被遗忘的下巴进化:从粪囊到人类





进化是地球上任何生物生命中最重要的过程之一。数百万年前,地球上的现代物种中只有一小部分放弃了进化,大多数都在这段时间里发生了变化,并且还在不断变化。关于物种的发展和历史,人们非常重视智力,手的结构,这使我们能够将劳动工具握在手中,保持直立姿势等。但是,很少有问题出现,我们从哪里来的这么大?来自乌普萨拉大学(瑞典乌普萨拉)和ESRF(法国格勒诺布尔的粒子加速器)的科学家决定进行化石研究,以发现脊椎动物颌骨的进化起源。研究的困难是什么?科学家使用了什么方法?学了什么新知识?他们的报告将告诉我们这一点。走。



研究依据



记住我们在童年时期如何拔出乳牙。有时有必要去看一个可怕的牙医,有时一根线和一扇门就够了,有时一个令人讨厌的摇摆不定的牙齿会自行脱落。不管摆脱乳齿的方法如何,其本质都是相同的-“旧”齿为“新”齿留出空间。这是许多动物固有的,但是此过程的机制不同。





Dunkleosteus是节肢动物最著名的代表之一。



让我们回到过去,回到300-400百万。那时还没有鲨鱼,但是世界海洋中有其他掠食性动物-节肢动物。节肢动物是一群来自placoderm类的灭绝脊椎动物。



关节病的一种最著名和研究最深入的类型被认为是邓克氏菌(Dunkleosteas)(Dunkleosteus(Dunkleosteus),居住在415-3.6亿年前的地球上。尽管这个说法非常不稳定,但曾一度是该物种的最大食肉动物(体长4.5-6 m),因为大多数研究的化石都是碎片,因此很难确定确切的尺寸。





纪录片《史前掠食者》,也讲述了邓克雷斯托斯。



但是,区别于这些生物与同期生物的不是维度,而是狩猎的方法,或者是下颚的工具。Dunkleosteus并不是第一个具有颌骨的人,但是他们的变体非常发达,并适应了Dunkleosteus的生活方式和美食偏好。在现代意义上,这些掠食者不是牙齿,而是大骨头板。钳夹力约为5 MPa(类似于密西西比鳄鱼皮的钳口),张开速度为1/50秒,这使捕食者确实可以吸入猎物。



节肢动物的代表,包括敦克菌属,比其他人更经常成为研究古代鱼类​​及其解剖的对象。但是,为了了解颌骨的整个进化路径,有必要考虑它的更早版本。因此,科学家决定研究Acanthothoraci的化石,Acanthothoraci是另一种早期鱼类,被认为比节肢动物更原始,并且与最早的下颚脊椎动物密切相关。但研究的化石Acanthothoraci有同样的问题作为研究Arthrodiriformes -缺乏化石及其各自为战。



最好的研究样本是在大约100年前的捷克共和国发现的。以前,对它进行研究非常困难,因为骨头几乎完全密封在岩石中,并且破坏岩石会导致样品损坏。





ESRF研究大楼的外部。



但是,自发现该样本以来的一百年中,发生了许多变化。例如,在1994年,ESRF研究大楼建造了844.4 m长的同步加速器,这是现代科学的奇迹,产生了强大的X射线,可用于物质的非破坏性扫描,包括研究化石。



正如研究报告的作者所述,茎类Osteichthyans(bon鱼)和大多数软骨鱼类(角质鱼类)具有横向排列的螺旋齿,而冠群Osteichthyans具有纵向齿列(下图)。





图像#1:上颌牙齿之间的牙列类型分布。



在节肢动物中,从前牙或前牙区域以发散的行添加新的牙齿。行数变化很大,附加行的排列既可以是唇侧(突出),也可以是舌侧十二个(向内)或纵向。Entelognathus(423-416 Mya)和Qilinyu



边缘角质颌骨和关节体解剖的最新发现 (419 Mya)提出了颚进化的理论,其中这两个属在节肢颚形状和骨鱼颚之间架起了桥梁。
* Mya-一百万年前。
但是,对EntellognathusQilinyu牙列仍然知之甚少。



在这项工作中,科学家们提出的牙列的研究结果RadotinaKosoraspisTlamaspis(捷克共和国)和牙列的唯一样本Acanthothoraci(CPW.9 /加拿大北极群岛)。



研究成果



先前已将同心齿用于在CPW.9排上增加齿的机制,该机制在口鼻部上包括一对上胎盘。结果,同一个位置的同心定位的齿状突*脱离的真皮破伤风(鳞片状)导致标本误解为上颌甲壳菌
Odontodes *(角质牙齿)是某些脊椎动物中的角质皮肤形成。
通过微计算机断层扫描(micro-CT)对CPW.9图像的重新分析显示,上牙板相对于角膜前缘板位于唇侧。因此,齿的添加是从唇部区域的根部开始的,而不是在唇部本身上。相反,最古老的小牙齿长满了较大的角质牙齿,如Andreolepis茎组中所观察到的



