Sjældne fossile tænder vælter langvarige synspunkter om udviklingen af ​​hvirveldyr

Et internationalt team af forskere har opdaget 439 millioner år gamle rester af en tandfisk, der tyder på, at forfædrene til moderne osteichthyans (stråle- og lappfinnede fisk) og chondrichthyans (hajer og rokker) opstod meget tidligere end tidligere antaget.

Relaterede resultater blev offentliggjort i Nature den 28. september.

Et fjerntliggende sted i Guizhou-provinsen i det sydlige Kina, der indeholder sekvenser af sedimentære lag fra den fjerne siluriske periode (omkring 445 til 420 millioner år siden), har produceret spektakulære fossilfund, herunder isolerede tænder identificeret som tilhørende en ny art (Qianodus duplicis) af primitive kæbede hvirveldyr. Opkaldt efter det gamle navn for nutidens Guizhou, besad Qianodus ejendommelige spirallignende tandelementer, der bærer flere generationer af tænder, som blev tilføjet gennem hele dyrets liv.

Tandspiralerne (eller hvirvlerne) af Qianodus viste sig at være et af de mindst almindelige fossiler, der blev fundet fra stedet. De er små grundstoffer, der sjældent når 2,5 mm og som sådan skulle studeres under forstørrelse med synligt lys og røntgenstråling.

Et iøjnefaldende træk ved hvirvlerne er, at de indeholdt et par tandrækker sat ind i et hævet medialområde af hvirvlens base. Disse såkaldte primære tænder viser en trinvis stigning i størrelse mod den indre (linguale) del af hvirvlen. Det, der gør hvirvlerne på Qianodus usædvanlige i sammenligning med andre hvirveldyrs hvirvler, er den klare forskydning mellem de to primære tandrækker. Et lignende arrangement af tilstødende tandrækker ses også i tandstenene hos nogle moderne hajer, men er ikke tidligere blevet identificeret i tandhvirvlerne hos fossile arter.

Opdagelsen indikerer, at de velkendte kæbede hvirveldyrgrupper fra den såkaldte "fiskenes tidsalder" (420 til 460 millioner år siden) allerede blev etableret omkring 20 millioner år tidligere.

"Qianodus giver os det første håndgribelige bevis for tænder og i forlængelse heraf kæber fra denne kritiske tidlige periode med hvirveldyrs evolution," sagde Li Qiang fra Qujing Normal University.

I modsætning til moderne hajers kontinuerligt fældende tænder, mener forskerne, at tandhvirvlerne fra Qianodus blev holdt i munden og steg i størrelse, efterhånden som dyret voksede. Denne fortolkning forklarer den gradvise udvidelse af erstatningstænder og udvidelsen af ​​hvirvelbasen som en reaktion på den kontinuerlige stigning i kæbestørrelsen under udviklingen.

For forskerne var nøglen til at rekonstruere væksten af ​​hvirvlerne to eksemplarer på et tidligt stadie af dannelsen, let identificeret ved deres mærkbart mindre størrelser og færre tænder. En sammenligning med de mere talrige modne hvirvler gav palæontologerne en sjælden indsigt i udviklingsmekanikken ved tidlige hvirveldyrs tandsæt. Disse observationer tyder på, at primære tænder var de første, der blev dannet, mens tilføjelsen af ​​de laterale (tilbehør) hvirveltænder fandt sted senere i udviklingen.

"På trods af deres ejendommeligheder er tandhvirvler faktisk blevet rapporteret i mange uddøde chondrichthyan og osteichthyan slægter," sagde Plamen Andreev, hovedforfatter af undersøgelsen. "Nogle af de tidlige chondrichthyanere byggede endda deres tandsæt udelukkende fra tætsiddende hvirvler."

Forskerne hævder, at dette også var tilfældet for Qianodus. De kom med denne konklusion efter at have undersøgt de små (1-2 mm lange) hvirvler af den nye art med synkrotronstråling - en CT-scanningsproces, der bruger højenergi røntgenstråler fra en partikelaccelerator.

"Vi var forbavsede over at opdage, at tandrækkerne af hvirvlerne har en tydelig venstre eller højre forskydning, hvilket indikerer positioner på modstående kæberami," sagde prof. Zhu Min fra Institut for hvirveldyrpaleontologi og palæoantropologi ved det kinesiske videnskabsakademi.

Disse observationer understøttes af et fylogenetisk træ, der identificerer Qianodus som en nær slægtning til uddøde chondrichthyan-grupper med hvirvelbaserede tandsæt.

"Vores reviderede tidslinje for oprindelsen af ​​de store grupper af kæbede hvirveldyr stemmer overens med synspunktet om, at deres oprindelige diversificering fandt sted i det tidlige silurium," sagde prof. Zhu.

Opdagelsen af ​​Qianodus giver håndgribelige beviser for eksistensen af ​​tandede hvirveldyr og hajlignende tandmønstre, der er titusioner af år tidligere end tidligere antaget. Den fylogenetiske analyse, der præsenteres i undersøgelsen, identificerer Qianodus som en primitiv chondrichthyan, hvilket antyder, at kæbefisk allerede var ret forskelligartede i Nedre Silur og dukkede op kort efter udviklingen af ​​skeletmineralisering i forfædres slægter af kæbeløse hvirveldyr.

"Dette sætter spørgsmålstegn ved de nuværende evolutionære modeller for fremkomsten af ​​vigtige hvirveldyr-innovationer såsom tænder, kæber og parrede vedhæng," sagde Ivan Sansom, en medforfatter af undersøgelsen fra University of Birmingham. + Udforsk yderligere

Uafhængig evolutionær oprindelse af hvirveldyrs tandsæt ifølge seneste undersøgelse