Редкие ископаемые зубы меняют представления об эволюции позвоночных
Международная команда исследователей обнаружила окаменелые останки зубастой рыбы возрастом 439 миллионов лет. Находка указывает, что предки современных костных рыб (лучепёрых и лопастепёрых) и хрящевых рыб (акул и скатов) появились гораздо раньше, чем считалось.
Результаты опубликованы в журнале Nature 28 сентября.
На удалённом участке в провинции Гуйчжоу на юге Китая, содержащем осадочные слои силурийского периода (около 445–420 млн лет назад), были найдены впечатляющие окаменелости. Среди них — изолированные зубы, идентифицированные как принадлежащие новому виду (Qianodus duplicis) примитивных челюстноротых позвоночных. Названный в честь древнего имени современного Гуйчжоу, Qianodus обладал своеобразными спиралевидными зубными элементами, несущими несколько поколений зубов, которые добавлялись в течение жизни животного.
Зубные спирали (или вихри) Qianodus оказались одними из самых редких окаменелостей на участке. Это мелкие элементы редко более 2.5 мм, которые пришлось изучать под увеличением с помощью видимого света и рентгеновского излучения.
Яркая особенность вихрей — наличие пары рядов зубов, расположенных на приподнятой срединной области основания. Эти так называемые первичные зубы демонстрируют постепенное увеличение размера к внутренней (язычной) части вихря. Вихри Qianodus необычны по сравнению с другими позвоночными из-за явного смещения между двумя рядами первичных зубов. Подобное расположение соседних зубных рядов наблюдается у некоторых современных акул, но ранее не было идентифицировано у ископаемых видов.
Открытие указывает, что известные группы челюстноротых позвоночных из так называемого «века рыб» (420–460 млн лет назад) уже сформировались примерно на 20 миллионов лет раньше.
«Qianodus даёт нам первое вещественное доказательство существования зубов, а следовательно, и челюстей, в этот критический ранний период эволюции позвоночных», — сказал Ли Цян из Цюйцзинского педагогического университета.
В отличие от постоянно сменяющихся зубов современных акул, исследователи полагают, что зубные вихри Qianodus сохранялись во рту и увеличивались по мере роста животного. Это объясняет постепенное увеличение замещающих зубов и расширение основания вихря как реакцию на непрерывный рост челюсти в процессе развития.
Ключом к реконструкции роста вихрей стали два образца на ранней стадии формирования, легко идентифицируемые по заметно меньшему размеру и меньшему количеству зубов. Сравнение с более многочисленными зрелыми вихрями дало палеонтологам редкое понимание механики развития зубной системы ранних позвоночных. Наблюдения показывают, что первичные зубы формировались первыми, а добавление боковых (дополнительных) зубов вихря происходило позже.
«Несмотря на свою уникальность, зубные вихри фактически описаны у многих вымерших линий хрящевых и костных рыб, — сказал Пламен Андреев, ведущий автор исследования. — У некоторых ранних хрящевых рыб вся зубная система состояла из близко расположенных вихрей».
Исследователи утверждают, что это также было характерно для Qianodus. К такому выводу они пришли после изучения мелких (1–2 мм) вихрей нового вида с помощью синхротронного излучения — процесса КТ-сканирования с использованием рентгеновских лучей высокой энергии из ускорителя частиц.
«Мы были поражены, обнаружив, что зубные ряды вихрей имеют чёткое левое или правое смещение, что указывает на их положение на противоположных ветвях челюсти», — сказал профессор Чжу Минь из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук.
Эти наблюдения подтверждаются филогенетическим древом, которое идентифицирует Qianodus как близкого родственника вымерших групп хрящевых рыб с зубной системой на основе вихрей.
«Наш пересмотренный временной график происхождения основных групп челюстноротых позвоночных согласуется с мнением, что их первоначальная диверсификация произошла в раннем силуре», — сказал профессор Чжу.
Открытие Qianodus предоставляет вещественное доказательство существования зубастых позвоночных и акулоподобного рисунка зубной системы на десятки миллионов лет раньше, чем считалось. Проведённый филогенетический анализ идентифицирует Qianodus как примитивную хрящевую рыбу, что подразумевает, что челюстные рыбы уже были довольно разнообразны в нижнем силуре и появились вскоре после эволюции скелетной минерализации у предковых линий бесчелюстных позвоночных.
«Это ставит под сомнение текущие эволюционные модели возникновения ключевых инноваций позвоночных, таких как зубы, челюсти и парные конечности», — сказал Иван Сэнсом, соавтор исследования из Бирмингемского университета.