相衬显微镜使科学家在RadotinaKosoraspisTlamaspis发现了以前未曾探索的牙列。它们均与CPW.9显着不同。





图片2:Radotina tesselata颌骨的结构。Radotina



牙齿结构(上图)由四行组成,它们位于附有帐篷正方形(下颌骨的背面部分)外表面的大角质che骨的腹侧表面上。



该腹边缘形成在阴唇侧具有齿的纵向凹槽,并且成排的血管凹槽位于凹槽的下部。因此,牙列是唯一的边缘,位于颚的边缘内部,但在帐篷正方形(2C)之外,并且通过裸露的骨头的透明唇缘与脸颊外部分开。舌头上增加了一排牙齿(相对于舌头),从最老到最年轻的牙齿可见明显的矿化梯度。齿具有细长的星形刀片状形状(2E)。这些牙齿的形状类似于脸颊tessera上的边缘齿形牙齿的形状。但是,与这些齿形牙齿不同,牙齿是使用单独的基底结缔组织融合成排的。



没有发现牙齿吸收或置换的迹象。然而,舌行中的断齿本身显然经历了修复过程,在受损区域形成了新的牙冠。



KosoraspisTlamaspis有几个短而角质的下颌骨,牙齿位于该处。它们的长度和形状根据其位置而有所不同,但都与面板相关联。在科索拉皮斯正面的板带有牙齿状的齿状突,这些齿状的齿在口腔板上融合成尖齿,形成倾斜的横向螺旋状排。它们的形状不同于脸颊上的星形齿形。





图片3:Kosoraspis peckai颚的结构。



齿形牙和牙齿均由眼睑牙本质组成,而充满成熟牙髓腔的环周牙本质是管状(管状)牙本质组织,细胞空间较少。



这是Tlamaspis面板除了两到三排结节突然合并成一排圆锥形的齿,舌上由无齿的脊定界外,大部分呈唇形。尽管牙齿没有脱落或被替换,但这类似于冠状鱼类冠状群的边缘颚骨。





图片#4:Tlamaspis inopinatus颌骨结构。



考虑到系统发育分析,棘轮梭菌通过四个中间节与下颌节节分开。进化的四个中间阶段。但是,齿龙科和骨鱼之间有明显的相似性



值得注意的是,多个短的角质颌骨类似于科索拉皮斯Tlamaspis,存在于Lophosteus(史前骨鱼的绝种)中。Kosoraspis的脸颊结构也非常类似于原始的骨鱼。



为了更详尽地了解这项研究的细微差别,我建议您调查一下科学家报告



结语



尽管由于功能方面,外部特征明显不同,上述不同类型的钳口还是有很多共同点。



在功能上,CPW.9牙列似乎适合压碎,Radotina牙列适合切割,而KosoraspisTlamaspis适合于不同风格的固定和刺穿猎物。



从建筑的角度来看,最明显的区别是在Radotina和其他三个类群之间,Radotina的牙齿类似于装饰性齿形突齿,并附着在颊板上。每个其他的分类单元分别具有单独的角质颌骨和不像它们的角质装饰的牙齿。



如果我们比较棘齿龙Arthrodira,有显着差异。像鲨鱼,骨鱼和陆生动物一样,Acanthothoraci仅在内部添加了新牙齿:最古老的牙齿位于下颌边缘。



牙齿所在的骨头在其外表面上还带有皮肤的小牙本质元素,这是原始骨鱼的特征,但不是Arthrodira的特征。这个独特的特征非常重要,因为它表明棘齿龙颌的骨骼直接位于嘴的边缘,而Arthrodira颌骨的骨骼更深。



令人吃惊的是,Acanthothoraci的一位代表,即Kosoraspis,从这些牙本质元素逐渐过渡到相邻的真牙。另一方面Radotina的真实牙齿与其牙本质皮肤元素几乎相同。



这些发现可能表明,真正的牙齿只是最近才由皮肤上的牙本质成分形成的。



因此,齿龙科虽然是下颌脊椎动物的较早和原始的属,但与更发达的节肢动物相比,它们的牙齿在许多方面都类似于现代的牙齿



进化是一个非常复杂的过程,几乎不能称其为线性或可预测的。颌骨和牙齿的发育清楚地证明了这一点。



谢谢您的关注,请保持好奇,祝您周末愉快!:)



周五顶峰:


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