Çin'deki eski Silüriyen balıklarının yeni keşfi, omurgalı çenelerinin evrimini ortaya koyuyor
Çin Bilimler Akademisi Omurgalı Paleontoloji ve Paleoantropoloji Enstitüsü ve İsveç Uppsala Üniversitesi Alberg'den Zhu Min'in ortak ekibi, omurgalı çene evrimi alanında büyük bir atılım gerçekleştirdi. 21 Ekim'de "Science" (Bilim) dergisinin son sayısında, 423 milyon yıl önce Silüriyen kalkan balığı Qilinyu rostratının kemikli balıklarla doldurulduğunu bildirdi. Tam çenenin iki durumu ile scutellum benzeri protognat arasındaki morfolojik boşluk, scutellumun maksiller, ön maksilla ve diş kemikleri ile scutellum ve skutellum dünyada ilk kez önerilmektedir. Balığın çene kemiği plakası, insan çenelerini en ilkel çeneli omurgalılara, protognatik skutelluma kadar izleyen bir homoloji teorisidir.
Bu önemli buluş, "omurgalı çene evrimi anlayışımızda büyük bir kör noktayı silip süpürdü." "Science" dergisi, Avustralya Omurgalı Paleontoloji Derneği ve Flinder of Australia başkanını aynı dönemin "Perspektif" sütununa özellikle ayırdı. Sri Lanka Üniversitesi'nden Profesör John Long tarafından yazılan "İlk çeneler" başlıklı bir inceleme makalesi. İnceleme, Çin'den yapılan keşiflerin "scutellum balıklarının neslinin tükendiği ve scutellum balıklarının uzun geçmişte omurgalıların vücut yapısının adım adım nasıl evrimleştiğini anlamanın anahtarı haline geldiği algısını değiştirdiğini" belirtti.
Zırh giyen balık çağının hükümdarı
Devoniyen Dönemi (yaklaşık 4.19 - 359 milyon yıl önce) "Balık Çağı" olarak adlandırılır. O dönemde sucul omurgalılar, özellikle alt ve üst çeneli çeneli omurgalılar patlayıcı bir evrim yaşadılar, her tür balık yeryüzünün sularını doldurdu ve baskın olanı büyük kemik plakalarla kaplı vücuttu. Tür sayısı, birey sayısı veya morfolojinin çeşitliliği ne olursa olsun, onlar balık çağının hak edilmiş yöneticileridir. Devoniyen'in sonlarına doğru, en ünlü tarih öncesi süper yırtıcılardan birini geliştirdiler Dunkleosteus (Dunkleosteus). Deng balıklarının vücut uzunluğu 10 metreyi bulabilir.Üst ve alt çeneleri bıçak benzeri keskin kemik plakalarla donatılmıştır.Hidrolik makas gibi güçlü bir ısırma kuvvetine sahiptirler ve yaşadıkları sularda çeşitli büyük balıklarla beslenirler.
Ancak, balık çağının sona ermesiyle Deng balıkları ve diğer scutellum balıkları, 359 milyon yıl önce Devoniyen döneminin sonunda aniden nesli tükenmiş ve yaşam alanlarının yerini daha gelişmiş kemikli balıklar ve kıkırdaklı balıklar almıştır. Sınıf bölünür. Kıkırdaklı balıklar arasında günümüz köpekbalıkları, vatozlar ve gümüş uskumrular bulunurken, kemikli balıklar ikiye bölünerek ışıyan yüzgeçli balıklara ve günümüzün yeryüzü sularının ve topraklarının fatihleri haline gelen lahit yüzgeçli balıklara dönüştü. Günümüzün tüm çizgili balıklarının çoğu dahil olmak üzere yaklaşık 25.000 yüzgeçli balık türü vardır; lahit yüzgeçleri suda azalırken, bunlardan biri karaya inerek insanlar da dahil her tür balığı türetir. Karasal omurgalıların.
Uzun yıllar boyunca paleontologlar, bu gruplar arasındaki evrimsel ilişkiyi anlamaya ve ardından insanın uzak atalarının soyunu netleştirmeye çalıştılar. Uzun zaman önce vefat eden balık şeklindeki tuhaf atalardan nasıl evrimleştik? Geçmişte, erken balık fosilleri çoğunlukla Devoniyen katmanlarında bulundu. O zamanlar, ana gruplar halihazırda farklılaşmış ve ara durumda ara fosillerden yoksundu. Balık çağından önce, daha uzak olan Silüri, omurgalıların evrimine kadar uzanıyordu. Tarih yok edildi. Bilim adamları, uzun bir süre boyunca, bu tarih dönemini ancak parçalanmış malzemeler kullanarak kör insanlar tarafından restore etmeye çalışabilirler. Silüriyen katmanlarında tamamen korunmuş eski balıkları bulmak, dünyanın her yerindeki paleontologların hayalini kurduğu "Kutsal Kase" dir.
