Jurassic fossil viser, hvordan tidlige pattedyr kunne sluge som deres moderne efterkommere

Det 165 millioner år gamle fossil af Mikrodocodon gracilis , en lille, spidsmus-lignende dyr, viser det tidligste eksempel på moderne hyoidknogler i pattedyrs evolution.

Hyoidknoglerne forbinder bagsiden af ​​munden, eller svælget, til åbningerne i spiserøret og strubehovedet. Hyoiderne af moderne pattedyr, inklusive mennesker, er arrangeret i en "U"-form, ligner sadelsædet til børns gynge, ophængt af ledsegmenter fra kraniet. Det hjælper os med at transportere og sluge tygget mad og væske – en afgørende funktion, som vores levebrød afhænger af.

Pattedyr som helhed er langt mere sofistikerede end andre levende hvirveldyr til at tygge mad op og sluge den en lille klump ad gangen, i stedet for at sluge enorme bid eller hele byttedyr som en alligator.

"Pattedyr er blevet så forskellige i dag gennem udviklingen af ​​forskellige måder at tygge deres mad på, vejr er det insekter, orme, kød, eller planter. Men uanset hvor forskelligt pattedyr kan tygge, de skal alle sluge på samme måde, " sagde Zhe-Xi Luo, Ph.D., en professor i organismebiologi og anatomi ved University of Chicago og seniorforfatter til en ny undersøgelse af fossilet, udgivet i denne uge i Videnskab .

"I bund og grund, den specialiserede måde for pattedyr at tygge og derefter synke på er alle muliggjort af de adrætte hyoideknogler bagerst i halsen, " sagde Luo.

'En uberørt, smukt fossil'

Dette moderne hyoid-apparat er mobilt og giver halsmusklerne mulighed for at kontrollere de indviklede funktioner til at transportere og sluge tygget mad eller drikkevæsker. Andre hvirveldyr har også hyoidknogler, men deres hyoider er enkle og stavlignende, uden bevægelige led mellem segmenter. De kan kun sluge maden hele eller i store bidder.

Hvornår og hvordan denne unikke hyoidstruktur først dukkede op hos pattedyr, imidlertid, har længe været på tale blandt palæontologer. I 2014 Chang-Fu Zhou, Ph.D., fra det palæontologiske museum i Liaoning i Kina, hovedforfatteren af ​​den nye undersøgelse, fundet et nyt fossil af Mikrodocodon bevaret med sarte hyoidknogler på det berømte Jurassic Daohugou-sted i det nordøstlige Kina. Kort efter, Luo og Thomas Martin fra universitetet i Bonn, Tyskland, mødtes med Zhou i Kina for at studere fossilet.

"Det er en uberørt, smukt fossil. Jeg var forbløffet over den udsøgte bevarelse af dette lille fossil ved første øjekast. Vi fik en fornemmelse af, at det var usædvanligt, men vi undrede os over, hvad der var usædvanligt ved det, " sagde Luo. "Efter at have taget detaljerede fotografier og undersøgt fossilet under et mikroskop, det gik op for os, at dette Jurassic-dyr har bittesmå hyoideknogler, som ligner moderne pattedyrs."

Denne nye indsigt gav Luo og hans kolleger tilføjet kontekst til, hvordan man studerer det nye fossil. Mikrodocodon er en dokodont, fra en uddød afstamning af nære slægtninge til pattedyr fra den mesozoiske æra kaldet mammaliaforms. Tidligere, palæontologer forudså, at hyoider som denne måtte være der i alle disse tidlige pattedyr, men det var svært at identificere de sarte knogler. Efter at have fundet dem Mikrodocodon , Luo og hans samarbejdspartnere har siden fundet lignende fossiliserede hyoidstrukturer i andre mesozoiske pattedyr.

"Nu er vi for første gang i stand til at tage fat på, hvordan den afgørende funktion til at synke udviklede sig blandt tidlige pattedyr fra fossiloptegnelsen, " sagde Luo. "De små hyoider af Mikrodocodon er en stor milepæl for at fortolke udviklingen af ​​pattedyrs fodringsfunktion."

Ny indsigt i pattedyrs evolution som helhed

Luo arbejdede også med postdoc Bhart-Anjan Bhullar, Ph.D., nu på fakultetet på Yale University, og April Neander, en videnskabelig kunstner og ekspert i CT-visualisering af fossiler ved UChicago, at studere casts af Mikrodocodon og rekonstruere, hvordan det levede.

Kæben og mellemøret hos moderne pattedyr er udviklet fra (eller omkring) den første svælgbue, strukturer i et hvirveldyrs embryo, der udvikler sig til andre genkendelige knogler og væv. I mellemtiden hyoiderne udvikles adskilt fra den anden og den tredje svælgbue. Mikrodocodon har et primitivt mellemøre stadig fastgjort til kæben som hos andre tidlige pattedyr som cynodonter, hvilket er ulig moderne pattedyrs øre. Alligevel er dens hyoider allerede ligesom moderne pattedyrs.

"Hyoider og øreknogler er alle derivater af det oprindelige hvirveldyrs mund og gælleskelettet, som vores tidligste fiskelignende forfædre fodrede og åndede med, " sagde Bhullar. "De led, mobil hyoid af Mikrodocodon sameksisterer med et arkaisk mellemøre - stadig knyttet til underkæben. Derfor, bygningen af ​​det moderne pattedyr indebar seriel genbrug af et virkelig gammelt system."

Den lille, spidsmus-lignende væsen vejede sandsynligvis kun 5 til 9 gram, med en slank krop, og en usædvanlig lang hale. Dimensionerne af dens lemknogler stemmer overens med de moderne træboere.

"Dens lemknogler er så tynde som tændstik, og alligevel levede dette lille mesozoiske pattedyr stadig et aktivt liv i træer, " sagde Neander.

De fossile senge, der gav efter Mikrodocodon er dateret 164 til 166 millioner år gamle. Mikrodocodon eksisterede sammen med andre docodonter som den semakvatiske Castorocauda, den underjordiske Docofossor, træboligen Agilodocodon , samt nogle pattedyrformede svævefly.