忘れられた顎の進化：dunkleosteumから人間へ

進化は、地球上のあらゆる生物の生活の中で最も重要なプロセスの1つです。地球上の現代の種のうち、数百万年前に進化を放棄したのはごくわずかであり、ほとんどがこの間ずっと変化しており、変化し続けています。私たちの種の発達と歴史の問題では、知性、私たちが手に労働の道具を保持することを可能にする手の構造、直立姿勢などに多くの注意が払われました。しかし、めったに質問が発生しませんでした、どこでそのような顎を手に入れましたか？Uppsala大学（Uppsala、スウェーデン）とESRF（Grenoble、フランスの粒子加速器）の科学者は、脊椎動物の顎の進化の起源を見つけるために化石研究を実施することを決定しました。研究の難しさ、使用された方法、そして科学者はどのような新しいことを学びましたか？彼らの報告はこれについて私たちに教えてくれるでしょう。行く。

研究の基礎

子供の頃に赤ちゃんの歯を抜いた方法を思い出してください。ひどい歯科医を訪ねる必要があることもあれば、糸とドアで十分なこともあり、厄介なぐらついた歯が自然に抜け落ちることもありました。乳歯を取り除く方法に関係なく、その本質は同じです-「古い」歯は「新しい」歯のための余地を作ります。これは多くの種類の動物に固有ですが、このプロセスのメカニズムは異なります。





Dunkleosteusは、Arthrodiriformesの最も有名な代表者の1人です。



過去に戻りましょう。3億から4億に戻ります。当時はまだサメはいませんでしたが、世界の海には他の捕食者であるArthrodiriformesが住んでいました。 Arthrodirasは、placodermクラスの絶滅した脊椎動物のグループです。



最も有名でよく研究されているタイプのarthrodirの1つは、dunkleosteas（Dunkleosteus）、4億1500万年から3億6000万年前に惑星に住んでいた。かつて、この種は最大の捕食者（体長4.5-6 m）でしたが、研究された化石のほとんどが断片であり、正確なサイズを決定することは非常に困難であるため、この声明は非常に不安定です。





Dunkleosteusについても語っているドキュメンタリー「先史時代の捕食者」。



しかし、これらの生き物を同時代の生き物と区別するのは寸法ではなく、狩りの方法、あるいはむしろ道具である顎です。Dunkleosteusは最初に顎を持ったわけではありませんが、その変種はよく開発され、Dunkleosteusのライフスタイルと美食の好みに適合していました。歯の代わりに、現代的な意味で、これらの捕食者は大きな骨のプレートを持っていました。顎の力は約5MPa（ミシシッピアリゲーターの力と同様）で、開放速度は1/50秒で、捕食者は文字通り獲物を吸い込むことができました。



dunkleosteaを含むarthrodirの代表者は、他の人よりも古代の魚とその解剖学を研究するための対象であることが多かった。ただし、顎の進化経路全体を理解するには、それよりも以前のバージョンを検討する必要があります。したがって、科学者たちは、関節炎よりも原始的であると考えられ、最初の顎の脊椎動物と密接に関連している別の初期の魚のグループであるAcanthothoraciの化石を研究することを決定しました。しかし、Acanthothoraciの化石を研究することは、Arthrodiriformesを研究することと同じ問題を抱えています-化石の欠如とそれらの断片化された性質。



研究するのに最適なサンプルは、約100年前にチェコ共和国で見つかりました。以前は、骨が岩にほぼ完全に密閉されていて、その破壊がサンプルの損傷につながるため、それを研究することは非常に困難でした。





ESRFリサーチコンプレックスの外観。



しかし、このサンプルが発見されてから100年の間に、多くの変化がありました。たとえば、1994年にESRF研究施設は、長さ844.4 mのシンクロトロンで建設されました。この現代科学の奇跡は、化石化石の研究など、物質の非破壊スキャンに使用できる強力なX線を生成します。



研究ノートの著者として、幹グループOsteichthyans（骨のある魚）とほとんどのChondrichthyans（軟骨性の魚）は横方向に配置されたらせん状の歯を持っていますが、クラウングループのOsteichthyansは縦方向の歯を持っています（下の図）。





画像＃1：上顎歯の間の歯の種類の分布。



arthrodirでは、新しい歯が前の歯または前の領域から分岐する列に追加されます。行の数は大きく異なり、追加の行の配置は、唇側（突出）と舌側12（内側）または縦方向の両方にすることができます。Entelognathus（423–416 Mya）とQilinyu



における辺縁の角質顎と体の関節関節の解剖学の最近の発見 （419 Mya）は、顎の進化の理論につながりました。そこでは、これらの2つの属が、関節の顎の形と骨のある魚の顎の間の橋を形成します。

* Mya-百万年前。

しかし、EntelognathusとQilinyuの歯はまだよくわかっていません。



この作品では、科学者たちはの歯列の研究の結果発表Radotina、Kosoraspis、Tlamaspis（チェコ共和国）と歯列のサンプルのみAcanthothoraci（CPW.9 /カナダ北極圏諸島を）。

研究成果

鼻に一対の出生前プレートを含むCPW.9列に歯を追加するメカニズムは、以前は同心円として説明されていました。その結果、同じ地層から同心円状に配置された歯状突起*を伴う剥離した皮膚テセラ（鱗片状）は、Acanthothoracimaxillaとして標本の誤解を招きました。

