Enamel gigi berkaki empat muncul pada skala ikan kuno • Elena Naimark • Berita Sains mengenai "Unsur" • Evolusi, Genetik, Ichthyology

Enam gigi berkaki empat muncul pada skala ikan purba

Rajah. 1. Pokok Carapace Spotted (Lepisosteus oculatus), penduduk badan air tawar Amerika Utara, mempunyai beberapa ciri primitif. Penyahkodan genomnya membantu menubuhkan asal gigi gigi pada vertebrata terestrial. Foto dari primitivefishes.com

Enamel gigi adalah tisu paling sukar pada haiwan. Penampilan dan pembentukannya dalam quadrupeds terestrial kekal sebagai persoalan anatomi komparatif yang tidak dapat diselesaikan. Data baru mengenai genom kepiting krustacean primitif dan maklumat umum tentang pengedaran enamel pada skala, tulang dan gigi ikan moden dan fosil memungkinkan untuk mengetahui peringkat awal kejadiannya. Ia adalah mustahil untuk membuktikan bahawa asal-usul enamel dikaitkan dengan skala kulit yang paling kuno ikan-sirip ikan.

Tidak lama dahulu, genom shell pike yang ditemui telah diterbitkan (Lepisosteus oculatusberas 1), salah satu daripada wakil basal ikan bony (sebenarnya, ikan ini bukan pike, tetapi hanya sedikit menyerupainya). Sebagai tambahan kepada pike-shell pike itu sendiri, pesanan Pantsirnikov (Lepisosteiformes) termasuk enam spesies ikan moden dan sekitar sepuluh pupus; mereka membentuk satu kumpulan saudara yang berkaitan dengan ikan-ikan yang lain. Kesemua mereka dicirikan oleh satu set ciri-ciri yang agak primitif: skala ganoid,injap lingkaran dalam usus, pundi kencing berenang digunakan sebagai paru-paru, ekor heterocercal.

Oleh itu, mempunyai urutan DNA carapace pike, saintis dapat menyelesaikan beberapa isu menarik yang berkaitan dengan evolusi ikan. Sebagai contoh, persoalan tentang pembentukan sirip ikan dan anggota badan empat kali ganda, untuk meningkatkan pernafasan udara dalam quadruped primitif, atau pada inovasi khusus dalam ikan teleost, apatah lagi kesan pertindihan genom dalam nenek moyang ikan teleost (lihat: JS Taylor et al., 2001). Genomik komparatif memberikan bukti untuk ikan;

Dan saintis dari Universiti Uppsala (Sweden) dan Institut Paleontologi Vertebrata dan Paleontanologi Beijing dari Akademi Sains Cina, menggunakan data ini, menangani isu asal gigi gigi haiwan vertebrata. Kad truf utama dalam kajian ini adalah gabungan maklumat tentang genetik dengan data mengenai ikan purba fosil. Dengan bantuan kesatuan itu, persoalan anatomi komparatif mengenai homologi gigi, timbangan dan struktur integumentary dalam ikan dan vertebrata, nampaknya telah diselesaikan.

Dari anatomi perbandingan, saintis mempunyai maklumat berikut:

  • Terrastrial tetrapods (tetrapods) mempunyai gigi pada rahang, di mana asas dentin disalut dengan enamel bertugas berat.
  • Enel yang sama meliputi lapisan dentin juga terdapat di ikan fin sirip. Mereka mempunyai enamel juga terdapat dalam struktur integumentary (gigi penutup skala dan tulang penutup kepala).
  • Polieter primitif dan carapace, bukan enamel, mempunyai ganoin dalam skala mereka (lihat: Ganoine) – sebatian seperti enamel, tetapi masih sangat baik daripadanya. Gigi rahang mereka di atas ditutup dengan lapisan seperti enamel acrodine.
  • Salah satu ikan yang berkaliber sinar, Devonian Cheirolepistidak enamel atau ganoin pada gigi rahang dan struktur kulit didapati.
  • Di dalam tulang tebal dan ikan kartilaginous, tidak ada juga enamel sebenar dalam skala dan tulang integumen atau gigi. Walaupun ikan kartilaginous dalam skala placoid mereka dengan pancang dan gigi (dan gigi jerung adalah derivatif skala) terdapat dentin. Dan ikan rahang pada rahang juga mempunyai pembentukan enamel yang berasaskan acrodin.

Semua ini ditunjukkan secara skematik dalam Rajah. 2

Rajah. 2 Ringkasan data mengenai kehadiran enamel pada gigi, tulang integumentary kepala dan sisik dalam ikan seperti hari ini (ditunjukkan hitam) dan pupus (kelabu).Teleosts – ikan tebal, Tetrapods – haiwan berkaki empat, Chondrichthyans – ikan kartilaginous. Skema dari artikel yang dibincangkan dalam Alam

Di samping itu, diketahui bahawa gigi rahang dan pancang integumen dalam kulit ikan diletakkan dan berkembang dengan cara yang berbeza. Kompleks gen yang bertanggungjawab untuk penubuhan dan perkembangan enamel gigi dalam vertebrata diketahui, terdapat dalam semua burung berkaki empat dan berambut emas, tetapi di dalam tulang dan rawan ikan tidak ada gen ini (hanya satu gen dari kompleks ini dijumpai).

Pada ketika itu, gigi berempat berkulit hitam mula terbentuk dengan enamel? Terdapat sekurang-kurangnya dua hipotesis pada skor ini (Gambarajah 3). Mengikut salah satu daripada mereka, skala placoid berfungsi sebagai titik rujukan, maka ganoin muncul, dan kemudian acrodine dan enamel. Dan mengikut sudut pandangan yang lain, ganoin bukan homolog enamel, dan pembentukannya berjalan selari dengan enamel. Dalam kes terakhir ini, gigi dan skala ganoid crustacean pike tidak homologous kepada ikan sirip sirip.

