálló agyarak. Legtöbbjüknek két felső agyara volt, amelyek a szemfogállásból ereszkedtek le, de ritkán volt további foguk. Ehelyett a dicynodontáknak keratinból készült csőrük volt a szájuk elején, és a teknősök csőrére hasonlított.
A kutatók ebédszünetet tartottak a paleontológiai ásatás során, amikor megszületett a tanulmány ötlete. „A terepen ültünk Zambiában, és mindenütt fogak voltak” – emlékszik vissza Whitney. „Emlékszem, Ken felkapta őket, és megkérdezte, hogy miért hívják agyarnak, mert olyan tulajdonságaik voltak, amelyek az agyaraknak nincsenek.
Még mindig a földben lévő kétfejű koponya, amely eltört, hogy felfedje agyaruk/fogaik gyökereit (a fehér kör alakú struktúrákat). Hitel: K. Angielczyk fotója
Nem minden kiálló fog technikailag agyar. „Ennél a dolgozatnál meg kellett határoznunk az agyarat, mert ez egy meglepően kétértelmű fogalom” – mondta Whitney. A kutatók megállapították, hogy ahhoz, hogy egy fog agyar legyen, ki kell nyúlnia a szájból, teljes egészében dentinből kell állnia – a legtöbb emlős fogain hiányzik a zománc, és folyamatosan növekszik.
A kutatók paleohisztológiát (a fosszilis szövetek vizsgálatát) végeztek 19, tíz különböző fajt képviselő, megkövesedett fogak papírvékony szeletén. Mikro-CT-vel megvizsgálták, hogyan tapadnak a fogak a koponyához, és megnézték, van-e bizonyíték a folyamatos növekedésre.
A kutatócsoport által Zambiában megfigyelt kétszárnyú agyar némelyike a jelek szerint nem felelt meg az agyar definíciójának – dentin helyett zománccal vonták be őket. „Sok fajta dicynodont létezik, és úgy tűnik, hogy többnyire mindegyiknek van agyara” – mondta Whitney –, de ha megnézzük a mikroszerkezeti részleteket, nagyon különböznek ezekben a csoportokban. A zománcfogak keményebbek, mint a dentin, de az állkapocsban a fogak növekedésének geometriája miatt, ha azt szeretné, hogy a fogak egész életében növekedjenek, akkor nem lehet teljes zománcborítás. Az állatok, mint az emberek, tartós, de nehezen rögzíthető fogakat fejlesztettek ki – a felnőtt fogak elvesztését semmi sem pótolja. Az agyarak kevésbé tartósak, mint a zománcozott fogak, de folyamatosan nőnek, még akkor is, ha megsérülnek. „A zománcozott fogak más evolúciós stratégiát jelentenek, mint a dentinbevonatú agyarak, ez egy kompromisszum” – mondja Whitney.
A Diictodon megnagyobbodott szemfogai zománcozottak, így jobban hasonlítanak a fogakra, mint az agyarra. A keresztmetszet egy zománcgyűrűt tár fel az agyar külső oldalán, amely polarizált fényben világít meg. Jóváírás: M. Whitney kép
Dél-Afrikából, Antarktiszon, Zambiából és Tanzániából származó dicynodont minták szövettani vékony metszeteit elemezve a kutatók azt találták, hogy az emberi fogakhoz hasonlóan ezek az állatok is csökkentik a pótfogak számát a szemfog pozícióban, és lágyszövetek tapadtak a fogakhoz. állkapocs. Érdekes módon ez az emlősökre jellemző tulajdonságok kombinációja. Az emlősök, az emberekhez hasonlóan, csak egyszer cserélik ki a tejfogakat felnőtt fogakra, ellentétben a legtöbb gerinces állattal – például a cápák folyamatosan termelnek fogakat. Az emlősfogak az állkapocshoz gomphosis révén kötődnek, amely lágyszöveti vagy szalagos kötődés. A legtöbb gerinces foga azonban ankilózissal kötődik az állkapocshoz, ami a csont és a fog keményszövet-fúziója.
„Ha ez a két dolog megvan, a csökkentett mennyiségű fogpótlás és a lágyszövet-csatlakozás, akkor egy folyamatosan növekvő fog lehetővé teszi az állat számára, hogy megkerülje azt a tényt, hogy nem tudja pótolni a fogat. Ehelyett úgy fejlődik, hogy folyamatosan ugyanazokat a fogszöveteket rakja le” – mondta Whitney. "És ahogy az állat továbbra is lerakja a szövetet, a fog elkezd a szájon kívülre mozogni, hogy működőképessé váljon."