Odontodes *（角質の歯）は、いくつかの脊椎動物種の角質の皮膚形成です。

マイクロコンピュータ断層撮影法（マイクロCT）によるCPW.9画像の再分析は、上部の歯科用プレートが前内側角膜のプレートに対して唇側に位置していることを示しています。したがって、歯の追加は、唇自体ではなく、唇領域の基部から放射状になります。代わりに、Andreolepisステムグループで観察されたように、最も古い小さな歯はより大きな角質の歯で生い茂っています。



位相コントラスト顕微鏡法により、科学者はラドティナ、コソラスピス、トラマスピスでこれまで未踏の歯を検出することができました。それらはすべてCPW.9とは大きく異なります。





画像＃2：Radotinatesselataの顎の構造。ラドティナの



歯の構造（上の画像）は、テントスクエア（下顎の背側コンポーネント）の外面に取り付けられた大きな角質の頬骨の腹側表面にある4列で構成されています。



この腹側の縁は唇側に歯を持つ縦方向の溝を形成し、血管の溝の列は溝の下部にあります。したがって、歯状突起は独特の辺縁であり、顎の縁の内側であるがテントの正方形（2C）の外側に位置し、露出した骨の明確な唇側の縁によって頬の外側部分から分離されている。歯の列が（舌に対して）舌側に追加され、最も古い歯から最も若い歯へと顕著な鉱化作用の勾配が見られます。歯は細長い星型の刃のような形をしています（2E）。これらの歯の形は、頬のテセラの辺縁の歯状突起の形に似ています。ただし、これらの歯状突起とは異なり、歯は別々の基底結合組織を使用して列に融合されます。



歯の吸収または置換の兆候は見つかりませんでした。しかし、舌列自体の壊れた歯は明らかに修復の過程を経て、損傷した領域に新しい冠が形成されました。



KosoraspisとTlamaspisには、歯が配置されているいくつかの短い角質の顎骨があります。それらは位置に応じて長さと形状が異なりますが、すべてフェースプレートに関連付けられています。でKosoraspis表面プレートは歯のような歯状突起を運び、それは口腔プレート上の尖った歯に融合し、斜めに横方向のらせん状の列を形成します。頬の星型の歯状突起とは形が異なります。





画像＃3：Kosoraspispeckai顎の構造。



歯状突起と歯は両方とも淡蒼球歯状突起で構成されていますが、成熟した歯の歯髄腔を満たす歯髄周囲歯状突起は管状（管状）歯状組織であり、細胞空間が少なくなっています。



そしてここにTlamaspisのフェースプレートがあります歯のない隆起によって舌で区切られた円錐形の歯の1つの列に突然融合する2列または3列の結節を除いて、ほとんどが唇側で覆われていません。これは、骨のある魚の王冠グループの辺縁の顎の骨に似ていますが、歯が脱落したり交換されたりすることはありません。





画像＃4：Tlamaspisinopinatusの顎の構造。



系統発生分析を考慮に入れると、Acanthothoraciは4つの中間ノードによって顎グループノードから分離されています。進化の4つの中間段階。しかし、Acanthothoraciの歯と骨のある魚の間には明らかな類似性があります。KosoraspisやTlamaspisの



ものと同様の複数の短い角質の顎があることは注目に値します、Lophosteus（先史時代の骨のある魚の絶滅した属）に存在します。コソラスピスの頬の構造も原始的な骨のある魚の頬の構造に非常に似ています。



研究のニュアンスについてのより詳細な知識については、科学者の報告を調べることをお勧めします。

エピローグ

上記のさまざまなタイプのジョーには、機能的な側面による外部特性の明らかな多様性にもかかわらず、多くの共通点があります。



機能的には、CPW.9歯状突起は粉砕に適合しているように見え、Radotina歯状突起は切断に適合しており、KosoraspisとTlamaspisはさまざまなスタイルの獲物の保持と貫通に適合しています。



建築の観点から、最も顕著な違いは、装飾用の歯状突起に似て頬板に取り付けられている歯を持つラドティナと、それぞれが別々の角質の顎と角質の装飾に似ていない歯を持つ他の3つの分類群との間に見られました。Acanthothoraci



の歯を比較するとArthrodira、大きな違いがあります。サメ、骨のある魚、陸の動物のように、Acanthothoraciは内側だけに新しい歯を追加しました。最も古い歯は顎の端にあります。



歯が配置されている骨は、外面に皮膚の小さな歯状要素を持っています。これは、原始的な骨のある魚の特徴ですが、Arthrodiraの特徴ではありません。この独特の特徴は、Acanthothoraciの顎の骨が口の端にあり、Arthrodiraの顎の骨がより深いことを示しているため、非常に重要です。Acanthothoraciの



代表的な1つ、つまりKosoraspisも驚くべきことです。、これらのデンチン要素から隣接する真の歯への段階的な移行があります。一方、ラドティナの実際の歯は、その歯の皮膚要素とほとんど同じです。



このような発見は、実際の歯が皮膚のデンチンの要素からごく最近形成されたことを示している可能性があります。



その結果、Acanthothoraciは、初期の原始的な顎脊椎動物の属ですが、より発達したArthrodiraとは対照的に、多くの点で現代の歯に似ているのは彼らの歯です。



進化は非常に複雑なプロセスであり、線形または予測可能とは言い難いものです。顎と歯の発達はこれの明確な確認です。



ご清聴ありがとうございました。好奇心を持ち、素晴らしい週末をお過ごしください。:)

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