Na lestvicah starih rib se je pojavila štirinožna zobna emajl • Elena Naimark • Znanost Novice o "Elementih" • Evolucija, genetika, ihtiologija

Na lestvicah starih rib se je pojavil štirinožni zobni emajl

Sl. 1. Pikčasta šipa (Lepisosteus oculatus), prebivalec sladkovodnih teles Severne Amerike, ima številne primitivne značilnosti. Dekodiranje njegovega genomja je pomagalo ugotoviti izvor zobne sklenine v kopenskih vretenčarjih. Fotografija s primitivefishes.com

Zobna sklenina je najtežje tkivo pri živalih. Njegov videz in nastanek v prizemnih štirikolesnikih ostaja resno nerešeno vprašanje primerjalne anatomije. Novi podatki o genomu primitivnih rakovih šč in splošnih informacij o porazdelitvi emajla na lestvicah, kosteh in zobeh sodobnih in fosilnih rib so omogočili ugotoviti začetne faze njenega pojava. Ugotovljeno je bilo, da je izvor sklenine povezan s kožnimi lestvicami najstarejših rib,

Nedavno je bil objavljen genom opazovanega lupinastega lupinarja (Lepisosteus oculatusriž 1), eden od bazalnih predstavnikov kostne ribe (v resnici ta riba ni štuka, ampak le malo spominja). Poleg samega ščuka ščuka, vrstni red Pantsirnikov (Lepisosteiformes) vključuje še šest vrst sodobnih rib in približno deset izumrlo; tvorijo sestrsko skupino glede na ostale koščene ribe. Za vse so značilne niz relativno primitivnih značilnosti: ganidne lestvice,spiralni ventil v črevesju, plavajoči se mehurček, ki se uporablja kot pljučni, heterokeralni rep.

Zato so znanstveniki z zaporedjem DNK karapične ščetke rešili številna zanimiva vprašanja, povezana z razvojem rib. Na primer, vprašanja o nastanku plavuti rib in okončin štirikolesnikov, o izboljšanju dihanja zraka pri primitivnih četrtinah ali o specializiranih novostih v teleostih rib, ne omenjamo posledic podvajanja genomov v prednikih teleostih rib (glej JS Taylor in sod., 2001. Primerjalna genomika zagotavlja dokaze za ribe

In znanstveniki z univerze Uppsala (Švedska) in pekinškega inštituta za vretenčarje paleontologije in paleoantropologije kitajske akademije znanosti so se z uporabo teh podatkov ukvarjali z vprašanjem izvora zobne sklenine na vretenčarjih. Glavni adut te študije je bila kombinacija informacij o genetiki s podatki o fosilnih starodavnih ribah. S pomočjo takšne sindikata je očitno že dolgo rešeno vprašanje dolgotrajnega vprašanja primerjalne anatomije o homologiji zob, lusk in strukturnih struktur v ribah in vretenčarjih.

Iz primerjalne anatomije so znanstveniki imeli naslednje podatke:

  • Zemeljski tetrapodi (tetrapodi) imajo zobje na čeljusti, v katerih je dentinska podlaga prevlečena s težkim emajlom.
  • Enaka emajl, ki prekriva dentinovo plast, je prisotna tudi v ribah finih plavutih. Imajo tudi emajl v celostnih strukturah (pokrivne zobe lusk in pokrivne kosti glave).
  • Primitivni poliperji in kapice, namesto emajla, imajo v svojih lestvicah ganoin (glej: Ganoin) – emajlasto spojino, vendar je še vedno izvrsten. Njihovi čeljusti na vrhu so prekriti z akrodinskim emajlastim slojem.
  • Eden najstarejših žarknih rib, Devonian Cheirolepisne najdemo niti emajla niti ganoina na čeljusti in strukturah kože.
  • V koščkih in hrustančih ribah prav tako ni pravega emajla v lestvicah, prekrivnih kosteh ali na zobeh. Čeprav so ribje krvavice v svojih placoidnih lestvicah s trni in na zobeh (in zobji zob je derivat tehtnic), je dentin. In kostne ribe na čeljusti imajo tudi anodel podobne tvorbe na osnovi akrodina.

Vse to je shematsko prikazano na sl. 2

Sl. 2 Povzetek podatkov o prisotnosti emajla na zobeh, poškodbah kosti glave in lusk v ribah, kakršne so danes (prikazano črna) in izumrl (siva).Teleosts – koščene ribe, Tetrapods – štirinožne živali, Chondrichthyans – hrustanec ribe. Shema iz obravnavanega člena v Narava

Poleg tega je znano, da se čeljustni zobje in celulozni trni v koži rib položijo in razvijajo na različne načine. Kompleks genov, ki so odgovorni za vzpostavitev in razvoj zobne sklenine na vretenčarjih, je dobro znano, najdemo ga v vseh štirih nogah in zlatih prsih, vendar v kostnih in hrustančih ribah teh genov ni (samo en gen iz tega kompleksa je bil ugotovljen).

Na kateri točki so se zobje zobje začele oblikovati z emajlom? Obstajajo vsaj dve hipotezi o tem rezultatu (slika 3). Po eni izmed njih so placoidne lestvice služile kot referenčna točka, nato se je pojavil ganoin, nato pa akrodin in emajl. In po drugem vidiku, ganoin ni homolog emajla, in njeno oblikovanje poteka vzporedno z emajlom. V tem zadnjem primeru zobje in ganoidne lestvice rakovih ščita niso homologne tistim ribam, ki so fino plavuti.

