Men răng bốn chân xuất hiện trên vảy cá cổ đại • Elena Naimark • Tin khoa học về “Yếu tố” • Tiến hóa, Di truyền học, Ichthyology

Răng men bốn chân xuất hiện trên vảy cá cổ

Hình 1. Đốm Carapace Pike (Lepisosteus oculatus), cư dân của các vùng nước ngọt của Bắc Mỹ, có một số đặc điểm nguyên thủy. Việc giải mã bộ gen của nó đã giúp thiết lập nguồn gốc men răng trong các động vật có xương sống trên cạn. Ảnh từ primitivefishes.com

Men răng là mô khó nhất ở động vật. Sự xuất hiện và hình thành của nó ở tứ giác trên mặt đất vẫn là một câu hỏi chưa được giải quyết nghiêm túc về giải phẫu so sánh. Dữ liệu mới về bộ gen của loài giáp xác nguyên thủy và thông tin tổng quát về sự phân bố men răng trên vảy, xương và răng của cá hiện đại và hóa thạch đã làm cho nó có thể tìm ra giai đoạn đầu của sự xuất hiện của nó. Có thể chứng minh rằng nguồn gốc của men răng có liên quan đến vảy da của các loài cá vây cổ xưa nhất.

Cách đây không lâu, bộ gen của vỏ potted đốm đã được xuất bản (Lepisosteus oculatuscơm 1), một trong những đại diện cơ bản của cá xương (trên thực tế, con cá này không phải là pike, nhưng chỉ một chút giống nó). Ngoài pike-vỏ pike chính nó, thứ tự Pantsirnikov (Lepisosteiformes) bao gồm sáu loài cá hiện đại và khoảng mười tuyệt chủng; họ tạo thành một nhóm chị em liên quan đến phần còn lại của cá xương. Tất cả chúng đều được đặc trưng bởi một tập hợp các đặc điểm nguyên thủy tương đối: vảy xám,van xoắn ốc trong ruột, bàng quang bơi được sử dụng như phổi, đuôi dị tật.

Do đó, có một chuỗi ADN của cây carapace pike, các nhà khoa học đã có thể giải quyết được một số vấn đề thú vị liên quan đến sự tiến hóa của cá. Ví dụ, câu hỏi về sự hình thành vây cá và chân tứ bốn chân, để cải thiện hơi thở trong tứ giác nguyên thủy, hoặc về những cải tiến chuyên biệt trong cá teleost, chưa kể đến hậu quả của sự sao chép bộ gen trong tổ tiên của cá teleost (xem: JS Taylor et al., 2001). So sánh genomics cung cấp bằng chứng cho cá

Và các nhà khoa học từ Đại học Uppsala (Thụy Điển) và Viện cổ sinh vật học cổ sinh vật học Bắc Kinh và Paleoanthropology của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, sử dụng dữ liệu này, giải quyết vấn đề nguồn gốc men răng của động vật có xương sống. Thẻ bài chủ yếu của nghiên cứu này là sự kết hợp thông tin về di truyền học với dữ liệu về cá cổ hóa thạch. Với sự giúp đỡ của một công đoàn như vậy, câu hỏi lâu dài về giải phẫu so sánh về sự tương đồng của răng, vảy và cấu trúc integumentary trong cá và động vật có xương sống, rõ ràng, đã được giải quyết.

Từ giải phẫu so sánh, các nhà khoa học đã có thông tin sau:

  • Các tetrapod trên cạn (tetrapods) có hàm răng trên hàm, trong đó cơ sở răng giả được phủ lớp men nặng.
  • Cùng một lớp men bao phủ lớp ngà cũng có mặt ở cá vây. Họ có men cũng có mặt trong các cấu trúc integumentary (răng bao gồm các vảy và trong xương bao gồm của người đứng đầu).
  • Polyme nguyên thủy và carapaces, thay vì men, có ganoin trong quy mô của họ (xem: Ganoine) – các hợp chất giống như men, nhưng vẫn còn xuất sắc từ nó. Hàm răng hàm trên đầu được phủ lớp giống như men acrodine.
  • Một trong những loài cá vây cổ xưa nhất, Devonian Cheirolepiskhông phải men và ganoin trên hàm răng và cấu trúc da đã được tìm thấy.
  • Trong các loài cá xương và sụn, cũng không có men thực sự nào trong vảy và xương bao phủ, hoặc trên răng. Mặc dù cá sụn trong vảy placoid với gai và răng (và răng cá mập là một dẫn xuất của vảy) có hàm răng giả. Và cá xương trên hàm cũng có hình dạng giống như men acrodin.

Tất cả điều này được thể hiện trong hình. 2

Hình 2 Một bản tóm tắt các dữ liệu về sự hiện diện của men răng, xương integumentary của người đứng đầu và quy mô trong cá như họ là ngày hôm nay (hiển thị màu đen) và tuyệt chủng (màu xám).Teleosts – cá bony, Tetrapods – động vật bốn chân, Chondrichthyans – cá sụn. Thiên nhiên

Ngoài ra, nó được biết rằng răng hàm và gai integumentary trong da cá được đặt và phát triển theo những cách khác nhau. Sự phức tạp của các gen chịu trách nhiệm cho sự hình thành và phát triển men răng ở động vật có xương sống được biết đến, nó được tìm thấy ở tất cả các loài chim bốn chân và vàng, nhưng trong cá xương và sụn không có những gen này (chỉ có một gen từ phức hợp này được tìm thấy).

Tại thời điểm nào răng đã được làm từ răng bốn chân bắt đầu hình thành với men răng? Có ít nhất hai giả thuyết về điểm số này (Hình 3). Theo một trong số họ, vảy placoid được dùng như một điểm tham chiếu, sau đó ganoin xuất hiện, và sau đó là acrodine và men. Và theo một quan điểm khác, ganoin không phải là một tương đồng của men, và sự hình thành của nó được tiến hành song song với men. Trong trường hợp thứ hai này, răng và vảy của vảy giáp xác không tương đồng với cá vây vây.