Silüriyen eski balık krallığını kaybetti
Silüriyen'den Devoniyen'e kadar güney Çin, ekvator yakınlarında dolaşan ıssız bir adaydı. Yunnan bu kıtanın güneyinde. Kıtanın ortasındaki çorak dağlardan (bitkiler henüz iç kesimleri istila etmemişken) ve doğu Yunnan'daki modern Qujing'e eşdeğer bir yerde okyanusa dolanarak zengin besinler getiren ve haliçlerin ve koyların gelişen ekolojisini besleyen nehirler Sistem, işte balıkların "krallığı": krinoidler ve brakiyopodlar resiflerin yakınında büyür ve balıklar için bir saklanma yeri sağlar; küçük balık grupları suyun dibindeki tortuyu filtrelemek ve beslemek veya solucan aramak için çok çalışır. Yumuşak yiyecekler; vahşi büyük yırtıcı balıklar başlarının üzerinde dolaşıyor ... On milyonlarca yıl boyunca burada kaç tane tuhaf balık yaşadı, çoğaldı ve öldü ve vücutları suyun dibine battı, çamurla kaplı ve birkaçı da şanslı. Dünya fosil oluşturdu.
400 milyon yıldan fazla bir süre geçti, kara ve deniz değişti ve antik körfez, bugün Yunnan'ın doğusunda uzun zamandır aradaki tepeler ve tarlalar haline geldi. Uzun ve karmaşık bir jeolojik sürecin ardından, eski deniz yatağı çökelleri katman katmanları oluşturdu ve Silüriyen ve Devoniyen boyunca uzanan sürekli çökeltiler burada açığa çıktı. Bu 10.000 ciltlik jeoloji kitabında, hayatın evrimi hakkında daha önce hiç bilinmeyen değerli bilgiler korunmaktadır.
Geçen yüzyılın başlarında, Çinli bilim adamları Yunnan'ın doğusunda Erken Devoniyen katmanlarında çeşitli tuhaf ilkel kemikli balıklar buldular. Bununla birlikte, şu anda, balık çağı altın çağına girdi ve büyük gruplar çoktan ayrıldı.Bu bulgular, insan akuatik atalarının soyunu incelemek için sadece bazı dolaylı ipuçları sağlayabilir. Eski balık araştırmalarının "Kutsal Kase" si daha önceki Silüriyen katmanlarında bulunabilir mi? Onlarca yıllık aralıksız araştırmalardan sonra, 2007'de Zhu Min'in ekibi nihayet, Yunnan, Qujing'in Qilin Bölgesi'ndeki Xiaoxiang Rezervuarı yakınlarındaki Silüriyen katmanlarında güzel bir şekilde korunmuş bir balık fosili buldu. Bu, dünyadaki eşsiz ve tamamen korunmuş Silüriyen fosili. Çene omurgalı fosillerinin Xiaoxiang faunası. Silüriyenin kayıp antik balık "krallığı" yeniden ortaya çıktı.
Bununla birlikte, Xiaoxiang faunasının çeşitliliği, Zhu Min ve diğerlerinin ilk beklentilerini çok aşıyor. Birkaç yıl süren sürekli kazılardan sonra, bu eski balık "krallığının" bir kez zenginleştiğini keşfettiler. Yalnızca keşfedilen fosiller yaklaşık yirmi veya otuzu temsil ediyor olabilir. Bir çeşit yeni balık. Bu eski balıklar sadece çok eski değil, aynı zamanda şekil olarak da çok garip ve hatta dünyanın başka yerlerinde benzer türler bulunamıyor, bilim alanına hiç girmemiş bazı yeni gruplara aitler.
