Četru kāju zobu emalja parādījās seno zivju mērogā • Elena Naimark • Zinātnes jaunumi par "Elementiem" • Evolution, Genetics, Ichthyology

Četru kāju zobu emalja parādījās seno zivju mērogā

Zīm. 1 Plankumains Carapace Pike (Lepisosteus oculatus), Ziemeļamerikas saldūdeņu iedzīvotājam ir vairākas primitīvas iezīmes. Dekodēšana ar savu genomu palīdzēja noteikt zobu emaljas izcelsmi sauszemes mugurkaulniekiem. Foto no primitivefishes.com

Zobu emalja ir vissmagākos dzīvnieku audos. Tās izskats un veidošanās zemes virspavēlos joprojām bija nopietns neatrisināts salīdzinošās anatomijas jautājums. Jaunie dati par primitīvu vēžveidīgo līdakas genomu un vispārējo informāciju par emaljas sadalījumu mūsdienu un fosilā zivju svariem, kauliem un zobiem ļāva noskaidrot tās rašanās sākuma posmus. Iespējams pierādīt, ka emaljas izcelsme ir saistīta ar senākās ar zvaigžņotajām zivīm.

Ne jau sen, tika publicēts plankumainais līdaku apvalks (Lepisosteus oculatusrīsi 1), kas ir viens no kaulu zivju bazālajiem pārstāvjiem (patiesībā šī zivs nav līdaka, bet tikai nedaudz to atgādina). Patiesībā papildus līdakas līčiem Pantsirņikovs (Lepisosteiformes) ir sešas citas mūsdienu zivju sugas un apmēram desmit izmirušas; tie veido māsu grupu attiecībā pret pārējām kaulajām zivīm. Visiem tiem raksturīgs relatīvi primitīvu iezīmju kopums: kaioidas skalas,spirālveida vārsts zarnās, peldkostīms, ko izmanto kā plaušu, heterocikliskā aste.

Tādēļ, iegūstot karabakas liemeņa DNS secību, zinātnieki varēja atrisināt vairākus interesantus jautājumus, kas saistīti ar zivju evolūciju. Piemēram, jautājumi par zilu un četrkupolu locekļu spuru veidošanos, primitīvu četrkodolu gaisa attīrīšanas uzlabošanai vai specializētiem jaunievedumiem teleost zivīs, nemaz nerunājot par genoma dublēšanās sekām teleostas zivju senčiem (sk. JS Taylor et al., 2001. Salīdzinošā genomika liecina par zivīm;

Un zinātnieki no Upsalas Universitātes (Zviedrija) un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Pekinas Institūts ar mugurkaulnieku paleontoloģiju un paleoantropoloģiju, izmantojot šos datus, pievērsās jautājumam par mugurkaulnieku zobu emaljas izcelsmi. Galvenais šī pētījuma trumpis bija informācija par ģenētiku ar datiem par fosilām senajām zivīm. Ar šādu savienību palīdzību, šķiet, tagad ir atrisināts ilgstošais salīdzinošās anatomijas jautājums par zobu homoloģiju, svariem un invultācijas struktūras zivīs un mugurkaulniekos.

No salīdzinošās anatomijas zinātniekiem bija šāda informācija:

  • Teritorijas tetrapods (tetrapods) ir zobi, uz viņu žokļi, kurā dentīna bāze ir pārklāta ar smagas emaljas.
  • Tajā pašā emalē, kas pārklāj dentīna slāni, ir arī fin-fin zivis. Viņiem ir arī emalja, kas atrodas arī aizsargājošās konstrukcijās (skalu zobus un galviņas pārklājošos kaulus).
  • Primitīvie polipers un ķermeņi, nevis emaljas, savā mērogā ir ganoīni (skatiet: Ganoīns) – emaljas līdzīgais savienojums, taču joprojām ir lielisks no tā. Viņu žokļa zobi augšā ir pārklāti ar akrodīna emalju līdzīgu slāni.
  • Viena no senākajām ziemeļbriežu zivīm Devonā CheirolepisNetika atrasta ne emalja, ne ganoīns uz žokļa zobiem un ādas struktūras.
  • Kaulu un kramtojošās zivīs arī nav īstas emaljas svaros un apvalka kaulos, vai zobos. Lai gan kastrētās zivis savās placodzāles svaros ar tapiņām un zobiem (un haizivju zobiem ir svaru atvasinājums), ir dentīns. Un kaulozes zivīm uz žņaugiem ir arī akrodīna bāzes veidota emalja forma.

Tas viss ir shēmā parādīts attēlā. 2

Zīm. 2 Datu kopsavilkums par emaljas klātbūtni uz zobiem, galvas kaulus un zivju svariem, kādi tie ir šodien (parādīts melns) un izmiris (pelēks)Tetosts – kaulu zivis, tetrapods – četrkājaini dzīvnieki, chondrichthyans – krampju zivis. Shēma no apspriežamā raksta Daba

Turklāt ir zināms, ka ķermeņa ādas žokļu zobus un aizsargājošus tapas nosaka un izplata dažādos veidos. Gēnu komplekss, kas ir atbildīgs par mugurkaulnieku zobu emaljas izveidošanu un attīstību, ir labi zināms, tas ir atrodams visās četrkodolu un zeltaino putnu sugās, bet kaulaudos un skrimšļu zivīs nav šo gēnu (konstatēts tikai viens gēns no šī kompleksa).

Kādā brīdī zeme četrkāršos zobus sāk veidoties ar emalju? Šajā rakstā ir vismaz divas hipotēzes (3. attēls). Saskaņā ar vienu no tiem, placo skalas kalpoja kā atskaites punktu, tad parādījās ganoīns, un pēc tam akrodīns un emalja. Un saskaņā ar citu skatījumu, ganoīns nav emaljas homologs, un tā veidošanās noritēja paralēli emaljam. Šajā pēdējā gadījumā vēžveidīgo līdaku zobu un ganoid skalas nav homologas ar finiera zivīm.

