واكتشفت الدراسة أن المطبات على الأسماك القديمة المدرعة قد تسبب في الأسنان في الحيوانات

اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون بأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

قد يكون الجزء الداخلي الحساس للأسنان البشرية قد نشأ من مكان غير محتمل على ما يبدو: الأنسجة الحسية في الأسماك التي كانت تسبح في محيطات الأرض قبل 465 مليون عام.

في حين أن أسناننا مغطاة بالمينا الصلب ، إلا أن الطبقة الداخلية للأسنان مسؤولة عن حمل المعلومات الحسية للأعصاب – التي تتفاعل مع ضغط اللدغة الصلبة أو الألم أو التغيرات مثل البرد الشديد أو الحلاوة.

عند محاولة تحديد أصول الأسنان ، كان أحد الاحتمالات العديدة التي نظر فيها الباحثون على مر السنين أن الأسنان قد تطورت من المطبات على الهياكل الخارجية المدرعة على الأسماك القديمة. لكن الغرض الحقيقي للهياكل ، المسمى Odontodes ، لم يكن واضحًا.

الآن ، أسفرت دراسة جديدة ومسح ثلاثي الأبعاد من الحفريات عن أدلة على أن المطبات الخارجية تحتوي على عاتق ، والتي من المحتمل أن تساعد في صيدها على محيطها. أبلغ العلماء عن نتائج الأربعاء في مجلة Nature.

وقالت الدكتورة يارا هاردي ، الباحثة ما بعد الدكتوراه في قسم بيولوجيا الكائنات الحية والتشريح في رسالة بريد إلكتروني: “مغطاة بهذه الأنسجة الحساسة ، ربما عندما تصطدم بشيء ما ، يمكن أن تشعر بالضغط ، أو ربما يكون ذلك عندما يكون الماء باردًا جدًا وكان يحتاج إلى السباحة في مكان آخر”.

خلال تحليله ، كشف الفريق أيضًا عن أوجه التشابه بين Odontodes والميزات التي تسمى Sensilla ، والتي توجد كأعضاء حسية في قذائف الحيوانات الحديثة مثل سرطان البحر والروبيان ، ويمكن العثور عليها في مفصليات اللافقاريات المتحجرة. وقال هاريدي إن تطور الأودونج في الأسماك ، التي هي الفقاريات ، والحساسية في المفصليات ، والتي هي اللافقاريات ، هي مثال رئيسي على التقارب التطوري – عندما تتطور ميزات مماثلة بشكل مستقل في مجموعات حيوانية مختلفة.

وقال هاريدي: “هذه الأسماك غير الفكية والمفصليات Aglaspidid (المفصليات البحرية المنقرضة) لها سلف مشترك مشترك للغاية لا على الأرجح ليس لديه أجزاء صلبة على الإطلاق”. “نحن نعلم أن الفقاريات والمفصليات تطورت الأجزاء الصلبة بشكل مستقل ومثير للدهشة أنها تطورت آليات حسية مماثلة مدمجة في هيكلها العظمي الصلب بشكل مستقل.”

في حين أن المفصليات قد احتفظت بحساسها ، يبدو أن أدوان Odontodes هي السلائف المباشرة للأسنان في الحيوانات.

عندما قارن الباحثون Sensilla و Odontodes ، وصلوا أيضًا إلى اكتشاف آخر: كان أحد الأنواع ، التي كانت ذات يوم سمكة قديمة ، في الواقع مفصلية.

البحث عن أقدم الفقاريات

كان الهدف الأصلي لهاريدي هو حل لغز أقدم حيوان الفقاريات الموجود في السجل الأحفوري. اقتربت من المتاحف في جميع أنحاء البلاد وسألتها عما إذا كان بإمكانها مسح أي عينات أحفورية لديهم من الفترة الكامبريان ، قبل 540 مليون سنة إلى 485 مليون عام.

بعد ذلك ، استقرت في مختبر Argonne الوطني ، حيث استخدمت مصدر الفوتون المتقدم لالتقاط التصوير المقطعي للكمبيوتر عالي الدقة ، أو CT.

قال هاريدي: “لقد كانت ليلة في مسرع الجسيمات ؛ كان ذلك ممتعًا”.

