L'évolution est l'un des processus les plus importants de la vie de tout organisme sur terre. Parmi les espèces modernes de la planète Terre, seul un petit pourcentage a abandonné l'évolution il y a plusieurs millions d'années, la plupart ont changé tout ce temps et continuent de changer. En matière de développement et d'histoire de notre espèce, une grande attention a été portée à l'intellect, à la structure de la main, qui nous permet de tenir les outils de travail entre nos mains, à la posture droite, etc. Cependant, la question se posait rarement, où avons-nous eu une telle mâchoire? Des scientifiques de l'Université d'Uppsala (Uppsala, Suède) et de l'ESRF (accélérateur de particules à Grenoble, France) ont décidé de mener une étude sur les fossiles pour découvrir l'origine évolutive de la mâchoire des vertébrés. Quelles ont été les difficultés de l'étude, quelles méthodes ont été utilisées et quelles nouveautés les scientifiques ont-ils apprises? Leur rapport nous en parlera. Aller.
Base de recherche
Rappelez-vous comment nous avons arraché des dents de lait dans notre enfance. Parfois, il était nécessaire de consulter un terrible dentiste, parfois un fil et une porte suffisaient, et parfois une dent bancale agaçante tombait d'elle-même. Indépendamment de la méthode pour se débarrasser des dents de lait, son essence est la même: la «vieille» dent fait place à la «nouvelle». Ceci est inhérent à de nombreuses espèces d'animaux, mais le mécanisme de ce processus est différent.
Dunkleosteus est l'un des représentants les plus célèbres des Arthrodiriformes.
Revenons au passé, 300 à 400 millions de dollars en arrière. À cette époque, il n'y avait pas encore de requins, mais l'océan mondial était habité par d'autres prédateurs - les Arthrodiriformes . Les Arthrodiras sont un groupe de vertébrés éteints de la classe des placodermes.
L'un des types d'arthrodir les plus connus et les plus étudiés est le dunkleosteas (Dunkleosteus ), qui vivait sur la planète il y a 415-360 millions d'années. À une époque, cette espèce était le plus grand prédateur (4,5 à 6 m de long), bien que cette affirmation soit très incertaine, car la plupart des fossiles étudiés sont des fragments, selon lesquels il est très difficile de déterminer la taille exacte.
Le documentaire "Préhistoric Predators", qui raconte aussi Dunkleosteus.
Mais ce n'est pas la taille qui distingue ces créatures de leurs contemporains, mais la méthode de chasse, ou plutôt l'outil - la mâchoire. Les Dunkleosteus n'étaient pas les premiers à avoir des mâchoires, mais leur variante était bien développée et adaptée au mode de vie et aux préférences gastronomiques de Dunkleosteus. Au lieu de dents, au sens moderne du terme, ces prédateurs avaient de grandes plaques osseuses. La force de la mâchoire était d'environ 5 MPa (comme celle de l'alligator du Mississippi) et la vitesse d'ouverture était de 1/50 de seconde, ce qui permettait au prédateur d'aspirer littéralement sa proie.
Les représentants de l'arthrodir, y compris le dunkleostea, étaient plus souvent que d'autres l'objet d'étude des poissons anciens, ainsi que de leur anatomie. Cependant, afin de comprendre tout le chemin évolutif de la mâchoire, il est nécessaire d'en considérer une version encore plus ancienne. Par conséquent, les scientifiques ont décidé d'étudier les fossiles d' Acanthothoraci - un autre groupe précoce de poissons, considéré comme plus primitif que les arthrodiras et étroitement lié aux tout premiers vertébrés de la mâchoire. Mais l'étude des fossiles d' Acanthothoraci pose le même problème que l'étude des Arthrodiriformes - le manque de fossiles et leur nature fragmentée.
Le meilleur échantillon à étudier a été trouvé il y a environ 100 ans en République tchèque. Auparavant, il était extrêmement difficile de l'étudier, car les os étaient presque complètement scellés dans la roche et sa destruction entraînerait des dommages à l'échantillon.
Extérieur du complexe de recherche de l'ESRF.
