เครื่องเคลือบฟันสี่ขาปรากฏบนเกล็ดปลาโบราณ• Elena Naimark •ข่าววิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "Elements" •วิวัฒนาการพันธุศาสตร์ Ichthology

เคลือบฟันสี่ขาปรากฏบนเกล็ดของปลาโบราณ

มะเดื่อ 1 เห็นกระรอกหอก (Lepisosteus oculatus) ที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำจืดของทวีปอเมริกาเหนือมีลักษณะดั้งเดิมหลายอย่าง การถอดรหัสจีโนมช่วยในการสร้างต้นกำเนิดของเคลือบฟันในสัตว์ปีกที่มีกระดูกสันหลัง ภาพถ่ายจาก primitivefishes.com

ฟันเป็นเนื้อเยื่อที่แข็งที่สุดในสัตว์ ลักษณะและการก่อตัวของมันในพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสบนบกยังคงเป็นคำถามที่ไม่ได้รับการแก้ไขอย่างจริงจังของการวิเคราะห์ทางกายวิภาคเปรียบเทียบ ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับจีโนมของหอยครัสเตเซียนดั้งเดิมและข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับการกระจายตัวของเคลือบบนกระดูกเกล็ดกระดูกและฟันของปลาที่ทันสมัยและซากดึกดำบรรพ์ช่วยให้สามารถหาระยะเริ่มแรกของการเกิดโรคได้ มันเป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ได้ว่าต้นกำเนิดของเคลือบฟันเกี่ยวข้องกับผิวของปลากระเบนครีบที่เก่าแก่ที่สุด

ไม่นานมานี้จีโนมของหอกหอยได้รับการตีพิมพ์ (Lepisosteus oculatusมะเดื่อ 1) หนึ่งในตัวแทนพื้นฐานของปลากระดูก (ในความเป็นจริงปลานี้ไม่มีหอก แต่เพียงเล็กน้อยคล้าย) นอกเหนือจากหอยหอกหอยตัวเองสั่ง Pantsirnikov (Lepisosteiformes) รวมถึงหกสายพันธุ์ของปลาที่ทันสมัยและประมาณสิบสูญพันธุ์; พวกเขาเป็นกลุ่มน้องสาวที่เกี่ยวข้องกับส่วนที่เหลือของปลากระดูก ทั้งหมดของพวกเขามีลักษณะโดยชุดของคุณสมบัติดั้งเดิมค่อนข้าง: เครื่องชั่ง ganoid,วาล์วเกลียวในลำไส้, กระเพาะปัสสาวะว่ายน้ำใช้เป็นปอดหาง heterocercal

ดังนั้นจึงมีลำดับดีเอ็นเอของหอกกระดองนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถแก้ปัญหาต่างๆที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของปลาได้ ตัวอย่างเช่นคำถามเกี่ยวกับการก่อตัวของครีบปลาและแขนขาสี่ส่วนในการปรับปรุงการหายใจทางอากาศในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าดั้งเดิมหรือการคิดค้นนวัตกรรมเฉพาะด้านในปลาเทเลสโตสโดยไม่ต้องพูดถึงผลของการทำสำเนาจีโนมในบรรพบุรุษของปลาเทเล (ดู: JS Taylor et al., 2001) จีโนมเปรียบเทียบแสดงหลักฐานสำหรับปลา

นักวิทยาศาสตร์จาก Uppsala University (Sweden) และสถาบันโบราณคดีและชีววิทยาเกี่ยวกับสัตว์ของสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีปักกิ่งแห่งประเทศจีนได้ใช้ข้อมูลนี้กล่าวถึงปัญหาเรื่องต้นกำเนิดของฟันเคลือบฟันของสัตว์มีกระดูกสันหลัง คนสำคัญของการศึกษาครั้งนี้คือการรวมกันของข้อมูลเกี่ยวกับพันธุกรรมกับข้อมูลเกี่ยวกับปลาโบราณจากซากดึกดำบรรพ์ ด้วยความช่วยเหลือของสหภาพดังกล่าวได้มีการแก้ไขคำถามเกี่ยวกับลักษณะทางกายวิภาคเปรียบเทียบเกี่ยวกับความคล้ายคลึงกันของฟันเกล็ดและโครงสร้างที่ไม่สมบูรณ์ในปลาและสัตว์มีกระดูกสันหลัง

จากการวิเคราะห์เปรียบเทียบนักวิทยาศาสตร์มีข้อมูลต่อไปนี้:

  • tetrapods บก (tetrapods) มีฟันบนขากรรไกรของพวกเขาซึ่งในฐานฟันเป็นเคลือบด้วยเคลือบฟันหนัก
  • นอกจากนี้ยังมีเคลือบฟันแบบเดียวกับชั้นของเนื้อฟันที่อยู่ในครีบครีบ พวกเขามีเคลือบฟันยังอยู่ในโครงสร้าง integumentary (ฟันครอบคลุมของเกล็ดและในกระดูกครอบคลุมของหัว)
  • polyperers ดั้งเดิมและ carapaces แทนเคลือบฟันมี ganoin ในเกล็ดของพวกเขา (ดู: Ganoine) – สารเคลือบเหมือน แต่ยังคงยอดเยี่ยมจากมัน ฟันกรามด้านบนของพวกเขาถูกปกคลุมด้วยชั้นเคลือบ acrodine เหมือน
  • ปลากระเบนที่เก่าแก่ที่สุดแห่งหนึ่งในโลกดีโวเนียน Cheirolepisไม่พบว่าเคลือบฟันหรือกัญโนวน์บนฟันกรามและโครงสร้างผิว
  • ในปลากระดูกและกระดูกยังไม่มีเคลือบจริงทั้งในเกล็ดและกระดูกครอบคลุมหรือบนฟัน ถึงแม้ว่าปลาซากกระดูกอ่อนในเกล็ดของพวกเขา placoid กับ spikes และบนฟัน (และฟันฉลามเป็นอนุพันธ์ของเครื่องชั่ง) มี dentin และปลากระดูกบนขากรรไกรยังมีการก่อตัวเคลือบ acrodin ตาม

ทั้งหมดนี้เป็นภาพประกอบในรูปที่ 2

มะเดื่อ 2 สรุปข้อมูลเกี่ยวกับการปรากฏตัวของเคลือบฟันบนกระดูกกระดูกและกระดูกศีรษะและเกล็ดของปลาที่มีอยู่ในปัจจุบัน (แสดง สีดำ) และสูญพันธุ์ (สีเทา)Teleosts – ปลากระดูก Tetrapods – สัตว์สี่ขา, Chondrichthyans – ปลากระดูกอ่อนโครงการจากบทความกล่าวถึงใน ธรรมชาติ

นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักกันว่าฟันกรามและ spikes integumentary ในผิวของปลาจะวางและพัฒนาในรูปแบบที่แตกต่างกัน ยีนที่ซับซ้อนในการสร้างและการพัฒนาของเคลือบฟันในสัตว์มีกระดูกสันหลังเป็นที่รู้จักกันดีพบได้ในนกที่มีทั้งสี่เท้าและมีขนสีทอง แต่ในปลากระดูกและกระดูกอ่อนไม่มียีนเหล่านี้ (ยีนเพียงตัวเดียวที่พบได้จากสัตว์ชนิดนี้)

ที่จุดใดที่พื้นฟันสี่เหลี่ยมเริ่มต้นด้วยรูปเคลือบฟัน? มีอย่างน้อยสองข้อสมมติฐานเกี่ยวกับคะแนนนี้ (รูปที่ 3) ตามที่หนึ่งในนั้นเครื่องชั่งตับเป็นจุดอ้างอิงแล้ว ganoin ก็ปรากฏตัวขึ้นแล้วก็อะครินไดน์และเคลือบฟัน และตามมุมมองอื่น ganoin ไม่ใช่ homologue ของเคลือบฟันและการก่อตัวของมันดำเนินไปควบคู่กับเคลือบฟัน ในกรณีหลังนี้ฟันและเกล็ด Ganoid ของหอยครัสเตเซียนไม่เหมือนกันกับปลาครีบครีบ

มะเดื่อ 3 สมมุติฐานของต้นกำเนิดของฟัน A1 – พวกเขามาจากฟันที่ผิวหนังค่อยๆเคลื่อนจากพื้นผิวเข้าไปในโพรงช่องปาก A2 – เหมือนกัน แต่ต้องคำนึงถึงความจำเป็นในการหลอมรวมของเนื้อเยื่อชั้นในและชั้นนอกที่มีการก่อตัวของ ectodermal ภายนอก – ฟันกรามมีต้นกำเนิดจาก endodermal พวกเขาถูกเปลี่ยนจากด้านในไปด้านนอกของขากรรไกรและไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับผิวหนัง ectodermal spines รูปจากบทความโดย G. J. Fraser et al., 2010 การระเบิดของ Odontode:

สิ่งที่สามารถเพิ่มความละเอียดของ "สมมุติฐาน" นี้คัดค้านจีโนมของกระดอง? ขณะที่มันปรากฏออกมาเปลือกหอยมีเกือบชุดทั้งหมดของยีนที่รับผิดชอบในการผลิตของฟันเคลือบฟัน tetrapods จากทั้งหมดที่ซับซ้อนเพียงหนึ่งยีนหายไป AMEL ซึ่งเป็นผู้รับผิดชอบในการผลิตเมทริกซ์นอกเซลล์ของ ameloblasts (เซลล์ที่รับผิดชอบในการผลิตของเคลือบฟันในขั้นตอนของการสร้างฟันดู: Ameloblast) ซึ่งชั้นผิวเคลือบฟันจะฝาก ยีนเหล่านี้จะแสดงออกในผิวหนังของเปลือกหอยโดยไม่อยู่ในฟัน จากมุมมองนี้ความคล้ายคลึงกันของเคลือบฟันกับ ganoin ในเกราะของเกราะดูเหมือนว่าเป็นธรรม ถ้ายีนที่เป็นฟันกรามของ tetrapods จะพบได้ในปลาเทราลอสแบบดั้งเดิม (pikes หุ้มเกราะ) และใน carpidae (latex) การก่อตัวของเคลือบฟันและฟันของ tetrapods เกิดขึ้นที่ใดในหมู่บรรพบุรุษร่วมกันของ carpidae และ ray-finned . ผิวฟันบนเส้นทางวิวัฒนาการนี้กลายเป็นเหมือนกันกับฟันกราม