Kalkan derisi balıkları, Xiaoxiang faunasının ana bileşenidir, ancak buradaki kalkan derisi balıklarının çoğu, Silurya'nın sonlarında yalnızca güney Çin'de bulunan benzersiz ve bilinmeyen bir dala aittir. Sonra, yaşamın uzun evrim nehrinde gizemli bir şekilde ortadan kayboldu. Zhu Min ve diğerleri ona "tam çeneli scutellum balığı" adını verdiler. Vücutlarının ön yarısı büyük bir kemik zırhıyla kaplıdır. Şekil diğer scutellum balıklarından uzak değildir, ancak çene kemikleri tipik kemikli balıklardır. , Bir dizi karmaşık kemik parçasından oluşan "tam bir çene". Kuşların kökenini doğrulayan tüylü dinozorlar gibi çene kemikli bu tür kemikli balıklar, kemikli balıkların doğrudan kemikli balıklardan evrimleşerek geçmişi tamamen altüst ettiğini açıkça göstermektedir. Balık çağındaki başlıca taksonlar arasındaki evrimsel ilişkinin anlaşılması.
2013 yılında, Zhu Min ve diğerleri İngiliz "Nature" (Nature) dergisinde, tam çene derisi balığının ilk üyesi olan ilk çene balığı olanın hemen geniş ilgi çektiğini bildirdi. Tam çeneli balığa "çene bırakan balık" adı verilir ve "geçen yüzyılın en önemli fosil keşiflerinden biri" olarak selamlanır. Ancak kısa süre sonra, çene derisi balıkların daha fazla fosili keşfedildi. Görünüşe göre bu grup da "bir tarafı ayırdı". Hayatta kalma süresi ve kapsamı çok sınırlı olmasına rağmen, bir zamanlar çok zengin ve çeşitli bir ekolojik niş işgal etti. Yeni bildirilen uzun burunlu tek boynuzlu at balığı, sadece açık ve net bir şekilde tam çene derisi balık olarak sınıflandırılabilecek özelliklere sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda birçok yerde bulunan ve tam çene kalkanını tam olarak yansıtan orijinal tam çene balığından çok farklı görünümü de var. Deri balıklarının çeşitlilik derecesi.
Tek boynuzlu at balığının adı bir kelime oyunudur. Adını keşfedildiği Qujing Şehri'nin Qilin Bölgesi'nden alır.Ayrıca ejderha başlı, boynuzlu, geyik gövdesi ve öküz kuyruğuyla efsanevi tek boynuzlu ata benzediğini gösterir.Çok sayıda grubun özelliklerini bir arada birleştirir. Tek boynuzlu at balığının fosili çok zariftir ve vücudunu kaplayan büyük kemik zırh, 420 milyon yıldan uzun bir süre sonra şeklini mükemmel bir şekilde korumuştur. Başı biraz yunus ve mersin balığı gibidir, ön ucunda çıkıntılı düz bir anastomoz, ardından yükseltilmiş bir "alın" vardır ve ağız ve burun delikleri ventral yüzeyde yer alır. Gövdesi düz dipli uzun bir kutudur. Silüriyen Qujing Körfezi'nde, muhtemelen gruplar halinde toplandılar, su altında yavaşça yüzdüler, burunları ile kumu çevirdiler, yiyecek için solucanlar ve organik kalıntılar arıyorlardı ve yırtıcı hayvan saldırılarına direnmek için kemik zırhına ve koruyucu renklere güveniyorlardı.
Tek boynuzlu at balığı küçüktür, canlıyken yaklaşık 20 cm uzunluğundadır ve görünüşü çok dikkat çekici değildir. Bununla birlikte, Zhu Min ve diğerleri, çene kemiği şeklinin evrimin orta aşamasında nadiren korunduğunu keşfetti ve çene balığının daha önce cevaplayamadığı önemli bir soruya, yani kemikli balığın çene kemiği ve kalkan derisine anahtar bir ipucu verdi. Balıkların çeneleri homolog mu? Öyleyse, birincisi ikinciden nasıl gelişti?
Çenelerin balıktan insana evrimi
Üst ve alt çeneli ağız, insanların yemek yemesi, nefes alması ve iletişim kurması için önemli bir organdır.Ayrıca balıktan insanlara kadar çeneli omurgalıların ortak özelliğidir. İnsan üst ve alt çene kemiklerinin yapısı karmaşık görünmüyor, ancak aslında, nihayet bugün oldukları haline gelmeden önce dolambaçlı ve karmaşık bir evrim sürecinden geçtiler.