Mais au cours des cent ans qui se sont écoulés depuis la découverte de cet échantillon, beaucoup de choses ont changé. Par exemple, en 1994, le complexe de recherche de l'ESRF a été construit avec un synchrotron de 844,4 m de long. Ce miracle de la science moderne produit de puissants rayons X qui peuvent être utilisés pour le balayage non destructif de la matière, y compris pour l'étude des fossiles fossiles.
Comme le notent les auteurs de l'étude, le groupe souche Osteichtyens (poissons osseux) et la plupart des Chondrichtyens(poissons cartilagineux) ont des dents en spirale disposées transversalement, tandis que le groupe de couronne Osteichtyans a une dentition longitudinale (schéma ci-dessous).
Image # 1: RĂ©partition des types de dentition parmi les dents maxillaires.
Dans l'arthrodir, de nouvelles dents sont ajoutées en rangées divergentes de la dent prédécesseur ou de la région prédécesseur. Le nombre de rangées varie considérablement et la disposition des rangées supplémentaires peut être à la fois labiale (en saillie) et linguale douze (vers l'intérieur) ou longitudinale.
Découvertes récentes des mâchoires cornées marginales et de l'anatomie arthrodyrale du corps dans Entelognathus (423–416 Mya) et Qilinyu (419 Mya) a conduit à la théorie de l'évolution de la mâchoire, dans laquelle ces deux genres forment un pont entre les formes de mâchoires arthrodirales et les mâchoires osseuses des poissons.
* Mya - il y a des millions d'années.Cependant, la dentition d'Entelognathus et de Qilinyu est encore mal connue.
Dans ce travail, les scientifiques ont présenté les résultats d'une étude de la dentition de Radotina , Kosoraspis , Tlamaspis (République tchèque) et le seul échantillon de la dentition Acanthothoraci (CPW.9 / Archipel arctique canadien).
RĂ©sultats de recherche
Le mécanisme pour ajouter des dents à la rangée CPW.9, qui comprend une paire de plaques supragnatales sur le museau, a été précédemment décrit comme concentrique. En conséquence, une tessera dermique détachée (en forme d' écaille ) avec des odontodes * positionnées concentriquement de la même formation a conduit à une mauvaise interprétation de l'échantillon comme le maxillaire Acanthothoraci .
Les odontodes * (dents cornées) sont des formations cutanées cornées chez certaines espèces de vertébrés.La réanalyse des images CPW.9 par tomographie par micro-ordinateur (micro-CT) montre que les plaques dentaires supérieures sont situées labialement par rapport à la plaque de la cornée prémédiale. Par conséquent, l'ajout de dents est radial à partir de la base de la zone de la lèvre et non sur la lèvre elle-même. Au lieu de cela, les petites dents les plus anciennes sont envahies par de plus grandes dents cornées, comme observé dans le groupe de tige Andreolepis .
La microscopie à contraste de phase a permis aux scientifiques de découvrir une dentition jusqu'alors inexplorée à Radotina , Kosoraspis et Tlamaspis . Ils sont tous très différents de CPW.9.
Image # 2: la structure de la mâchoire de Radotina tesselata. Structure des
dents Radotina(images ci-dessus) se compose de quatre rangées situées sur la surface ventrale de la grande pommette cornée attachée à la surface extérieure du carré de la tente (composante dorsale de la mandibule).
Ce bord ventral forme une rainure longitudinale avec des dents du côté labial, et des rangées de rainures vasculaires sont situées sur la partie inférieure de la rainure. Ainsi, la dentition est uniquement marginale, située à l'intérieur du bord de la mâchoire, mais à l'extérieur du carré de tente ( 2C ), et est séparée de la partie externe de la joue par un bord labial clair de l'os exposé. Des rangées de dents sont ajoutées lingualement (par rapport à la langue) et un gradient de minéralisation prononcé est observé des dents les plus anciennes aux plus jeunes. Les dents ont une forme de lame allongée en forme d'étoile ( 2E). La forme de ces dents est similaire à la forme des odontodes marginales sur la tesselle des joues. Cependant, contrairement à ces odontodes, les dents sont fusionnées en rangées en utilisant un tissu conjonctif basal séparé.
Aucun signe de résorption ou de remplacement dentaire n'a été trouvé. Cependant, une dent cassée dans la rangée linguale elle-même est clairement passée par le processus de restauration avec la formation d'une nouvelle couronne dans la zone endommagée.
