Древние предки эволюционировали для силы и скорости челюстей

Исследование под руководством Бристольского университета показывает, что самые ранние челюсти в палеонтологической летописи были ограничены компромиссом между максимальной прочностью и скоростью работы.

Почти все позвоночные — челюстноротые, включая людей. Челюсти с зубами впервые эволюционировали более 400 миллионов лет назад. Эволюционный успех человека обязан появлению челюстей, позволивших обрабатывать более разнообразную пищу.

Челюсти эволюционировали из жаберных дуг — структур, поддерживающих жабры у рыб. Новое исследование в журнале Science Advances изучает, как дыхательная структура стала кусающей. Для этого учёные собрали данные о форме ископаемых челюстей раннего периода их эволюции и применили математические модели для их характеристики.

Модели позволили экстраполировать широкий спектр теоретических форм челюстей, которые могли быть "опробованы" в ходе эволюции. Эти теоретические челюсти тестировали на:

• Прочность — вероятность сломаться при укусе.
• Скорость — эффективность открывания и закрывания.

Между этими двумя функциями существует компромисс: увеличение прочности обычно означает снижение скорости, и наоборот.

Сравнение реальных и теоретических форм показало, что эволюция челюстей была ограничена формами с максимально возможной скоростью и прочностью. В частности, самые ранние челюсти в выборке были чрезвычайно оптимальны, а некоторые группы со временем отошли от этого оптимума. Эти результаты позволяют предположить, что эволюция укуса была очень быстрой.

Ключевые выводы авторов:

• Уильям Дикин, ведущий автор: Челюсти — крайне важная черта для гнатстосом (челюстноротых). Их почти повсеместное использование для одной цели — захвата и обработки пищи — делает их уникальным объектом для изучения эволюции функций.
• Профессор Филип Доногью: Разнообразие форм челюстей у первых челюстноротых позвоночных, вероятно, делало их грозными хищниками, будучи в равной степени оптимальным для силы и скорости.
• Профессор Эмили Рэйфилд: Разработанное для анализа программное обеспечение позволяет картировать "пространство дизайна" ключевых анатомических инноваций (как челюсти) и определять их функциональные свойства.