古代魚の鱗に4足歯のエナメルが登場•Elena Naimark• "Elements"に関する科学ニュース•進化、遺伝学、魚類学

古代魚の鱗の上に4本の歯のエナメルが現れた

図1 1。 点在した甲板のパイク(Lepisosteus oculatus)は、北米の淡水域の住人であり、多くの原始的な特徴を持っています。そのゲノムの解読は、陸生脊椎動物における歯のエナメルの起源を確立するのに役立った。 primitivefishes.comからの写真

歯のエナメル質は動物の中で最も硬い組織です。地上四足でのその出現と形成は、比較解剖学の深刻な解決されていない問題のままであった。原始甲殻類のパイクのゲノムに関する新しいデータと現代的および化石魚の鱗、骨および歯のエナメルの分布に関する一般的な情報は、その発生の初期段階を見出すことを可能にした。エナメル質の起源は、最も古くから伝染している魚の鱗茎に関連していることを証明することができました。

まもなく、発見されたパイクの殻のゲノムが公開された(Lepisosteus oculatus米1)、骨の魚の基本的な代表者の1人(実際には、この魚はパイクではありませんが、少し似ています)。甲殻類の甲殻類に加えて、Pantsirnikov(Lepisosteiformes)には近代的な魚類が6種含まれており、約10種が絶滅している。残りの骨魚との関係で姉妹グループを形成します。それらのすべては、比較的原始的な特徴のセットによって特徴付けられる:ガノイドスケール、腸内のスパイラル弁、肺として使用される水泳膀胱、異所尾部。

したがって、貝殻のパイクのDNA配列を持つことで、科学者は魚の進化に関連した多くの興味深い問題を解決することができました。例えば、魚類や四肢の鰭の形成、原始的な四肢の空気呼吸の改善、テレストスト魚類の特殊な技術革新についての質問、魚類の祖先でのゲノム重複の結果はもちろんです(JS Taylor et al。、2001参照)。比較ゲノミクスは魚の証拠を提供する

このデータを用いて、ウプサラ大学(スウェーデン)および中国脊椎動物古生物学研究所(中国科学アカデミー古生物学研究所)の科学者は、脊椎動物の歯のエナメル質の起源に関する問題に取り組んだ。この研究の主なトランプカードは、遺伝学に関する情報と古代魚の化石に関するデータの組み合わせであった。このような組合の助けを借りて、魚や脊椎動物の歯、鱗、外皮構造の相同性に関する比較解剖学の長年の疑問が明らかになった。

比較解剖学から、科学者には以下の情報がありました:

  • 地上の四足動物(四足動物)は顎に歯を持ち、そこに象牙質の基部は厚いエナメルで覆われている。
  • 象牙質層を覆う同じエナメル質もフィンフィン魚に存在する。彼らは外皮構造(鱗の覆いの歯と頭の覆いの骨)にも存在するエナメル質を持っています。
  • エナメルではなく、原始的なポリポーラと首輪は、そのスケール(ガーミン参照)でエナメルのような化合物ですが、それでも優れています。上の顎の歯はアクロディンエナメルのような層で覆われています。
  • 最も古代のレインフィンの魚のひとつ、デボニアン Cheirolepis顎の歯および皮膚の構造上のエナメル質およびガノインは見出されなかった。
  • 骨や軟骨の魚には、鱗や覆いの骨の中や歯の上に真のエナメル質もありません。軟骨の鱗状軟骨は、スパイクと歯の上で(そしてサメの歯は鱗の派生です)、象牙質があります。また、顎の骨魚にはアクロディンを基にしたエナメル様の形態があります。

この全てを図1に模式的に示す。 2

図1 2 歯の上のエナメル質の存在に関するデータの概要、今日のように魚の頭の外殻と鱗 )と絶滅した(グレー)。テレストスト – 骨格魚類、テトラポッド – 四足動物、コンドリッチャス – 軟骨魚。 自然

さらに、魚の皮膚の顎の歯および外来のスパイクが異なる方法で敷設および開発されることが知られている。脊椎動物の歯のエナメル質の確立と発達の原因となる遺伝子の複合体はよく知られており、4本足とゴールデンブラストのすべての鳥に見られるが、骨や軟骨の魚にはこれらの遺伝子はない(この複合体の遺伝子が1つしか見つからなかった)。

エナメル質で何番目の象牙質が形成され始めたのですか?このスコアには少なくとも2つの仮説がある(図3)。それらのうちの1つによれば、鱗状鱗茎は基準点として役立ち、次にガノインが現れ、次いでアクロディンおよびエナメルが現れた。別の観点からは、ガノインはエナメル質の同族体ではなく、その形成はエナメル質と並行して進んだ。この後者の場合、甲殻類のパイの歯およびガノイドスケールは、フィンフィンの魚のそれと同種ではない。

