Высокоточное сканирование окаменелостей раскрывает четырехэтапный процесс эволюции челюстного сустава млекопитающих

Китайские исследователи, используя КТ-сканирование двух классических окаменелостей, обнаружили ранее неизвестные типы челюстных суставов и предложили четкую четырехэтапную последовательность, показывающую, как функции жевания и слуха постепенно разделились между челюстью и ухом.

Исследование под руководством профессора Мао Фаньюаня из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук было опубликовано в журнале Nature.

По мере эволюции цинодонтов в млекопитающих возникали различные рудиментарные вторичные суставы, такие как контакты сурангуляр–сквамозальный и зубная кость–сквамозальный. Эти структуры помогали поддерживать ослабевающий примитивный сустав во время жевания. У продвинутых стволовых маммалиаформ, таких как Dianoconodon, развился двойной челюстной сустав, при этом латеральный сустав «мыщелок зубной кости–ямка сквамозальной кости» стал основной нагрузочной структурой. Однако нехватка окаменелостей ограничивала понимание этого процесса.

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи повторно изучили два старых образца окаменелостей с помощью высокоразрешающей КТ.

Один образец, Polistodon chuannanensis — тритилодонтид из среднего юрского периода (Цзыгун, Сычуань), впервые описанный в 1984 году. Новое исследование показывает, что у него был уникальный вторичный челюстной сустав «мыщелок зубной кости–ямка скуловой кости», первый подобный, идентифицированный у четвероногих. Это бросает вызов прежним представлениям о морфологии вторичного сустава.

Второй образец из нижней юры (Люфэн, Юньнань) был отнесен к морганукодонтам и идентифицирован как новый род и вид: Camurocondylus lufengensis. Его простой мыщелок зубной кости, образованный изгибом вверх заднего конца латерального гребня зубной кости, предоставляет доказательства в поддержку гипотезы о том, что мыщелки зубной кости млекопитающих эволюционировали из этой структуры гребня.

Эти открытия позволили исследователям впервые предложить четырехстадийную последовательность эволюции примитивного и вторичного суставов:

1. Стадия 1: сустав «сочленовная кость–квадратная кость» (рептилии).
2. Стадия 2: доминирует примитивный сустав, появляются вторичные точки контакта (продвинутые цинодонты).
3. Стадия 3: доминирует нагрузочный вторичный сустав, примитивный сустав помогает передаче звука (стволовые маммалиаформы).
4. Стадия 4: полностью развитый сустав «зубная кость–сквамозальная кость», примитивный сустав преобразован в сустав слуховых косточек среднего уха (млекопитающие, докодонты, харамииды).

Результаты предполагают множественное независимое происхождение типов челюстных суставов. Хотя сустав «зубная кость–сквамозальная кость» не уникален для млекопитающих, его нагрузочная версия является характерной чертой маммалиаформ.

Сустав «зубная кость–скуловая кость» у Polistodon представляет собой уникальную адаптацию к травоядному, роющему образу жизни, в то время как Camurocondylus демонстрирует черты, соответствующие постепенной эволюции, ведущей к диверсификации млекопитающих.

Исследователи также изучили возможные разнообразные эволюционные движущие механизмы. Преобладающая в настоящее время «гипотеза движущей силы миниатюризации» применима к мелким насекомоядным группам, таким как Camurocondylus, но кажется менее правдоподобной для более крупного Polistodon. Последний был травоядным и демонстрировал адаптации к специфической экологической среде, что также согласуется с обнаружением возможных систем нор тритилодонтид в местонахождении образца Polistodon.

На основе этих наблюдений исследователи предполагают, что фенотипическая пластичность — изменчивость, индуцированная средой, — могла играть значительную роль в диверсификации вторичных суставов у поздних цинодонтов.