Példa egy állandóan növekvő, valódi agyarra a Lystrosaurus kétszárnyúban. Amikor a kutatók belevágtak a Lystrosaurus arcába, az agyarak gyökere egy szélesen nyitott pulpaüregből áll, ami arra utal, hogy a dentin folyamatosan rakódott le. Jóváírás: M. Whitney kép
A kutatók azt találták, hogy a valódi agyar evolúció csak az evolúció későbbi szakaszában következett be ebben a csoportban – a csoport korai tagjainak inkább nagy foga volt, mint valódi agyarnak. Evolúciós történetük késői szakaszában a kétszárnyúak valódi agyarat fejlesztettek ki, amely folyamatosan nőtt, és meglepő módon konvergens módon nőtt a különböző típusú kétfejűek. „Arra számítottam, hogy lesz egy pont a családfán, ahol az összes kétszárnyú agyarnak kezdett megjelenni, ezért úgy gondoltam, elég megdöbbentő, hogy az agyarakat konvergens módon látjuk” – mondta Whitney. "Ez hasonló történet ahhoz, amit az elefántok evolúciójában látunk, mivel sok olyan mintát tükröz, amelyeket az elefántok agyarának megszerzésére vonatkozóan tanulmányoztak."
„A dicynodonták voltak a legelterjedtebb és legváltozatosabb gerincesek a szárazföldön, közvetlenül a dinoszauruszok kora előtt, és híresek „agyaraikról”. Az a tény, hogy a valóságban csak keveseknek van valódi agyaruk, a többieknek pedig nagy fogaik, az evolúció gyönyörű példája, amelyet dokumentálhatunk. Meglátjuk, hogyan kell agyarat építeni!” – mondta Brandon Peecook társszerző, az Idaho Természettudományi Múzeum kurátora.
Keresztmetszet egy dicynodont szemfogon keresztpolarizált fényben. A fog dentin magja szürke, a fedőzománc kék/lila színben látható. Ez a zománcborítás azt sugallja, hogy ez a szemfog alakú fog inkább hasonlít egy normál foghoz, mint egy igazi, folyamatosan növekvő agyarhoz. Hitel: M. Whitney fotója
A kutatók szerint a tanulmány, amely a valódi agyarak legkorábbi ismert példányát mutatja be, segíthet a tudósoknak jobban megérteni az evolúció működését.
„Az agyarak számos alkalommal fejlődtek, ami arra készteti az embert, hogy vajon hogyan – és miért? Most már jó adatokkal rendelkezünk azokról az anatómiai változásokról, amelyeknek meg kellett történniük ahhoz, hogy a dicinodonták agyarak fejlődjenek. Más csoportok, például a varacskos disznók vagy rozmárok esetében a zsűri még mindig nem áll rendelkezésre” – mondta Christian Sidor társszerző, a konferencia kurátora. Washington Egyetem Burke Múzeum.
Az állatok különféle fogazatai elmondhatják a tudósoknak, hogy milyen nyomással kellett szembenézniük az állatoknak, amelyek előállíthatták volna ezeket a fogakat. Például az agyarak különféle módon működhetnek, beleértve a védekezést, a versengést, az ásást, az ivaros szelekciót, és még a helyváltoztatást is segítik – például a rozmárnál, amely agyarával felemelkedik a jégre a vízből. A folyamatosan növekvő agyar lehetővé tehette ezeknek a kétfejűeknek, hogy leküzdjék azt a kihívást, hogy életük során csak egyetlen fogpótlással kell rendelkezniük.
"Nem igazán tudjuk, milyen funkciói lehetnek a kétszárnyú agyaraknak, mert nem tudjuk megfigyelni őket, és nem tudjuk megnézni, mit csinálnak velük" - mondta Whitney. – Ez egy hosszan tartó kérdés a dicynodontákkal kapcsolatban, most még inkább.
„A Dicynodont agyarai sokat elárulhatnak az emlősök agyarának evolúciójáról általában” – mondja Angielczyk. „Például ez a tanulmány azt mutatja, hogy a valódi agyarak kialakulásához csökkentett arányú fogpótlásra és egy rugalmas szalagra van szükség, amely a fogat az állkapocshoz rögzíti. Mindez felfelé vezet ahhoz, hogy jobban megértsük az emlősökben manapság látható agyarakat.”
Hivatkozás: „A szinapszidaagyar evolúciója: betekintések a dicynodont terápiás agyar szövettanából” 27. október 2021. A Royal Society B.
DOI: 10.1098 / rspb.2021.1670