Zīm. 3 Zobu izcelsmes hipotēzes. A1 – tie radās no ādas zobiem, pakāpeniski pārejot no virsmas into oropharyngeal dobumā. A2 – tas pats, bet ņemot vērā nepieciešamo iekšējo meso-endodermālo audu saplūšanu ar ārējām ektoparmiskajām formācijām. In – žokļa zobi ir endodermas izcelsmes, tie tika novirzīti no iekšpuses uz ārējās žokļu puses un tiem nav nekādas saistības ar ādas ektoparmiskajām muguriņām. Zīmējums no G. J. Fraser et al. Raksta 2010. gadā. Odontode sprādziens:

Kas var papildināt šīs hipotētiskās strīda izšķirtspēju, kas izraisa karapasaģa genomu? Kā izrādījās, čaumalas līdakmenim ir gandrīz viss gēnu komplekts, kas ir atbildīgs par tetrapodu zobu emaljas ražošanu. Visam kompleksam trūkst tikai viena gēna, AMEL, kas ir atbildīgs par ameloblastu (kameru veidošanu, kas atbild par emaljas ražošanu zobu veidošanās stadijā, iegūšanu skat. Ameloblastā), uz kuras tiek nogludināts emaljas virsmas slānis. Šie gēni tiek izteikti līdaku apvalkā, nevis zobos. No šī viedokļa emaljas analogija ar ganoīnu bruņas skalās šķiet pamatota. Ja gēni, kas veido tetrapodu žokļa zobus, ir atrodami arī primitīvās tālostēs (bruņotās kauliņās) un karpu dzimtenēs (lateksos), zobu emaljas veidošanos un ar to arī tetrapodu zobus novēroja kaut kur starp karpu un ziedu . Ādas zobi šajā evolūcijas ceļā izrādījās homoloģiski žokļa zobiem.

Primitīvo zivju fosilās paliekas labi apstiprināja šo hipotēzi un palīdzēja rekonstruēt galvenos zobu veidošanās brīžus. Lai to izdarītu, vajadzēja pārkvalificēt Silurian zvaigžņotās zivis. Lophosteus un Andreolepis no Zviedrijas (skat. H. Botella et al., 2007. Jaws and kaulu zivis) un Devons Psarolepis no Ķīnas. Daži šo fosilās sugas īpatņi ir labi saglabājušies apmatojuma kauli, svari un zobi. Ir Lophosteus uz zobiem un svariem nav emaljas. Ir Andreolepis Emalja ir atrodama svaros, bet ne galvas un zobu apvalka kaulos. Ir Psarolepis Emalija ir atrodama svaros un epitēlija kaulos, bet ne zobiem. Interesanti, kas ir Psarolepis apakšējā žoklī ir zobi bez emaljas, bet tos pavada arī vairāki nelieli iegremdējuša kaula izaugumi, un šī mazo zobu rinda ir pārklāta ar emalju (4. att.).

Zīm. 4 Apakšējās žokļa fragments Psarolepis ar zobiem uz emtajām pārklājošajam kaulam. Mēroga garums 5 mm Fotogrāfijas no raksta diskusijā Daba

Visi šie dati liecina, ka primitīvajās ar zirnekļļotajām zivīm sāka veidoties gēnu komplekss, kas nodrošināja cietību pret aizsargājošajām dentīna struktūrām (5. att.). Sākumā šie gēni strādāja ādā, veidojot emaljas pārklājumu tikai uz svariem, tad uz apmatojuma kauliem uz galvas.Tāpēc, kā raksta pētnieki, tas nav pārsteidzoši, ka fosilie Andreolepis Emalija tika konstatēta tikai uz svariem (tādēļ iepriekš tika uzskatīts, ka galvas kauliem un svariem – un tie atradās atvienotā stāvoklī – pieder pie dažādām zivīm). Nākamajā posmā mutes dobumā uz žokļa zobiem sāka izteikt emalju veidojošo gēnu kompleksu. Akrodin parādījās rindā ar kaulainām zivīm. Šī shēma loģiski saista fosilos datus ar ģenētiskajiem datiem.

Zīm. 5 Zobu emaljas veidošanās shēma četrkājis. Gaiši pelēks – ādas struktūras bez emaljas, tumši pelēks – hermetizējoši kauliņi bez emaljas, zils – ādas struktūras ar emalju, zils – hermetizējoši kauliņi ar emalju, sarkans – žokļa zobi ar emalju, melna krāsa – žokļu zobi bez emaljas; zaļa krāsa – akrodīns balta zvaigzne – Vitrodentīns, ne homoloģiska emalja. Sīkāka rakstura shēma Daba

Joprojām ir daudz jautājumu par emaljas, akrodīna un ganoīna veidošanās molekulārajiem mehānismiem. Lai gan ir skaidrs, ka tie būtībā ir viens otru tuvāk un prasa iekļaut dažus papildu regulatorus. Bet, kā uzsvērti darba autori, zobu emaljas ceļojums sākās ar ķermeņa aptverošajām skalām, nevis mutes dobumā.Par šo evolūcijas ceļu emalja uzvarēja divus topoloģiskos barjeras: vispirms tas pāriet no ķermeņa uz galvu, tad no galvas virsmas līdz mutes dobuma iekšpusei.

Avots: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu & Per Erik Ahlberg. Emaljas datu izcelsme Daba. Publicēts tiešsaistē 2015. gada 23. septembrī. DOI: 10.1038 / nature15259.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

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