Varliagyvių grupė neteko dantų daugiau nei 20 kartų – Floridos muziejus

Varliagyvių grupė neteko dantų daugiau nei 20 kartų - Floridos muziejus

Smokslininkai jau seniai žinojo, kad varlės yra keistos, kai kalbama apie dantis. Kai kurie turi mažus dantis ant viršutinių žandikaulių ir burnos stogo, o kiti turi iltį primenančias struktūras. Kai kurios rūšys yra visiškai be dantų. Ir tik viena varlė iš daugiau nei 7000 rūšių turi tikrus dantis tiek viršutiniame, tiek apatiniame žandikaulyje.

Dabar pirmasis išsamus varlių dantų evoliucijos tyrimas atkreipia dėmesį į grupės dantų istoriją. Floridos gamtos istorijos muziejaus tyrėjai išanalizavo beveik visų gyvų varliagyvių genties kompiuterinės tomografijos tyrimus, kad atskleistų, kad varlės per evoliuciją neteko dantų daugiau nei 20 kartų, daugiau nei bet kuri kita stuburinių grupė. Kai kurioms varlių rūšims prieš milijonus metų praradus dantis, dantys gali atsirasti net iš naujo.

Tyrėjai taip pat nustatė ryšį tarp dantų nebuvimo varlėms ir specializuotos mažų vabzdžių, tokių kaip skruzdėlės ir termitai, dietos. Jų atlikta varlių varliagyvių giminaičių, salamandrų ir neaiškių kirmėliškų gyvūnų, žinomų kaip cecilijos, analizė parodė, kad per visą savo evoliucijos istoriją šios grupės išlaikė dantis ant viršutinio ir apatinio žandikaulių.

Šie vaizdai parodo varliagyvių dantų įvairovę. Salamandros ir cecilijos, atitinkamai apačioje, kairėje ir dešinėje, turi ne tik dantis ant viršutinio ir apatinio žandikaulių, bet ir ant jų burnos stogo, čia parodyta geltona spalva.

Floridos muziejaus vaizdas, kurį sukūrė Danielis Paluh

„Šiame tyrime mes tikrai galėjome parodyti, kad stuburinių gyvūnų dantų netekimas daugiausia yra istorija apie varles ir daugiau nei 20 nepriklausomų nuostolių“, – sakė tyrimo pagrindinis autorius, mokslų daktaras Danielis Paluhas. Floridos universiteto biologijos katedros kandidatas. „Tik aštuonioms kitoms gyvų stuburinių gyvūnų grupėms, įskaitant jūrų arkliukus, vėžlius, paukščius ir keletą žinduolių, taip pat atsirado dantų netekimas.

Dantys pirmą kartą išsivystė prieš daugiau nei 400 milijonų metų, greitai suteikdami konkurencinį pranašumą juos turintiems gyvūnams ir paskatindami ryklių, kaulinių žuvų ir galiausiai stuburinių, kurie pirmą kartą išėjo į sausumą, įvairovę.

Per ilgą savo istoriją dantys buvo svarbi stuburinių gyvūnų evoliucijos sudedamoji dalis, tačiau kai kurios grupės vienodai gerai apsiėjo ir be jų. Paukščiai neteko dantų maždaug prieš 100 milijonų metų, kai atsirado snapas, ir didžiausias žinomas stuburinis gyvūnas – mėlynasis banginis, ir mažiausia – varlė iš Naujosios Gvinėjos yra visiškai be dantų.

Tačiau nedaugelis mokslininkų sutelkė dėmesį į varlių dantų tyrimą dėl tos paprastos priežasties, kad jie yra neįtikėtinai maži.

„Jei atidarysite varlės burną, didelė tikimybė, kad nematysite dantų, net jei jie juos turi, nes jie paprastai yra trumpesni nei milimetras“ arba mažesni už pieštuko galiuką, sakė Paluhas.

Tai nesutrukdė kai kuriems žmonėms stengtis. Tyrinėdamas santykius tarp varlių rūšių, garsus XIX amžiaus paleontologas Edwardas Cope’as sujungė visas bedantes varles į tą pačią grupę, kurią pavadino Bufoniformia.

Mokslininkai, naudojantys šiuolaikinius genetinius metodus, nuo tada parodė, kad Bufoniformia rūšys iš tikrųjų nėra glaudžiai susijusios, o tai rodo, kad dantų netekimas įvyko daugiau nei vieną kartą varlių evoliucijos metu. Tačiau čia istorija sustojo.

Anksčiau norint tiksliai nustatyti, kurios varlės turi dantis, būtų reikėję daug pastangų, kad būtų negrįžtamai sugadintos arba sunaikintos išsaugotų egzempliorių dalys. Varlės taip pat yra labai įvairi grupė, todėl visapusiškai įvertinti jų dantis yra sudėtinga užduotis.

Tačiau Paluhas ir jo kolegos turėjo vieną didelį pranašumą: Floridos muziejus vadovauja didžiulėms kelių institucijų pastangoms nuskaityti 20 000 stuburinių egzempliorių, suteikdamas mokslininkams galimybę tyrinėti gyvūnus anksčiau neįmanomu būdu.

Projektas, pavadintas oVert, leidžia kiekvienam, turinčiam interneto ryšį, pasiekti 3D modelius, gautus iš skenavimo, kuriuose vaizduojami atskiri organizmo bruožai, įskaitant kaulus, kraujagysles, vidaus organus, raumenų audinius ir dantis. Paluhui tai reiškė, kad jis praktiškai galėjo pažvelgti į varlės spragą.