Üst ve alt çeneler branş kemerlerinden gelişti ve ilk olarak vücuttaki kıkırdaktan oluşuyordu. Uzun evrim seyrinde, vücut yüzeyindeki kemik parçaları (membranöz kemik) yavaş yavaş üst ve alt çeneleri istila ederek orijinal çene kemiğini güçlendirdi ve değiştirdi. Kemikli balıkların yiyecekleri solumak için ağızlarını uzatabilecekleri bu daha sonraki çenelerin eklenmesiyle, kuş gagalarının çeşitli şekilleri ve fillerin büyük dişleri ve dişleri ve diğer karmaşık ağız yapıları nihayet insanınkini oluşturdu. Çene kemiği ve kıkırdaktan türetilen orijinal çene kemiği bileşeni uzun zamandır kulağa geri çekilmiş ve işitme sisteminin bir parçasını oluşturan kemikçikler haline gelmiştir.
İnsan çeneleri, ilkel kemikli balık atalarımıza kadar daha net bir şekilde izlenebilir. Ön maksilla (insanlarda tek kalıntı), maksilla ve diş eti dahil olmak üzere üç ana çene kemiği çifti ağzın kenarında, yüzün diğer kemiklerinin yanında yer alır. İlkel kemikli balıklarda, bu marjinal çenelerin iç tarafında vomer, pterygoid ve koronal kemik gibi bir dizi çene kemiği de vardır.Önceden oklüzal fonksiyona sahiptiler, ancak uzun süreli evrimden sonra insanlarda kaybolmuş veya nazofarengeal boşluğa geri çekilmişlerdir. . Araştırmacılar, birçok kemik parçasından oluşan kemikli balıkların daha karmaşık çenelerini "tam çene durumu" olarak adlandırıyorlar.
Peki, tam çene durumu nasıl gelişti? Geçmişte kemikli balıklar dışında büyük gruplarda bu modelin hiçbir çenesi bulunmadığından, bu soruya kesin bir cevap verilmemiştir. Kıkırdaklı balıkların çeneleri, herhangi bir membranöz kemik takviyesi olmaksızın tamamen kıkırdaktan oluşurken, Deng balıkları gibi tipik scutellum çeneleri "proto-çene durumu" olarak adlandırılır, ancak zaten membranöz kemikler vardır. Ön üst damakta, arka üst damakta ve alt damakta üç çift kemik plakası vardır, ancak bunların tümü ağız boşluğunun iç tarafında bulunur ve diğer yüz kemiklerine bağlı değildir.
İlk çene balığı, kemikli balığın bir scutellum dalından evrimleştiğini kesin olarak kanıtladı. Öyleyse, scutellum balığının üç çift çene kemiği plakası ile kemikli balığın çene kemiği arasında evrimsel bir bağlantı var mı? Konum açısından, bu üç çift kemik plakası, kemikli balıkların medial çenelerine eşdeğer olmalıdır, ancak ikincisinin sayısı üçten çok fazladır. Bu nedenle, daha önce önerilen tam çenelerin kökeni teorisi, scutellum balığının üç çift medial çene kemiğinin kemikli balığa dönüşmesi sırasında kaybolduğuna inanmaktadır.Lateral ve medial seriler de dahil olmak üzere tam çene durumundaki tüm çeneler, Hepsi yeniden gelişti.
Açıktır ki, bu teori çenelerin büyük değişimlerini ve yeniden düzenlenmesini gerektirir ve çoğu durumda evrim muhafazakar ve aşamalı olma eğilimindedir. Buna karşılık, ikinci olası teori daha açıktır: Scutellum balığının üç çift medial çene kemiği, tam çene durumunda üç çift dış kenar çene haline gelmek için dışarı doğru hareket eder ve teleost balığı sadece yeni bir evrimdir. Medial serinin çenelerinden.
Tam çeneli balık, diğer scutellum balıklarının çenelerinden tamamen farklı olan, neredeyse eksiksiz kemikli balık modeli tam çene durum çeneleri geliştirmiştir ve bu da evrimsel bir boşluk bırakmaktadır. Yukarıdaki teoriler arasından seçim yapmak ve tam çene durumunun nereden geldiği sorusuna cevap vermek için tam çene balığından daha ilkel bir çene gereklidir.
