Fossiele tanden van 439 miljoen jaar oud veranderen al lang bestaande opvattingen over evolutie

De zeldzame Chinese fossiele tanden veranderden de opvattingen van wetenschappers over de evolutie van gewervelde dieren.

Een internationaal team van wetenschappers heeft de overblijfselen van tandvissen ontdekt die 439 miljoen jaar oud zijn, wat erop wijst dat de voorouders van chondrichthyans (haaien en roggen) en gehoorbeentjes (straal- en lobvinvissen) veel eerder ontstonden dan eerder werd gedacht.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift de natuur temperen.

Een afgelegen plek in de provincie Guizhou in het zuiden van China heeft opmerkelijke fossielen opgeleverd, waaronder solitaire tanden die zijn geïdentificeerd als behorend tot een nieuwe soort (Qianodus doubleis) van primitieve gewervelde dieren met kaken uit de oude Silurische periode (ongeveer 445 tot 420 miljoen jaar geleden). Qianodus, genoemd naar de oude naam van het huidige Guizhou, had ongewone slakachtige gebitselementen met verschillende generaties tanden die gedurende het hele leven van het dier werden ingebracht.

Reconstructie van een zwemmende Qianodus doubleis. Krediet: IVPP

Een van de zeldzaamste fossielen die op de site werden gevonden, waren de tandheelkundige spirocheten (of zefyten) van Qianodus. Vanwege zijn kleine formaat, dat zelden groter is dan 2,5 mm, moest het onder vergroting worden bestudeerd met zichtbaar licht en röntgenstralen.

Een opvallend kenmerk van de kruimels was dat ze een paar rijen tanden hadden die in een verhoogd middengebied vanaf de basis van de kussens waren geplaatst. Deze zogenaamde melktanden laten een geleidelijke groei zien naarmate ze de binnenste (linguale) worm naderen. De kenmerkende offset tussen de twee rijen primaire tanden is wat Qianodus-bloemen onderscheidt van die van andere gewervelde dieren. Hoewel niet eerder gedetecteerd in de tandkussentjes van fossiele soorten, is een vergelijkbare opstelling van proximale tandenrijen ook aanwezig in de tanden van veel moderne haaien.

Hypothetische doorsnede langs de lengte van de tandwartel in zijaanzicht (uitgebreid type van Qianodus Duplicis). Het exemplaar is meer dan 2 mm lang. Krediet: Chu et al.

De ontdekking geeft aan dat bekende groepen kaken van gewervelde dieren uit het zogenaamde “vistijdperk” (420 tot 460 miljoen jaar geleden) ongeveer 20 miljoen jaar geleden zijn ontstaan.

“Qianodus levert ons het eerste concrete bewijs van tanden en verlengkaken uit deze kritieke vroege periode van de evolutie van gewervelde dieren”, zegt Li Qiang van de Qujing Normal University.

In tegenstelling tot de tanden van moderne haaien die voortdurend uitvallen, geloven onderzoekers dat Qianodus-tandkussentjes in de mond bleven en groter werden naarmate het dier groeide. Deze uitleg verklaart de geleidelijke vergroting van de vervangende tanden en de verbreding van de kaakbasis als reactie op de voortdurende toename van de kaakomvang tijdens de ontwikkeling.

Voor de onderzoekers was de sleutel tot het reconstrueren van bellengroei twee monsters in een vroeg stadium van vorming, gemakkelijk te herkennen aan hun aanzienlijk kleinere afmetingen en minder tanden. Een vergelijking met de meest talrijke volwassen blebs heeft paleontologen een zeldzaam inzicht gegeven in de evolutionaire mechanica van vroege gewervelde tanden. Deze waarnemingen geven aan dat de primaire tanden als eerste werden gevormd, terwijl de toevoeging van de laterale (extra) tanden later in de evolutie plaatsvond.

herbouwen Qianodus dupis, Primitieve kaken gewervelde dieren. Krediet: Zhang Heming

“Ondanks hun onderscheidende kenmerken zijn tandheelkundige wijzerplaten gerapporteerd in veel uitgestorven geslachten van kraakbeen- en osteoclasten”, zegt Plamen Andreev, hoofdauteur van het onderzoek. “Sommige van de vroege kraakbeenderen bouwden hun tanden zelfs volledig uit dicht bij elkaar staande tanden.”

Onderzoekers beweren dat dit ook het geval was met Qianodus. Ze kwamen tot deze conclusie na onderzoek van kleine belletjes (1-2 mm lang) van een nieuwe soort synchrotronstraling – een CT-scanproces dat gebruik maakt van hoogenergetische röntgenstralen van een deeltjesversneller.

Professor Chu Min van het Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology in Chinese Wetenschapsacademie.

Deze waarnemingen worden ondersteund door een fylogenetische boom die Qianodus identificeert als een naaste verwant van de uitgestorven op kransen gebaseerde getande chondrichthyan-groepen.

“Onze aangepaste tijdlijn voor de oorsprong van grote groepen gewervelde dieren met kaken komt overeen met de opvatting dat hun aanvankelijke diversificatie plaatsvond in de vroege Silurische periode”, zei professor ZHU.

De ontdekking van Qianodus levert concreet bewijs van getande, haaiachtige gewervelde dieren die tientallen miljoenen jaren ouder zijn dan eerder werd gedacht. Genetische analyse gepresenteerd in de studie definieert Qianodus als een chondrichthyan primitief dier, wat betekent dat kaakvissen al behoorlijk divers waren in het Neder-Siluur en kort na de evolutie van skeletmineralisatie in de kaakloze voorouderlijke geslachten van gewervelde dieren verschenen.

Evan Sansom, co-auteur van de studie zei: Universiteit van Birmingham.

Referentie: “De oudste gnathostome-tanden” door Plamen S. Andreev en Evan J. de natuur temperen.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05166-2