図1 3 歯の起源の仮説。 A1 – 皮膚の歯に由来し、表面から口腔咽頭腔に徐々に移動した。 A2 – 同じであるが、外部の外胚葉形成との内胚葉 – 内胚葉組織の必要な融合を考慮に入れる。 イン – 顎の歯は内胚葉起源のもので、顎の内側から外側にシフトし、皮膚の外棘とは関係がありません。 G.J.Fraser et al。、2010による記事の図。オドンテード爆発:

この「仮説的」論争の解決に、甲殻類のゲノムを加えることができるものは何ですか?それが判明したように、シェルパイクは、歯エナメル質テトラポッドの生産を担う遺伝子のセット全体をほとんど持っています。複合体全体のうち、唯一の遺伝子が欠けているのは、エナメル質の表面層が付着したアメロブラスト(歯の形成の段階でエナメルの産生を担う細胞、Ameloblast参照)の細胞外マトリクスの産生を担うAMELです。これらの遺伝子は、歯の中ではなく、パイクの殻の皮膚に発現される。この観点から、鎧の鱗の中にガノインを入れたエナメルの類推は正しいと思われる。もし四足動物の顎の歯を形成する遺伝子が原始魚類(装甲飼育魚)と甲虫目(ラテックス)にも見出されるならば、歯のエナメル質の形成とそれに伴うテトラポッドの歯が、甲虫科と甲殻類の共通祖先。この進化的経路上の皮膚の歯は、顎の歯と同種であることが判明した。

原始的な魚の化石はこの仮説をよく確認し、歯の形成の鍵となる瞬間を再構築するのに役立った。これを行うためには、シルリア系の鰭付き魚を訓練する必要がありました。 ロフォステロスアンドレレピス スウェーデン(H. Botella et al。、2007. Jaws and bony fishes参照)とDevonian Psarolepis 中国から。これらの化石種のいくつかの標本は、十分に保存された外皮の骨、鱗および歯を有する。持っている ロフォステロス 歯と鱗にエナメル質はありません。持っている アンドレレピス エナメル質は鱗に見られるが、頭と歯の外皮の骨には見られない。持っている Psarolepis エナメル質は、鱗や上皮骨にみられるが、歯には見られない。興味深いもの Psarolepis 下顎にはエナメル質のない歯がありますが、それらには外殻骨の小さな外殖が伴います。この小さな歯列はエナメル質で覆われています(図4)。

図1 4 下顎の断片 Psarolepis エナメルで覆われた外皮の骨に歯がある。 スケールの長さ 5mm。議論の記事の写真 自然

これらのデータは全て、保護象牙質構造に対する硬度を提供する遺伝子の複合体が、原始光線フィン魚で形成され始めたことを示している(図5)。最初は、これらの遺伝子は皮膚の中で働き、鱗茎の上にエナメル質のカバーを形成し、次いで頭部の外皮の骨に形成した。したがって、研究者が書いているように、それは化石 アンドレレピス エナメル質は鱗でしか見つからなかった(これにより、以前は頭と鱗の骨が切れた状態で発見され、別の魚に属すると考えられていた)。次の段階で、エナメル質形成遺伝子の複合体が顎歯の口腔内で発現し始めた。アクロディンは骨の魚の系列に登場しました。このスキームは、化石データを遺伝的データと論理的にリンクする。

図1 5 4足の歯のエナメルの形成のスキーム。 ライトグレー – エナメル質を含まない皮膚構造、 ダークグレー – エナメル質を含まない外皮骨、 – エナメル質の皮膚構造、 – エナメル質の外皮骨、 – 顎の歯にエナメル、 黒色 – エナメルのない顎の歯、 緑の色 – アクロディン、 ホワイトスター – Vitrodentin、相同のエナメル。議論中の記事のスキーム 自然

エナメル、アクロディン、およびガノインの形成の分子メカニズムについてはまだ多くの疑問がある。基本的には互いに接近しており、いくつかの規制当局を追加する必要があることは明らかですが、しかし、作品の著者が強調しているように、歯のエナメル質の旅は、体の覆いの鱗で始まり、口腔では全く始まっていませんでした。この進化の経路では、エナメル質は2つの位相的障壁を克服しています:最初にそれは体から頭まで、そして頭の表面から口腔の内部まで通過しました。

ソース: Qingming Qu、Tatjana Haitina、Min Zhu&Per Erik Ahlbergが挙げられる。エナメル質の起源 自然。オンラインで2015年9月23日に公開されました。DOI:10.1038 / nature15259

エリーナ・ナイマーク


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