Eksik tam çene
Pek çok yönden, tek boynuzlu at balığının şekli çeneli balığınkinden daha ilkeldir.Dolu çeneli balığın cevaplayamadığı soruları yanıtlayabilir mi? Zhu Min ve diğerleri, tek boynuzlu at balıklarının fosilleri üzerinde yüksek hassasiyetli CT taramaları yaptılar ve kemik parçalarını bilgisayarda üç boyutlu bir modele dikkatlice yeniden oluşturdular. Tekrarlanan karşılaştırmalı çalışmalardan sonra, tek boynuzlu at balığının, tam çene balığı gibi, zaten bir üst çene ve bir ön çeneden oluşan bir üst çeneye sahip olduğunu buldular. Bununla birlikte, tek boynuzlu at balığı, hem tam çeneli balıkların hem de kemikli balıkların sahip olduğu mandibulanın altını kaplayan bir dizi kemik parçasını henüz geliştirmemiştir. Mandibulasında, ağızda hala görülebilen sadece basit bir mandibula vardır. Tam çeneli balıkların ve daha sonra kemikli balıkların aksine, ağızda yalnızca dar bir oklüzal yüzey vardır. Tek boynuzlu at balığının çene kemiği şekli, aslında tam çeneli balıklar ile diğer daha ilkel scutellum balıkları arasındaki durumdadır ve "eksik tam çene" vardır.
Bu "eksik tam çene", çenenin erken evriminin bir ara durumunu gösterir: tek boynuzlu at balığının çeneleri, scutellum balığının orijinal modeline veda etmiş ve yeni bir evrim aşamasına girmiştir. Membranöz kemik dilimleri ağzın dışına çıkarak örtmeye başlar. Ve çeneleri güçlendirmek için, ancak henüz tam çene balıklarının mükemmelliğine ulaşmadı. Bu, tam çene modelinin evrimini daha da ortaya çıkarır ve yukarıda bahsedilen ikinci teoriyi, teleost balığın maksilla, ön maksilla ve diş kemiğini ve scutellum çenesinin üç çiftini oluşturarak tam çene modelinin nasıl geliştiğini destekler. Kemik plakaları arasında homolog ilişki. İnsan çeneleri sadece kemikli balıklara ve tam çene balıklarına kadar değil, aynı zamanda daha eski uzak atalarımız olan Protognatik balıklara kadar izlenebilir.
Yaşam evrimi tarihi boyunca, büyük evrimsel olaylar genellikle sıçramalar ve sınırlardır.Jeolojik zaman ölçeğinde uçup giderler, fosil kayıtlarında saklanmayı zorlaştırır ve biyolojik türler arasında evrimde çok sayıda morfolojik boşluk ve boşluklara neden olur. Dönem ne kadar uzun olursa, bu boşluklar ve boşluklar o kadar büyük olur. Zaman zaman insanlar bu boşlukları ve boşlukları dolduran bazı ara fosilleri bulacak kadar şanslılar, nadir bir pencere açıyorlar ve insanların evrimin gizemini görmelerini sağlıyorlar. Silüriyen döneminde Yunnan'ın kayıp antik balık krallığında daha fazla keşif ortaya çıktıkça, tamamlanacak evrimsel destanın daha fazla parçası var.
Bu başarı, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın "973" projesi, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nın kilit projesi ve Çin Bilimler Akademisi'nin temel araştırma projesi tarafından finanse edildi ve saha kazısı, Yunnan Eyaleti, Qujing'deki her düzeydeki hükümetler tarafından desteklendi.
Şekil 1 Uzun burunlu tek boynuzlu at balığının ortomorf örneğinin fotoğrafı (IVPP V20732), arkadan görünüm (A), ventral görünüm (B), yandan görünüm (C) (Zhu Min'in izniyle)
Şekil 2 Ekolojik restorasyon haritası, 423 milyon yıl önce eski Silüriyen okyanusunda yüzen tek boynuzlu at balığı (Yang Dinghua tarafından boyanmış)
Şekil 3 Omurgalı membranöz çenelerinin evrimi (Brian Choo tarafından boyanmış)
Şekil 4 Scutellare'nin orijinal çene modelinden teleost balığının tam çene modeline kadar membranöz çenelerin evrim sırasını gösteren basitleştirilmiş bir filogenetik ağaç. Kahverengi vücut silueti resmi, çeneli balıkların çenesiz gövde grubunu, yeşil vücut siluet resmi çeneli gövde grubunu (scutellum balığı) ve mavi vücut silueti ise çeneli taç grubunu temsil eder. . Kırmızı ok, ağzın konumunu gösterir ve kahverengi ok, baş ile gövde arasındaki sınırı gösterir. (Fotoğraf Zhu Min'in izniyle)