Sl. 3 Hipoteze o izvoru zob. A1 – izvirajo iz kožnih zob, postopoma se premikajo s površine v orofaringealno votlino. A2 – enako, vendar ob upoštevanju potrebnega združevanja notranjih mezno endodermnih tkiv z zunanjimi ektodermskimi formacijami. V – čeljustni zobci so endodermnega izvora, so bili prestavljeni z notranje strani na zunanjo stran čeljusti in nimajo nobene zveze z kožnimi ektodermskimi trni. Slika iz članka G. J. Fraserja in sod., 2010. Eksplozija Odontode:

Kaj lahko dodate k rešitvi tega "hipotetičnega" spora genom karapa? Izkazalo se je, da ima lupina ščuka skoraj celoten sklop genov, ki so odgovorni za izdelavo tetrapodov zobnih emajlov. Od celotnega kompleksa manjka le en gen, AMEL, ki je odgovoren za proizvodnjo ekstracelularne matrice ameloblastov (celice, odgovorne za izdelavo emajla na stopnji nastajanja zoba, glej: Ameloblast), na katerem je deponirana površinska plast emajla. Ti geni so izraženi v koži školjke, ne v zobeh. S tega vidika se zdi, da je analogija emajla z ganoinom v oklepnih oklepajih utemeljena. Če so geni, ki tvorijo čelne čeljusti tetrapodov, najdeni tudi v primitivnih teleostih ribah (oklepnih piščancih) in v karpidi (lateksu), nastajanje zobne sklenine in s tem zobci tetrapodov, so se pojavili nekje med skupnimi predniki carpida in žarečih žarkov . Kožni zobje na tej evolucijski poti so se izkazali za homologne zobnih zob.

Fosilni ostanki primitivnih rib so dobro potrdili to hipotezo in pomagali obnoviti ključne trenutke nastanka zob. Da bi to naredili, je bilo potrebno preoblikovati ribe, ki jih je izrezalo silurijski žarek. Lophosteus in Andreolepis iz Švedske (glej: H. Botella in sod., 2007. Čeljusti in koščene ribe) in devonske Psarolepis iz Kitajske. Nekateri primerki teh fosilnih vrst imajo dobro ohranjene celostne kosti, tehtnice in zobe. Imam Lophosteus Na zobeh in lestvicah ni emaela. Imam Andreolepis Emajl se nahaja v lestvicah, vendar ne v celostnih kosteh glave in zob. Imam Psarolepis Emajl se nahaja v lestvicah in v epitelnih kosteh, vendar ne na zobeh. Zanimivo, kaj imajo Psarolepis spodnja čeljust ima zobe brez emajla, vendar jih spremljajo tudi številni majhni izrastki celične kosti, in ta vrsta majhnih zob je prekrita z emajlom (slika 4).

Sl. 4 Fragment spodnje čeljusti Psarolepis z zobmi na celostni kosti, prekriti z emajlom. Dolžina lestvice 5 mm. Fotografije iz članka v razpravi Narava

Vsi ti podatki kažejo, da se je v primitivnih ribah, ki jih obdajajo ribe (slika 5), ​​začeli nastajati kompleksi genov, ki so zagotavljali trdoto zaščitnih struktur dentina. Sprva so ti geni delali v koži, ki so bili oblikovani kot pokrovček emajla le na lestvicah, nato pa v celuloznih kosteh na glavi.Zato, kot pišejo raziskovalci, ni presenetljivo, da je fosil Andreolepis Emajl je bil najden le na lestvicah (zaradi tega je bilo prej verjeti, da so kosti glave in lestvice – in jih najdemo v ločenem stanju – pripadajo različnim ribam). Na naslednji stopnji se je v ustni votlini na čeljusti zob začelo izražati kompleks genov, ki so oblikovali emajl. Akrodin se je pojavil v liniji koščenih rib. Ta shema logično povezuje fosilne podatke z genskimi podatki.

Sl. 5 Shema tvorbe zobne sklenine v štirivočih. Svetlo siva – kožne strukture brez emajla, temno siva – celostne kosti brez sklenine, modra – strukture kože z emajlom, modra – celostne kosti z emajlom, rdeča – čeljustni zobje z emajlom, črna barva – čeljustni zobje brez sklenine, zelena barva – akrodin, bela zvezda – Vitrodentin, ne homologen emajl. Shema obravnavanega članka v Narava

Še vedno obstajajo številna vprašanja o molekularnih mehanizmih nastajanja emajlov, akrina in ganoina. Čeprav je jasno, da so v bistvu blizu drug drugemu in zahtevajo vključitev nekaterih dodatnih regulatorjev. Toda na tak ali drugačen način, kot poudarjajo avtorji dela, se je potovanje zobne sklenine začelo s pokrivnimi lestvicami telesa in sploh ne v ustni votlini.Na tej evolucijski poti je emajl presegel dve topološki pregradi: najprej je prešel iz telesa v glavo, nato pa s površine glave v notranjost ustne votline.

Vir: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu in Per Erik Ahlberg. Izvor podatkov o emajlu Narava. Objavljeno na spletu 23. septembra 2015. DOI: 10.1038 / nature15259.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

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