Rana clamitans varlės kaukolės kompiuterinė tomografija
Žalia varlė, Rana clamitans, turi dantis ant viršutinio žandikaulio ir yra paplitusi rūšis rytinėje JAV dalyje, įskaitant Floridą.

Floridos muziejaus vaizdas, kurį sukūrė Danielis Paluh

Dirbdamas nuotoliniu būdu per COVID-19 užblokavimą, Paluh ir kiti muziejaus Blackburn laboratorijos nariai tyrimui atlikti naudojo oVert nuskaitymus. Norėdami susidaryti aiškesnį vaizdą apie dantų pokyčius laikui bėgant, mokslininkai įtraukė visų varliagyvių grupių atstovus. Jie išanalizavo dantų netekimo modelius laikui bėgant, naudodami anksčiau paskelbtą varliagyvių evoliucinių santykių žemėlapį, pagrįstą genetiniais duomenimis.

Tyrimas yra puikus tyrimo pavyzdys, kurį galima atlikti naudojant atviros prieigos duomenis, sakė Davidas Blackburnas, Floridos muziejaus herpetologijos kuratorius, Paluho patarėjas ir vyresnysis tyrimo autorius.

„Mes efektyviai surinkome duomenis iš savo laboratorijos, įskaitant žmones, kurie tuo metu nebuvo JAV“, – sakė Blackburnas.

Jų rezultatai parodė, kad varlės per savo evoliuciją toli gražu netenka dantų vieną kartą, kaip rodo dabar paneigta Bufoniformia idėja, o varlės patyrė „smarkų dantų netekimą“, – sakė Paluhas, o bedantys išryškėjo grupėse, kurios buvo tokios toli giminingos kaip rupūžės. ir nuodų smiginio varles.

Komanda taip pat pastebėjo glaudų ryšį tarp varlių dantų buvimo ar nebuvimo ir jų mitybos įpročių. Nors informacijos apie daugelio rūšių varlių mitybą trūksta, mokslininkai atskleidė ryšį tarp mažų vabzdžių mitybos ir dantų trūkumo.

„Turėti tuos dantis ant žandikaulio, kad būtų galima sugauti ir sulaikyti grobį, tampa mažiau svarbu, nes jie valgo labai mažus bestuburius, kuriuos gali tiesiog įsinešti į burną savo labai pakeistu liežuviu“, – sakė Paluhas. “Atrodo, kad tai atpalaiduoja selektyvų spaudimą, kuris palaiko dantis.”

Pavyzdžiui, kai kurios bedantės nuodingų smiginių varlių rūšys evoliucionavo, kad maitintųsi skruzdėlėmis ir erkėmis, kurios gamina toksiškus junginius, naudodamos savo lipnius, sviedinius liežuvius, kad sugriebtų grobį ir prarytų jį visą. Varlės gali kaupti toksinus iš savo maisto šaltinio ir panaudoti juos savo reikmėms, išskirdamos junginius per odą, kad apsisaugotų nuo plėšrūnų. O vėžlys varlė, bedantė bedantė Australijoje besikasanti rūšis, tuneliais po žeme esančių perėjimų labirintą termitų lizduose medžioja juos sukūrusius vabzdžius.

Atrodo, kad dantys yra nereikalingi žinduoliams, kurie taip pat minta skruzdėlėmis ir termitais. Pangolinai ir skruzdėlynai, turintys labai specializuotus liežuvius skruzdžių ir termitų lizdams tirti, yra be dantų.

Lieka daug klausimų apie varlių dantų biologiją, įskaitant tai, kaip įsijungia ir išsijungia genai, reguliuojantys jų dantų gamybą. Taip pat neaišku, ar varlių, kurios atgavo šias savybes, dantytos danties struktūros iš tikrųjų yra tikri dantys, sakė Paluhas. Norėdami tai nustatyti, mokslininkai turės nuodugniau pažvelgti į šias struktūras, ieškoti emalio ir kitų pagrindinių savybių.

Naujoviški metodai, tokie kaip naudojami oVert projekte, pradeda pabrėžti tokias žinių spragas ir apribojimus, kaip šie, tačiau jie taip pat atveria lauką naujiems atradimams, sakė Blackburn.

„Dabar mano laboratorijoje turime daug naujų klausimų, įkvėptų stebinančių dalykų, atsirandančių dėl 3D vaizdų iš oVert projekto, ir jie nuves mus į muziejų kolekcijas ir į lauką, kad pamatytume, ką šie gyvūnai veikia gamtoje. .


Tyrėjai paskelbė savo išvadas „eLife“.

Kiti tyrimo bendraautoriai yra Floridos muziejaus Karina Riddell, Maggie Hantak, Gregory Jongsma, Rachel Keeffe, Stuartas Nielsenas, María Camila Vallejo-Pareja ir Edwardas Stanley, Catherine Early iš Floridos muziejaus ir Minesotos mokslo muziejaus bei Fernanda Magalhães Silva. Floridos muziejus ir federalinis Paros universitetas.

Blackburn pažymėjo, kad Riddell, neseniai baigęs UF ir įgijęs bakalauro laipsnį Sveikatos ir žmogaus veiklos koledže, atliko pagrindinį vaidmenį renkant duomenis projektui.

Nacionalinis mokslo fondas finansavo tyrimą.


Šaltiniai: Daniel Paluh, dpaluh@ufl.edu;
Davidas Blackburnas, dblackburn@flmnh.ufl.edu

Rašytojas: Jeraldas Pinsonas, jpinson@flmnh.ufl.edu, 352-294-0452

Leave a Comment

Your email address will not be published.