ซากดึกดำบรรพ์ของปลาดึกดำบรรพ์ได้ยืนยันถึงสมมติฐานนี้และช่วยในการสร้างช่วงเวลาสำคัญ ๆ ในการก่อตัวของฟัน ในการทำเช่นนี้จำเป็นที่จะต้องฝึกปลา Silurian ray finfin อีกครั้ง Lophosteus และ Andreolepis จากสวีเดน (ดู: H. Botella et al, 2007. ขากรรไกรและปลากระดูก) และดีโวเนียน Psarolepis จากประเทศจีน ตัวอย่างบางส่วนของซากดึกดำบรรพ์เหล่านี้ได้มีการเก็บรักษากระดูกและเกล็ดและเกล็ดกระดูกไว้อย่างดี ใน Lophosteus ไม่มีฟันบนฟันและเกล็ด ใน Andreolepis เคลือบฟันพบในเกล็ด แต่ไม่ได้อยู่ในกระดูก integumentary ของหัวและฟัน ใน Psarolepis เคลือบฟันพบในเกล็ดและในกระดูกเยื่อบุผิว แต่ไม่ได้อยู่บนฟัน สิ่งที่น่าสนใจ Psarolepis ขากรรไกรล่างมีฟันที่ปราศจากสารเคลือบฟัน แต่มีฟันกรามจำนวนน้อยและมีฟันเล็ก ๆ เรียงรายไปด้วยเคลือบฟัน (รูปที่ 4)

มะเดื่อ 4 ส่วนของกรามล่าง Psarolepis กับฟันบนกระดูก integumentary เคลือบด้วยเคลือบฟัน ความยาวของสเกล 5 มม. ภาพจากบทความที่พูดคุย ธรรมชาติ

ข้อมูลทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่ายีนที่ซับซ้อนซึ่งมีความแข็งเพื่อป้องกันโครงสร้างของเนื้อฟันเริ่มงอกขึ้นในปลาครีบครีบเดิม (รูปที่ 5) ตอนแรกยีนเหล่านี้ทำงานในผิวการขึ้นรูปเคลือบฟันเฉพาะในเกล็ดแล้วในกระดูก integumentary บนศีรษะดังนั้นเป็นนักวิจัยเขียนไม่น่าแปลกใจว่าฟอสซิล Andreolepis (เพราะเหตุนี้ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่ากระดูกของศีรษะและเกล็ด – และพบในสภาพที่แตกแยก – เป็นปลาที่แตกต่างกัน) ในระยะต่อไปความซับซ้อนของยีนขึ้นรูปเคลือบฟันเริ่มปรากฏขึ้นในช่องปากบนฟันกราม Akrodin ปรากฏตัวในสายของปลากระดูก โครงการนี้มีเหตุผลเชื่อมโยงข้อมูลฟอสซิลกับข้อมูลทางพันธุกรรม

มะเดื่อ 5 รูปแบบของการก่อตัวของเคลือบฟันในสี่ขา สีเทาอ่อน – โครงสร้างผิวที่ปราศจากสารเคลือบฟัน, สีเทาเข้ม กระดูก integumentary โดยไม่เคลือบฟัน, สีน้ำเงิน – โครงสร้างผิวเคลือบฟัน, สีน้ำเงิน กระดูก integumentary กับเคลือบฟัน, สีแดง – ฟันกรามเคลือบฟัน, สีดำ – ฟันกรามโดยไม่เคลือบฟัน, สีเขียว – acrodin, ดาวสีขาว – Vitrodentin ไม่ใช่เคลือบที่เหมือนกัน โครงการของบทความที่อยู่ระหว่างการอภิปรายใน ธรรมชาติ

ยังคงมีคำถามมากมายเกี่ยวกับกลไกโมเลกุลของการก่อตัวของเคลือบฟันอะครินและกาโนอิน แม้ว่าจะเห็นได้ชัดว่าพวกเขามีความใกล้ชิดกันและกันและต้องมีการรวมหน่วยงานกำกับดูแลเพิ่มเติม การเดินทางของเคลือบฟันเริ่มต้นด้วยเกล็ดที่ปกคลุมร่างกายและไม่ได้อยู่ในช่องปากใด ๆ ทั้งสิ้นบนเส้นทางวิวัฒนาการนี้เคลือบฟันเอาชนะอุปสรรค topological สอง: แรกมันผ่านจากร่างกายไปยังหัวแล้วจากผิวของหัวไปด้านในของช่องปาก

ที่มา: Qingming Qu, Tatjana Haitina, Min Zhu และ Per Erik Ahlberg ต้นกำเนิดของข้อมูลเคลือบฟัน ธรรมชาติ. เผยแพร่เมื่อวันที่ 23 กันยายน 2015 DOI: 10.1038 / nature15259

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

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