للوهلة الأولى ، بدت حفرية لمخلوق يدعى Anatolepis وكأنه سمكة الفقاريات – وفي الواقع ، حددت الأبحاث السابقة من عام 1996 واحدة. لاحظت هاردي وزملاؤها أن هناك سلسلة من المسام مملوءة بمواد تبدو أنها عاجلة.

قال هاريدي: “لقد كنا فيث بعضنا البعض ، مثل” يا إلهي ، لقد فعلنا ذلك أخيرًا “. “كان هذا هو أول هيكل يشبه الأسنان في أنسجة الفقاريات من الكامبريان. لذلك ، كنا متحمسين للغاية عندما رأينا علامات telltale على ما يشبه العاج”.

لتأكيد اكتشافهم ، قارن الفريق عمليات المسح مع تلك الموجودة في الحفريات القديمة الأخرى ، وكذلك سرطان البحر الحديثة ، والأسلاك ، والخنافس ، وأسماك القرش ، والبرناكل ، وحتى سمك السلور المصغرة Suckermouth التي أثارت هاردي نفسها.

أظهرت هذه المقارنات أن anatolepis تشبه إلى حد كبير الحفريات المفصلية ، بما في ذلك واحدة من متحف ميلووكي العام. وما اعتقده الفريق كان أنابيب مبطنة مع العاج كانت في الواقع أكثر شبهاً بـ Sensilla.

لكنهم وجدوا odontodes المحتوية على الأسنان في الأسماك القديمة مثل Eriptychius و Astraspis أثناء عمليات الفحص.

إن الالتباس حول الطبيعة الحقيقية لـ Anatolepis قد نشأت عن الطبيعة المجزأة للحفريات. وقال هاريدي إن القطع الأكثر اكتمالا هي حوالي 3 ملليمترات فقط (0.1 بوصة).

لكن عمليات المسح الجديدة التي أجرتها مكنت إلقاء نظرة ثلاثية الأبعاد على الحفريات ، وكشفت عن تشريحها الداخلي.

وقال هاريدي: “هذا يوضح لنا أن” الأسنان “يمكن أن تكون حسية أيضًا حتى عندما لا تكون في الفم”. “لذلك ، هناك درع حساس في هذه الأسماك. هناك درع حساس في هذه المفصليات. وهذا ما يفسر الارتباك مع هذه الحيوانات الكامبرية المبكرة. اعتقد الناس أن هذا كان الفقاريات الأولى ، لكنه كان في الواقع مفصلية.”

وقال الدكتور ريتشارد ديردن ، وهو زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في مركز التنوع البيولوجي الطبيعي في ليدن ، هولندا ، إن التصوير الحديث المتطرف المستخدم في الدراسة هو حل النقاش حول anatolepis. لم يشارك Dearden في البحث الجديد.

“((مؤلفو الدراسة) يستخدمون أساليب التصوير الحديثة لمحاولة تسوية هذا السؤال ، وتجميع مجموعة رائعة من البيانات المقارنة لإثبات أن anatolepis ليست في الواقع فقرات” ، قال ديردين في رسالة بالبريد الإلكتروني.

درع ضد العناصر

تعايش الأسماك الفكية المدرعة مثل Astraspis و Eriptychius والمفصليات القديمة مثل Anatolepis في البحار الضحلة الموحلة في فترة Ordovician ، والتي حدثت بين 485.4 مليون و 443.8 مليون سنة.

وشملت معاصرين آخرين من هذه الحيوانات رأسيات كبيرة مثل الحبار العملاق ، وكذلك العقارب البحري الضخمة. من شأن ميزات مثل Odontodes و Sensilla أن تساعد الأسماك والمفصليات على التمييز بين الحيوانات المفترسة عن الفرائس.

“عندما تفكر في حيوان مبكر مثل هذا ، والسباحة حوله مع الدروع ، يجب أن تشعر بالعالم. كانت هذه بيئة مفترسة مكثفة للغاية وأن تكون قادرة على الشعور بخصائص المياه من حولهم كان من المهم للغاية” ، قال مؤلف الدراسة البارز الدكتور نيل شوبين ، وهو روبرت ر. بنسلي ، أستاذ خدمة العضوية في علم الأحياء في جامعة شيكاغو ، في بيان. “لذلك ، هنا نرى أن اللافقاريات مع دروع مثل سرطان البحر الحدوة تحتاج إلى الشعور بالعالم أيضًا ، وهذا يحدث فقط في نفس الحل.”