Hình 3 Giả thuyết về nguồn gốc của răng. A1 – chúng có nguồn gốc từ răng da, di chuyển dần từ bề mặt vào khoang họng. A2 – tương tự, nhưng có tính đến sự hợp nhất cần thiết của các mô nội mô meso nội mạc với các thành tạo ngoài da. Trong – hàm răng có nguồn gốc nội bì, chúng được dịch chuyển từ bên trong sang bên ngoài của hàm và không có liên quan đến gai trên da. Hình từ một bài báo của G. J. Fraser et al., 2010. The Explosion Odontode:

Điều gì có thể thêm vào độ phân giải của cuộc tranh luận "giả thiết" này về bộ gen của carapace? Khi nó bật ra, vỏ vỏ có gần như toàn bộ các gen chịu trách nhiệm cho việc sản xuất tetrapods men răng. Trong toàn bộ phức tạp, chỉ có một gen bị thiếu, AMEL, chịu trách nhiệm sản xuất ma trận ngoại bào của ameloblasts (các tế bào chịu trách nhiệm sản xuất men ở giai đoạn hình thành răng, xem: Ameloblast), trên đó lớp bề mặt của men được lắng đọng. Những gen này được biểu hiện trên da của vỏ pike chứ không phải trong răng. Từ quan điểm này, sự tương tự của men với ganoin trong vảy áo giáp có vẻ hợp lý. Nếu các gen hình thành răng hàm của tetrapod cũng được tìm thấy trong các loài cá teleost nguyên thủy (peep bọc thép) và carpidae (latex), sự hình thành men răng, và với răng của tetrapods, xảy ra ở đâu đó trong tổ tiên chung của cá chép và vây ray . Răng da trên con đường tiến hóa này hóa ra là tương đồng với răng hàm.

Các hóa thạch còn lại của cá nguyên thủy đã đưa ra một xác nhận tốt về giả thuyết này và giúp tái tạo lại những khoảnh khắc quan trọng của sự hình thành răng. Để làm điều này, nó là cần thiết để đào tạo lại những con cá vây Silurian. LophosteusAndreolepis từ Thụy Điển (xem: H. Botella et al., 2007. Hàm và cá xương) và Devonian Psarolepis từ Trung Quốc. Một số mẫu vật của các loại hóa thạch này đã bảo tồn tốt xương, cân và răng của integumentary. Có Lophosteus không có men răng và vảy. Có Andreolepis Men được tìm thấy trong vảy, nhưng không có trong xương integumentary của đầu và răng. Có Psarolepis Men được tìm thấy trong vảy và trong xương biểu mô, nhưng không phải trên răng. Thú vị những gì có Psarolepis hàm dưới có hàm răng không có men răng, nhưng chúng cũng đi kèm với một số phát triển nhỏ của xương integumentary, và hàng răng nhỏ này được phủ bằng men răng (Hình 4).

Hình 4 Mảnh vỡ của hàm dưới Psarolepis với răng trên xương integumentary phủ bằng men răng. Chiều dài quy mô 5 mm. Ảnh từ bài viết trong cuộc thảo luận Thiên nhiên

Tất cả các dữ liệu này chỉ ra rằng sự phức tạp của các gen, cung cấp độ cứng cho cấu trúc răng giả bảo vệ, bắt đầu hình thành trong cá vây ray nguyên thủy (Hình 5). Ban đầu, những gen này hoạt động trong da, tạo thành một lớp men chỉ trên vảy, sau đó trong các xương integumentary trên đầu.Do đó, khi các nhà nghiên cứu viết, không có gì ngạc nhiên khi hóa thạch Andreolepis Men chỉ được tìm thấy trên vảy (vì điều này, trước đây nó đã tin rằng xương của đầu và vảy – và chúng được tìm thấy ở trạng thái ngắt kết nối – thuộc về các loài cá khác nhau). Ở giai đoạn tiếp theo, sự phức tạp của các gen hình thành men bắt đầu được thể hiện trong khoang miệng trên răng hàm. Akrodin xuất hiện trong dòng cá xương. Đề án này liên kết một cách hợp lý dữ liệu hóa thạch với dữ liệu di truyền.

Hình 5 Đề án hình thành men răng trong bốn chân. Màu xám nhạt – cấu trúc da không có men, màu xám đậm – xương integumentary không men, màu lam – cấu trúc da với men, màu lam – xương integumentary với men, màu đỏ – hàm răng có men răng, màu đen – hàm răng không có men răng, màu xanh lục – acrodin, ngôi sao trắng – Vitrodentin, không phải là men tương đồng. Đề án của bài viết đang được thảo luận trong Thiên nhiên

Vẫn còn rất nhiều câu hỏi về cơ chế phân tử của sự hình thành men, acrodine và ganoin. Trong khi rõ ràng là họ về cơ bản gần nhau và yêu cầu bao gồm một số nhà quản lý bổ sung. Nhưng, theo cách này hay cách khác, như các tác giả của tác phẩm nhấn mạnh, hành trình của men răng bắt đầu với các vảy phủ của cơ thể, và không hề ở trong khoang miệng.Trên con đường tiến hóa này, men vượt qua hai rào cản tôpô: đầu tiên nó truyền từ cơ thể sang đầu, sau đó từ bề mặt đầu vào bên trong khoang miệng.

Nguồn: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu và Per Erik Ahlberg. Nguồn gốc của dữ liệu men răng Thiên nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 23 tháng 9 năm 2015. DOI: 10.1038 / nature15259.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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