Rajah. 3 Hipotesis asal gigi. A1 – mereka berasal dari gigi kulit, bergerak secara beransur-ansur dari permukaan ke rongga oropharyngeal. A2 – sama, tetapi dengan mengambil kira gabungan yang diperlukan dalam jaringan meso-endodermal dalaman dengan pembentukan ectodermal luaran. In – gigi rahang berasal dari endodermal, mereka beralih dari bahagian dalam ke bahagian luar rahang dan tidak mempunyai hubungan dengan tulang duri ectodermal. Gambar dari sebuah artikel oleh G. J. Fraser et al., 2010. Letupan Odontode:

Apa yang boleh menambah kepada resolusi "hipotetikal" ini pertikaian genom carapace? Seperti yang ternyata, piket kulit mempunyai hampir seluruh set gen yang bertanggungjawab untuk penghasilan tetrapods enamel gigi. Daripada keseluruhan kompleks, hanya satu gen yang hilang, AMEL, yang bertanggungjawab untuk menghasilkan matriks ekstraselular ameloblas (sel yang bertanggungjawab untuk pengeluaran enamel pada tahap pembentukan gigi, lihat: Ameloblast), di mana lapisan permukaan enamel disimpan. Gen-gen ini dinyatakan dalam kulit cangkerang, bukan di dalam gigi. Dari sudut pandangan ini, analogi enamel dengan ganoin dalam skala perisai kelihatan wajar. Sekiranya gen yang membentuk gigi rahang tetrapod juga terdapat pada ikan teleost primitif (pikes berperisai) dan dalam karpidae (lateks), pembentukan enamel gigi, dan dengannya gigi tetrapods, berlaku di suatu tempat di antara nenek moyang yang sama dengan carpidae dan sinar-sinar . Gigi kulit di jalan evolusi ini menjadi homologus kepada gigi rahang.

Sisa-sisa fosil ikan primitif memberikan pengesahan yang baik tentang hipotesis ini dan membantu untuk membina semula saat-saat penting pembentukan gigi. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk melatih ikan-ikan bersirip Silurian. Lophosteus dan Andreolepis dari Sweden (lihat: H. Botella et al., 2007. Ikan rahang dan tulang belakang) dan Devonian Psarolepis dari China. Sesetengah spesimen spesies fosil ini telah mengekalkan tulang, skala dan gigi. Mempunyai Lophosteus tiada enamel pada gigi dan sisik. Mempunyai Andreolepis Enamel didapati dalam skala, tetapi tidak dalam tulang integumen untuk kepala dan gigi. Mempunyai Psarolepis Enamel didapati dalam skala dan tulang epitel, tetapi tidak pada gigi. Menarik apa yang ada Psarolepis rahang bawah mempunyai gigi tanpa enamel, tetapi ia juga disertai dengan beberapa buah pinggang kecil tulang integumentary, dan barisan gigi kecil ini ditutup dengan enamel (Rajah 4).

Rajah. 4 Fragment rahang bawah Psarolepis dengan gigi pada tulang integumen yang ditutup dengan enamel. Panjang skala 5 mm. Foto dari artikel dalam perbincangan Alam

Semua data ini menunjukkan bahawa kompleks gen, yang memberikan kekerasan kepada struktur dentin pelindung, mula terbentuk dalam ikan berenda sinar primitif (Rajah 5). Pada mulanya, gen ini bekerja di kulit, membentuk penutup enamel hanya pada skala, kemudian di tulang integumen pada kepala.Oleh itu, sebagai peneliti menulis, tidak menghairankan bahawa fosil itu Andreolepis Enamel hanya didapati pada skala (kerana ini, sebelum ini dipercayai bahawa tulang kepala dan timbangan – dan mereka didapati dalam keadaan terputus – tergolong dalam pelbagai jenis ikan). Di peringkat seterusnya, kompleks gen yang membentuk enamel mula dinyatakan dalam rongga mulut pada gigi rahang. Akrodin muncul dalam barisan ikan yang tajam. Skim ini secara logik menghubungkan data fosil dengan data genetik.

Rajah. 5 Skim pembentukan enamel gigi dalam empat kaki. Kelabu muda – Struktur kulit tanpa enamel, kelabu gelap – tulang integumentary tanpa enamel, biru – Struktur kulit dengan enamel, biru – tulang integumen dengan enamel, merah – gigi rahang dengan enamel, warna hitam – gigi rahang tanpa enamel, warna hijau – acrodin, bintang putih – Vitrodentin, bukan enamel homolog. Skim artikel yang dibincangkan dalam Bahasa Malaysia Alam

Masih banyak soalan mengenai mekanisme molekul pembentukan enamel, acrodine dan ganoin. Walaupun jelas bahawa mereka pada asasnya hampir satu sama lain dan memerlukan kemasukan beberapa pengawal selia tambahan. Tetapi, satu cara atau yang lain, seperti pengarang kerja menekankan, perjalanan gigi gigi bermula dengan skala penutup badan, dan tidak sama sekali dalam rongga mulut.Pada jalan evolusi ini, enamel mengatasi dua halangan topologi: pertama ia dilalui dari badan ke kepala, kemudian dari permukaan kepala ke bahagian dalam rongga mulut.

Sumber: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu & Per Erik Ahlberg. Data fosil genomik dan data baru Alam. Diterbitkan dalam talian 23 September 2015. DOI: 10.1038 / nature15259.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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