Kosoraspis et Tlamaspis ont plusieurs mâchoires courtes et cornées sur lesquelles se trouvent les dents. Ils varient en longueur et en forme selon leur position, mais tous sont associés à un plastron. Chez Kosoraspisla plaque faciale porte des odontodes en forme de dents, qui se fondent en dents pointues sur la plaque buccale, formant des rangées en spirale obliquement transversales. Ils diffèrent par la forme des odontodes en forme d'étoile sur la joue.
Image n ° 3: la structure de la mâchoire de Kosoraspis peckai.
Les odontodes et les dents sont composées de dentine palliale, tandis que la dentine circumpulpienne, qui remplit la cavité pulpaire des dents matures, est un tissu dentinaire tubulaire (en forme de tube) avec moins d'espaces cellulaires.
Et voici la façade de Tlamaspisla plupart du temps labialement découvert, à l'exception de deux ou trois rangées de tubercules, qui fusionnent brusquement en une rangée de dents coniques, délimité lingualement par une crête édentée. Cela ressemble aux os de la mâchoire marginale d'un groupe de la couronne de poissons osseux, bien que les dents ne soient pas perdues ou remplacées.
Image # 4: Structure de la mâchoire de Tlamaspis inopinatus.
Compte tenu de l'analyse phylogénétique, les Acanthothoraci sont séparés du nœud du groupe de la mâchoire par quatre nœuds intermédiaires, c'est-à -dire quatre étapes intermédiaires de l'évolution. Cependant, il existe une nette similitude entre la dentition de l' Acanthothoraci et celle du poisson osseux.
Il est à noter que plusieurs mâchoires courtes et cornées similaires à celles de Kosoraspis et Tlamaspis, sont présents chez Lophosteus (un genre éteint de poissons osseux préhistoriques). La structure des joues de Kosoraspis ressemble également fortement à celle des poissons osseux primitifs.
Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de vous pencher sur le rapport des scientifiques .
Épilogue
Les mâchoires ci-dessus de différents types ont beaucoup en commun, malgré la variété apparente de caractéristiques externes, qui sont dues à des aspects fonctionnels.
Sur le plan fonctionnel, la dentition CPW.9 semble adaptée à l'écrasement, la dentition Radotina est adaptée à la coupe, et Kosoraspis et Tlamaspis sont adaptés à différents styles de prise et de perçage des proies.
D'un point de vue architectural, la différence la plus frappante a été trouvée entre la Radotina, qui a des dents qui ressemblent à des odontodes ornementales et sont attachées à la plaque buccale, et trois autres taxons, chacun avec des mâchoires cornées séparées et des dents qui ne ressemblent pas à leur ornement cornu.
Si nous comparons la dentition d'Acanthothoraci etArthrodira , il existe des différences significatives. Comme les requins, les poissons osseux et les animaux terrestres, Acanthothoraci a ajouté de nouvelles dents exclusivement à l'intérieur: les dents les plus anciennes sont situées au bord de la mâchoire.
Les os sur lesquels se trouvent les dents portent également de petits éléments dentinaires de la peau sur leurs surfaces externes, caractéristiques des poissons osseux primitifs, mais pas d' Arthrodira . Ce trait distinctif est extrêmement important car il montre que les os de la mâchoire Acanthothoraci étaient situés directement au bord de la bouche, tandis que ceux de la mâchoire d'Arthrodira étaient plus profonds.
Il est également surprenant qu'un représentant d' Acanthothoraci , à savoir Kosoraspis, il y a une transition progressive de ces éléments dentinaires vers les vraies dents adjacentes. D'autre part , les vraies dents de Radotina sont presque identiques à ses éléments cutanés dentinaires.
De telles découvertes peuvent indiquer que de vraies dents se sont formées récemment à partir d'éléments de dentine sur la peau.
Par conséquent, Acanthothoraci , bien qu'ils soient un genre plus ancien et primitif de vertébrés de la mâchoire, ce sont leurs dents qui ressemblent à bien des égards aux dents modernes, contrairement aux Arthrodira plus développées .
L'évolution est un processus très compliqué qui peut difficilement être qualifié de linéaire ou de prévisible. Le développement des mâchoires et des dents en est une confirmation claire.
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