وقال هاريدي إن العديد من الأسماك الحديثة لها أسماك أودونيو ، بينما تتم تغطية أسماك القرش والزلاجات وبعض سمك السلور في أسنان صغيرة تسمى الأسنان ، والتي تتسبب في شعور جلدها مثل ورق الصنفرة.

درس هاريدي أنسجة سمك السلور الذي رفعته وأدركت أن أسنانها متصلة بالأعصاب بنفس الطريقة التي توجد بها الأسنان في الحيوانات. عند مقارنة الأسنان والأودونتات والحساسية ، كانت جميعها متشابهة بشكل لا يصدق.

“نعتقد أن الفقاريات الأولى ، هذه الأسماك الكبيرة المدرعة ، كانت لها هياكل متشابهة للغاية ، على الأقل من الناحية الشكلية. إنها تبدو متشابهة في المفصلات القديمة والحديثة ، لأنهم جميعًا يصنعون هذه الطبقة المعدنية التي تتفوق على أنسجةهم الرخوة وتساعدهم على الشعور بالبيئة” ، قال هاريدي.

من المحتمل أن تكون الجينات اللازمة لتشكيل Odontodes أنتجت أيضًا أسنانًا حساسة في الحيوانات – بما في ذلك البشر – في وقت لاحق ، وفقًا لمؤلفي الدراسة.

وأشار مؤلفو الدراسة إلى أن النتائج تدعم الفكرة القائلة بأن الهياكل الحسية ظهرت أولاً على الهياكل الخارجية ، والتي قدمت بعد ذلك المعلومات الوراثية التي يمكن استخدامها لإنشاء أسنان لأنها أصبحت جزءًا ضروريًا من الحياة.

“بمرور الوقت ، تطورت الأسماك الفكين ، وأصبح من المفيد أن يكون لديك هياكل مدببة حولها وفي الفم” ، قال هاريدي. “كان بعض الأسماك فشيئًا مع الفكين كانت ذات أدودة مدببة على حافة الفم ، ثم في النهاية كان بعضها في الفم مباشرة ثم فقدت عبر الجسم. يتم توضيح العلاقة بين الأودونتات والأسنان باستمرار من قبل الحفريات الجديدة والوراثة الحديثة.”

قال الدكتور لورين سالان ، أستاذ مساعد في وحدة أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا في اليابان ، إن البحث الجديد يحسن الجدول الزمني للمظهر الأول للأنسجة الصلبة وأجداد الأسماك المبكرة عن طريق إزالة أناتوليبيس من شجرة الأسماك للحياة. وقال سالان ، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة ، إنه يرفع أيضًا فرضية جديدة مثيرة للاهتمام مفادها أن السلائف الشبيهة بالأسنان تطورت لاكتشاف الفريسة أو الأصدقاء أو الحيوانات المفترسة في الماء.

وقال سالان: “هذا تحد حقيقي لافتراضات واضحة على ما يبدو مفادها أن الأنسجة الصلبة مثل الأسنان والهياكل مثل المقاييس والأسنان تطورت (في المقام الأول) للحماية على الجسم أو التغذية في الحلق”. “بدلاً من ذلك ، ربما تم” تعديل “(تم تعديلها لاحقًا) لهذه الاستخدامات ، مثل كيفية تطور الأطراف قبل استخدامها للمشي على الأرض. من المثير للاهتمام أيضًا أن نرى درجة التقارب بين المفصلات المدرعة المبكرة والأسماك ، وتثير تساؤلات حول مقدار التداخل الإيكولوجي الذي حدث بين هاتين المجموعتين.”

يريد Haridy مواصلة البحث عن الحفريات التي يمكن أن تؤدي إلى أقدم الفقاريات ، بالنظر إلى أن الباحثين يتوقعون أن تكون هناك فقارين سابقة من Astraspis و Eriptychius. وقال شوبين في رسالة بالبريد الإلكتروني إنه على الرغم من أنهم لم يكتشفوا ذلك من خلال هذا البحث ، فقد حققوا نتائج جديرة بالاهتمام.

وقال شوبين: “لقد شعرنا بخيبة أمل لأن (anatolepis) لم يكن فقاريا ، لكننا مندهشون من الأفكار الجديدة التي نشأت”. “وقد أخذنا ذلك في اتجاه جديد تمامًا. هذا علم”.

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com